刃宽对硬岩掘进影响的仿真及试验研究

滚刀在硬岩掘进中极易发生崩刃、偏磨等异常失效,研究硬岩掘进条件下刃型参数对滚刀破岩载荷和破岩效率的影响十分重要.本文采用滚刀破岩试验和仿真分析相结合的方法,从载荷曲线、破岩体积、破岩比能等方面分析了刃宽对滚刀破岩的影响.基于双线性本构模型及Benzeggagh–Kenane损伤断裂准则建立了岩石材料的内聚力本构模型,通过单轴抗压试验及巴西劈裂试验对内聚力本构模型的微观参数进行了校准,并进一步建立了滚刀破岩的内聚力仿真模型.结果表明:内聚力本构模型可以准确的模拟破岩过程中岩石裂纹的萌生和扩展过程.依据裂纹的萌生和扩展情况,滚刀破岩过程主要分为三个阶段:弹性阶段、裂纹萌生–扩展阶段及岩石破坏卸载阶段.滚刀破岩载荷和破岩体积随着贯入度、刀间距和刃宽的增加而增加;破岩比能随刃宽的增加呈先减小后增大的趋势.对于所选取的硬岩,采用13 mm刃宽滚刀破岩时比能最小,破岩效率最高;7 mm刃宽滚刀破岩时无法形成贯通岩片,相邻滚刀之间仍存在岩脊,破岩效率较低.

TBM双刃滚刀破岩过程模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA对TBM双刃滚刀破岩过程进行动态掘进仿真和动力学分析。根据济南R2线工程地质和TBM设备参数,建立双刃滚刀-岩石三维模型,通过对双刃盘形滚刀不同刀刃宽度、不同贯入度进行仿真,分析双刃滚刀受力情况,并与CMS模型对比,研究TBM双刃盘形滚刀刀刃宽度、贯入度在破岩过程中的影响。通过分析结果表明:当双刃滚刀贯入度在5~7 mm时,比耗能较小,对应双刃滚刀破岩效率较高;在贯入度定值下,随着刀刃宽度增加,侧向力与滚刀破岩力随之增加,刀刃宽度在16~20 mm时对应的破岩效率较高。通过分析双刃盘形滚刀破岩特征,对深入研究盘形双刃滚刀优化设计提高破岩效率具有重要的工程价值。

用反圆环面刀加工变曲率过渡曲面原理

基于宽行加工理论和广域曲率吻合原则,提出一种利用圆环面内侧作为刀具工作面的反圆环面刀具宽行加工叶片进排气边的新方法.该方法通过优化刀具摆角使具有定母圆半径刀具工作面的包络面充分逼近叶片进排气边曲面,从而使刀具能在给定的精度范围内以最大行宽和最少刀轨行数加工出进排气边.最后,以某型号发动机叶片的进气边为例进行了加工实验.结果表明该方法能够大幅提高进排气边的加工质量,且反圆环面刀的加工行宽比球头刀提高了5倍.

胶片导切机旋转刀的有限元分析

基于有限元分析方法,对密炼机上辅机系统的胶片导切机旋转刀刀片强度进行分析,并根据分析结果优化旋转刀刀片的结构设计和材料选择。结果表明:传统机械破碎强度(Pb)理论不适用于胶片导切机旋转刀的胶片切割;在剪切力(F2)一定的条件下,减小胶片导切机旋转刀刀片安装偏角或者增大刀刃宽度(W)可以降低旋转刀刀片的应力,从而减少刀片崩裂,延长刀片的使用寿命,也可以通过更换材料和改变热处理的方法来降低刀片制造成本;在F2和Pb一定的条件下,适当增大W可以减小胶片导切机投产后的磨刀频率,降低维护成本。