孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用

孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明:胎体硬度为HRC 15~20、金刚石粒度40~50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10~15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。

盾构滚刀刀圈材料5Cr5MoWVSi热处理工艺及性能研究

为降低盾构施工的换刀频率,提高施工效率,研究了一款新型刀圈材料5Cr5MoWVSi钢及其热处理工艺,通过正交试验法,分析16组不同工艺试块的金相组织、洛氏硬度、冲击韧性及耐磨性能,得出5Cr5MoWVSi钢经1030℃淬火、540℃3次回火后,综合性能良好,硬度可达58.9 HRC,韧性可达32.4 J/cm 2,该热处理工艺生产的5Cr5MoWVSi钢刀圈适用于复杂多变的硬岩或上软下硬地层。

上软下硬地层的盾构盘型滚刀的应用

基于通过广州地铁十八号线HP33-3盾构区间段的工程实例,对盾构掘进上软下硬地层的盾构刀具应用技术进行探讨,研究了刀具的选择及优化,分析了盾构施工掘进参数调整,相关施工经验以供同行借鉴参考。

环纹滚刀的设计及试验研究

环纹滚刀可以实现高效率的径向进给滚齿加工。本文作者研制了环纹滚刀,分析了环纹滚刀的切削过程,并通过试验证明了径向进给滚齿法的高效性。

某全断面隧道掘进机滚刀破岩有限元分析

在掘进过程中,刀具的选型对全断面隧道掘进机的施工效果有着决定性的影响。以某全断面隧道掘进机使用的刀具为研究对象,建立滚刀破岩有限元侵彻模型,确定滚刀刀圈在不同条件下的应力。以刀圈直径和滚刀破岩贯入度为变量,对滚刀破岩模型进行有限元分析,得到了不同条件下的刀圈应力图,验证了目标滚刀的可靠性。对比分析得出该全断面隧道掘进机工作环境下滚刀破岩的最优参数选择,为全断面隧道掘进机的刀具选型提供参考。

盾构滚刀刀圈材料的冲滑复合磨损性能研究

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下的磨损试验,并采用光学显微镜、扫描电镜和白光干涉仪等微观分析设备对不同结构刚度下H13钢的冲滑复合磨损特性和机理进行了分析和揭示.结果表明:随着结构刚度的增大,压载荷作用时间增长并逐渐起主导作用,摩擦副在滑动区接触时间增长,H13钢损伤最严重区域有沿着冲滑方向移动的趋势,相应地,磨损机制由磨粒磨损变为磨粒磨损与黏着磨损混合形式.在本研究中再现了盾构滚刀冲滑复合磨损的界面微观工作状态,深入探究了滚刀刀圈材料的微观磨损机理,可辅助了解滚刀与不同软硬程度地层间的相互作用,并为滚刀刀圈材料的磨损性能评价提供了新的研究方法和手段.

空位尺寸级差法的实质与分析

通过时空位尺寸级差法实质的分析，给出了空位尺寸级差的计算方法及公式，该方法可以保证机械加工产品的装配精度，并能提高产品的经济性。

盾构滚刀的失效分析及H13E刀圈坯新材料

介绍了盾构掘进机滚刀的失效形式、影响滚刀寿命的因素。根据刀圈对材质的要求,河冶科技开发并生产了H13E刀圈坯,其性能比同类产品均有很大提高。

大型齿圈主要加工设备的研究与实践

从大齿圈传统加工设备的现状和存在问题入手,对如何扩大设备加工范围、提高大齿圈加工精度和效率进行了研究。介绍了主要加工设备多铣头铣齿机、数控滚齿机和传统滚齿机扩径改造的关键技术;阐述了提高大齿圈加工能力和效率所需具备的设备条件。通过实际应用和数据对比得出结论:用数控铣齿机进行粗加工,可使齿轮精加工余量控制在较小范围;多铣头数控铣齿机与滚齿机配合加工,能够使齿轮加工效率成倍提高;大型数控滚齿机采用大直径高精度蜗轮双蜗杆边缘传动和零传动技术,有利于提高机床运转平稳性和齿轮加工精度;传统小直径重型滚齿机在传动结构不变的情况下,可以通过扩径改造加工大直径齿圈,但加工精度有所降低。

大承载、高精度、双驱滚齿机工作台的技术研究

介绍了一种大承载、高精度、双驱滚齿机工作台,该工作台具有双圈静压导轨、主轴静压导轨、双伺服电动机驱动的技术要点。

激光熔覆盾构滚刀刀圈在复合地层中的应用

随着中国盾构施工的发展,盾构施工面临的地质条件越来越复杂,盾构机的刀具选型和刀具的材质选择也变得越来越重要。通过采用先进的激光熔覆技术,使用镍基碳化钨复合材料粉末,研究开发新型工艺,在盾构机滚刀刀圈上利用冶金制成耐磨性熔覆层。耐磨性熔覆层具有超高硬度、耐磨性能优异以及刀具整体韧性好等特性。通过实验室模拟试验和现场实际使用证明,激光熔覆盾构滚刀刀圈在面对复杂地质条件时,能够有效降低刀圈的磨损情况,延长滚刀使用寿命,降低施工成本。

隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法

刀圈在隧道掘进机掘进过程中起着举足轻重的作用,刀圈质量的好坏直接影响工程施工的进度,因此对刀圈刃部无损探伤是产品出厂前必不可少的一项检验指标。本文采取超声波和磁粉两项检测技术并用,解决了本领域不规则形状刀圈刃部的无损检测技术难题,为客户提供了性能稳定、质量可靠的产品,同时填补了该项技术的空白。

