挖岩绞刀的岩石切削试验及数值模拟

绞刀是绞吸挖泥船的核心部件,通过现场试验研究绞刀挖掘性能的代价巨大。针对在实船试验中难以遇到合适土质的问题,提出在实验室进行挖掘试验和数值模拟表征绞刀挖掘性能的方法。制作2000 kW功率绞刀的缩比模型和不同单轴抗压强度的岩石模型,在实验室进行不同切削厚度、步进距离等参数的绞刀切削岩石的模型试验,建立1:1尺寸的绞刀数值模型和岩石模型,采用单元删除法模拟2000 kW绞刀切削岩石的过程,分别模拟产量为240和500 m3/h的切削过程,并分析绞刀切削功率和横移拉力。结果表明,挖掘产量240 m3/h时的最大功率为1884 kW、平均功率为1088 kW,满足设计要求。

内河型绞吸船水库清淤作业的绞刀选型

内河型绞吸船是水库清淤作业的主流装备。在疏浚作业中,施工土质的类型是影响绞刀外形尺寸、刀臂数量和绞刀功率等参数的一个重要因素。针对不同土质选择合适的绞刀类型,有助于增加产量,提升施工效率。本文搜集了国内外绞刀尺寸参数,对国内相关工程的施工数据进行分析,计算绞刀的切削效率和配置功率,总结出适用于不同土质的绞刀综合配置方案。

基于黏土挖掘的绞刀模型试验研究

针对我国疏浚技术基础理论研究落后,数值模拟绞刀挖掘黏土不准确等问题,通过理论研究、小规模试制的方法,制备了目标试验用黏土,并研制了一款适用于实验室使用的模型黏土绞刀。在此基础上开展了模型绞刀挖掘黏土的实验室研究,分析绞刀转速、横移速度、泥层厚度、前移距等工艺参数对挖掘试验泥浆浓度的影响规律。得出其选取原则:选择中等绞刀转速,适当降低横移速度,以及在确保桥架前端不阻碍横摆的条件下,优先选用增加前移距的方法提高挖掘断面面积。该研究成果可为黏土挖掘工艺参数的选取提供参考。

环保绞刀内部流动状态研究

近年来,绞吸挖泥船的研制工作逐渐向环境保护型、绿色节能型发展,防扩散技术是研制环保绞吸挖泥船的核心。通过对原型环保绞刀进一步改造,在绞刀罩两侧增加活动翻板来灵活调整绞刀切削深度和吸口吸入浓度。采用CFD(计算流体力学)软件对原型绞刀和新型绞刀进行模拟计算,对比绞刀切削过程中左右两侧流场情况。结果表明:新型绞刀防扩散效果明显优于原型绞刀;从结构的角度分析,新型绞刀切削深度灵活可调,满足不同现场工况的要求,为后续打造经济型、环保型绞吸挖泥船提供一定的理论基础。

浅谈六刀臂重型绞吸式挖泥船绞刀头改造实践

传统绞吸式挖泥船采用D40(或SC40)刀齿来完成挖掘泥沙的工作,在进行海洋底部岩石挖掘时很难满足要求。采用矿山采掘设备所用的镐型截齿来代替D40刀齿是一种跨行业尝试。依据挖泥船参数对原绞刀头进行了改造,增加了刀臂刀盘,用135个镐型截齿代替了原来54个D40刀齿,并对其截割力、截割强度、进刀量进行了演算,理论上能满足使用要求。经现场试验跟踪,获取了相关改进信息。

基于不同疏浚绞刀结构的底泥污染物释放情况分析

分别采用普通绞刀、加罩普通绞刀、螺旋绞刀和加罩螺旋绞刀进行疏浚模拟试验,通过比较疏浚点周围上覆水中各污染物浓度变化情况,分析不同结构绞刀的环保性能。结果表明：采用螺旋绞刀疏浚下,底泥中污染物释放量较采用普通绞刀疏浚时小;在这两类绞刀上加装罩壳均能有效抑制底泥中污染物释放,特别是疏浚后1 h内营养盐氮释放;理想的绞吸式挖泥船环保功能改造方案为采用螺旋绞刀替换普通绞刀并加装罩壳（防扩散装置）。

绞刀型式对航道疏浚中底泥污染物释放特性的影响

为了减少绞吸式挖泥船疏浚过程中产生的底泥污染物释放量,避免对水体形成二次污染,需对其进行环保功能改造。论文分别采用普通绞刀、螺旋绞刀以及加装防扩散装置的普通绞刀和锥形螺旋绞刀进行疏浚模拟试验,考察疏浚点周围上覆水中污染物浓度变化情况,对比分析各种疏浚设备的环保性能。试验结果表明:采用螺旋绞刀疏浚时,底泥中污染物释放量比采用普通绞刀时小。同时,在这两类绞刀上加装防扩散装置均能有效降低污染物释放量,特别是能有效抑制疏浚后1 h内营养盐氮的释放。普通绞吸式挖泥船环保功能的最佳改造方案为采用螺旋绞刀替代普通绞刀并加装防扩散装置。

一种三维地形与疏浚绞刀虚拟生成方法

介绍了自主研发的三维地形与疏浚绞刀仿真系统。系统用数据分块与四边形网格表示三维地形,并建立了疏浚绞刀的三维模型及其隐式曲面方程,然后用绞刀包围盒求得碰撞的四边形网格和精确的碰撞点。仿真结构表明,该方法能够满足疏浚地形的实时性要求和符合绞吸土壤产量的计算精度要求,系统计算量小,速度较快。

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削力计算分析

考虑岩石疏浚和煤炭切削的共同特点,并结合绞刀切削的实际情况,借鉴煤炭切削中截齿的受力理论,提出绞刀水下切削岩石的数学模型,并对相关参数的选取进行了探讨.在此基础上,通过编程对4 200kW大型绞吸挖泥船的绞刀受力和功率进行了计算,并对不同横移速度和岩石单轴抗压强度下绞刀受力和功率变化的趋势进行了分析.

绞吸挖泥船绞刀片再制造技术及应用研究

为解决绞刀片耐磨性与焊接性的矛盾 ,提高绞刀片寿命 ,从易损件再制造的基本原则出发 ,根据挖泥船绞刀片疏浚作业工况对刀齿的耐磨性、工作可靠性的要求 ,对“吸扬 1 4号”1 75 0 m3/h绞吸式挖泥船前段绞刀片进行了再制造设计 .采用了梯度化再制造新工艺 ,较好地解决了刀齿耐磨性与抗折断能力的矛盾 .该工艺使绞刀片重量减轻、寿命延长、疏浚效率提高且使绞刀片具有良好的再制造性能 .文中对比了再制造绞刀片与原绞刀片的性能特点 ,分析了再制造绞刀片梯度层的组织和性能特征 .

挖泥船绞刀的三维建模方法

分析绞吸式挖泥船绞刀的结构及工作原理,介绍在Pro／E环境下生成三维模型中的内外轮廓线方法,缩短绞刀设计周期,为后续分析绞刀切削性能提供方便。

基于二维切削理论的绞刀刀臂载荷分析

为了计算绞吸式挖泥船绞刀刀臂在不同工作状态下所受到的载荷作用,引入二维切削理论,对绞刀刀臂所受到的载荷进行分析和研究.根据各参数之间的关系,用MATLAB软件来实现载荷的计算,并用ANSYS对切削过程进行分析,证明计算受力时引入二维切削理论是可行的.