盾构机用H13E滚刀刀圈锻造成形工艺研究

通过两种不同锻造成形方法的研究,制订了H13E滚刀刀圈的最佳锻造方案,既保证了锻件质量符合要求,又提高了生产效率。探讨了锻后冷却及热处理的方法,通过锻后缓冷及球化退火,改善了锻件的质量,均匀组织,降低硬度,改善切削性能,达到良好的交付状态。

高品质TBM滚刀刀圈材料及生产工艺

为了实现全断面隧道掘进机(TBM)盘型滚刀刀圈的国产化,分析了国内外不同材质刀圈在实际使用过程中的各种不同失效形式,分析了其化学成分、金相组织、硬度及冲击功等不同性能指标,并对刀圈的生产工艺,特别是对材料的成分和熔炼工艺进行了充分的研究和分析,开发出了具有高硬度、高韧性的滚刀刀圈材料及生产工艺。

TBM滚刀刀圈加工工艺的研究

TBM破岩的主要工具是滚刀,刀圈是滚刀的核心部件,刀圈国产化是提高隧道掘进效率,降低工程造价的有效手段。我公司加工制造的滚刀刀圈,首次应用近净成形技术,使刀圈由粗糙成形变为优质、高效、高精度成形,刀圈的强度、塑性和韧性均得到提高,从而提高了刀圈的性能和使用寿命。

冷作钢7Cr5Mo2MnVSi在盾构机滚刀中的应用研究

文章介绍了德国和瑞典两种不同品牌钢在盾构机滚刀上的工程应用试验,结果表明,瑞典材料7Cr5Mo2MnVSi(冷作钢)表现出优良的耐磨性能,突破了盾构机刀圈用热作钢的工程惯例,是制造硬岩刀圈的理想材料之一。当然,冷作钢7Cr5Mo2MnVSi呈现出的优良的力学性能与其材料成分、加工工艺和热处理工艺是密切相关的,论文详细介绍了瑞典材料7Cr5Mo2MnVSi独特的热处理工艺和加工工艺,为我国制造刀圈提供了参考和借鉴。

回转窑等转筒设备传动开式齿轮的研究(Ⅶ)--大齿圈齿形主要加工设备现状分析

从回转窑等转筒设备大齿圈传统加工设备的现状和存在问题分析入手,对如何扩大设备加工范围、提高大齿圈加工精度和效率进行了研究。介绍了主要加工设备多铣头铣齿机、数控滚齿机和传统滚齿机扩径改造的关键技术、国内主要大型齿形加工设备的现状;阐述了提高大齿圈加工能力和效率所需具备的设备条件。通过对比分析得出结论:用数控铣齿机进行粗加工,可使齿轮精加工余量控制在较小范围;多铣头数控铣齿机与滚齿机配合加工,能够使齿轮加工效率成倍提高;大型数控滚齿机采用大直径高精度蜗轮双蜗杆边缘传动和零传动技术,有利于提高机床运转平稳性和加工精度;传统小直径重型滚齿机在传动结构不变的情况下新增大直径静压支承工作台、加长床身、加大电动机功率是扩径改造的理想途径;分析了现行齿形设备现状,有利于制造商把握齿形加工设备的发展方向,有利于用户选择合格的大齿圈制造商。

小直径长距离泥水盾构滚刀失效分析以及改进措施

以某输气管道越江工程盾构施工过程中的盘形滚刀失效为例,对盘形滚刀在破岩过程中所受到的破岩载荷进行分析。基于滚刀所受到的破岩载荷联系实际工程中的滚刀失效情况,分别对滚刀轴承散架、刀圈失效、刀圈断口的SEM图进行分析,利用所得到的滚刀失效原因对现场施工提出了提高刀盘转速以降低刀盘推力的方案。经过掘进后发现,滚刀损坏情况减缓,节约了施工成本。此类盾构施工具有更多的推广价值。

TBM刀圈材料5Cr5MoSiV1力学及磨损性能研究

全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀服役于复杂地质环境中极易引起刀圈材料的磨损失效,进而影响施工效率和成本,因此选用合适的耐磨材料十分重要。为此,针对新型刀圈材料5Cr5MoSiV1,通过与传统刀圈材料H13对比,进行了冲击韧性试验和三体磨粒磨损试验,并采用金相分析、硬度分析、SEM微观形貌分析等方法,检测了两种材料的冲击性能和耐磨性能,探讨了材料的磨损特性和机理。结果表明:5Cr5MoSiV1钢热处理后的洛氏硬度相比H13钢高约3.4,硬度提升约6%;5Cr5MoSiV1相比H13钢冲击韧性增加约204.05 J/cm^(2),提升近275%,韧性增加十分显著;H13钢以严重的犁削和凿削为主;5Cr5MoSiV1钢以轻微犁削和划伤为主,且H13钢磨损率相对5Cr5MoSiV1较高,增加约9.3%。

19英寸TBM盘形滚刀刀圈模锻成形研究

为了研究19英寸TBM盘形滚刀刀圈模锻成形过程的变化规律,采用DEFORM有限元分析软件,分析了在始锻温度为1150℃、成形速度为25 mm·s^(-1)的成形条件下盘形滚刀刀圈模锻成形过程中成形载荷、刀圈形状、金属流线等的变化情况。结果表明:滚刀刀圈模锻成形过程由模锻初期、模锻中期、模锻后期3个阶段构成;金属坯料对于模具的填充过程上下并不对称,上模和下模型腔的填充速度不同,上模型腔先于下模型腔被填满;模锻成形过程中刀圈的整体温度均有所降低,其中,刀刃处的温度下降最少,较始锻温度下降了7.8%,刀圈圆弧过渡区的温度下降最多,较始锻温度下降了34.78%;刀圈应力由内向外逐步增大,其中刀刃处的等效应力最大,较平均等效应力高13.54%。