绞刀切削天然气沉积物切削功率预测仿真

研究绞刀切削天然气水合物沉积物功率预测问题。天然气水合物沉积物获取困难,实验方法难以实现切削功率预测,传统理论方法又难以真实反映切削力及功率的变化,针对上述难题,采用有限元模拟的方法,选择Drucker-Prager本构模型模拟砂岩型水合物沉积物,通过软件ansys/ls-dyna建立了刀齿切削天然气水合物沉积物的有限元模型,实现了绞刀切削天然气水合物沉积物的仿真。得到切削力,扭矩的变化曲线,进而计算得到切削功率曲线,并对横移速度对切削功率的影响进行了研究,对切削力及切削功率进行了频域分析。结果表明,切削力与切削功率随横移速度的增加近似呈幂函数规律增加;并得到了切削力以及切削功率的主振动频率计算公式。研究结果与已有研究具有较好的一致性,证明了仿真结果的可靠性。

基于岩石切削理论的超大型绞吸挖泥船绞刀动载荷分析

针对绞吸挖泥船疏浚岩石的工作特性,基于绞刀几何模型、运动学模型和动力学模型对绞刀疏浚岩石时的受力及其载荷波动性进行数值仿真。通过数值仿真切削功率和实际切削功率的对比进行了结果可靠性验证。利用Matlab/VB编制了研究绞刀受力以及载荷波动性的仿真系统。所得结果可为研发疏浚岩石关键设备提供参考依据。

低合金耐磨铸钢绞刀齿的研制

设计了一种中碳低合金铸钢,生产的挖岩用绞刀齿经淬火和低温回火热处理后,本体硬度大于49 HRC、冲击功大于20 J、抗拉强度大于1600 MPa。试样的金相组织基本为回火板条马氏体,冲击断口形貌以韧窝为主,属于韧性断裂。在三体磨损试验下,本体试样的失重明显小于国内同类产品的。经实船挖掘某处风化岩,表明其使用寿命优于国内其他产品的,达到了进口产品的水平。

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削数值模拟

针对绞刀切削岩石的特点,建立了考虑步进距离和切层厚度的绞刀受力模型,然后分别建立5 000 kW绞刀物理模型和有限元模型。分析了在反刀切削岩石时绞刀的受力情况,绞刀在最大功率时的应力和变形。计算表明,5 000 kW绞刀在设计工况下,最大变形为1.84 mm,最大应力为140.5 MPa,分别满足刚度要求和强度要求,验证了绞刀设计的合理性。

基于SolidWorks的疏浚绞刀主体参数化设计

绞吸挖泥船作为疏浚行业的一种挖泥利器,其绞刀对挖泥船的挖泥能力影响巨大。目前设计绞刀时多以手动方式进行主体建模,其刀臂、大环和轮毂作为绞刀的主体结构,建模中存在参数较多、建模繁琐、精度不高的问题。为了缩短建模周期、提高建模精度,提出了一种参数化绞刀主体建模方法,并采用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,通过调用内置的API接口实现了绞刀主体三维模型的参数化、自动化生成。结合面向对象编程理念,开发了基于SolidWorks平台的绞刀主体建模软件,实现绞刀参数建模和绞刀性能计算的融合,提供了绞刀标准化、参数化创建方式。研究成果可为绞刀主体的性能优化提供参考方向。

绞吸挖泥船绞刀长轴系轴承支反力计算方法研究

绞吸挖泥船作为世界疏浚行业中应用较广的一种挖泥船,其技术复杂性和先进性更多的体现在挖泥机具及疏浚系统方面。为适应疏浚技术发展,开展对绞刀轴系相关技术研究成为行业的常态。本文主要对绞吸挖泥船绞刀架及绞刀轴系在工作状态下的受力情况进行分析,并通过建立有限元模型,尝试寻找可应用于绞刀轴校中的轴承受力的计算方法。目标是为绞刀轴系的校中安装计算提供参考依据,也可用于指导绞刀轴系的设计和优化。

基于二维切削理论的绞吸式挖泥船绞刀头载荷分析

为计算绞吸式挖泥船绞刀头在不同工作状态下所受到的载荷作用,引入二维切削理论,根据不同的土质特征以及绞刀的不同几何形状和工作状态,对绞刀头所受到的载荷进行分析和研究。根据各参数之间的关系,用FORTRAN语言来实现载荷的计算,并对最终结果进行可靠性分析。