TBM滚刀刀圈硬度与岩石匹配性能试验

为了研究TBM滚刀刀圈硬度与岩石匹配性能对滚刀刀圈磨损量及磨损去除机制的影响机理,将四种材料相同但硬度不同的滚刀刀圈试样分别与同一种TBM工程中典型的花岗岩试样进行匹配磨损试验.试验结果表明:材料相同硬度不同的刀圈,其微观组织结构存在一定的差异,刀圈硬度对刀圈磨损量及磨损去除机制有显著影响.随着刀圈硬度的增加,刀圈的磨损量呈先减小后增大的变化趋势且硬度最高的刀圈的磨损量最大.当刀圈硬度较低时,刀圈的磨损以显微切削去除机制为主,且在一定范围内随着刀圈硬度的增加,显微切削去除作用减弱,刀圈的耐磨性更好;但当刀圈硬度高于一定值后,刀圈的磨损去除机制发生转变,刀圈磨损以韧性断裂剥落去除机制为主,刀圈的耐磨性急剧变差.

盘形滚刀刀圈轧制过程的数值模拟和试验验证

为了研究盘形滚刀刀圈轧制成形规律,利用塑性成形软件建立了盘形滚刀刀圈轧制成形有限元模型。利用仿真模型对滚刀刀圈轧制过程进行了模拟,得到了刀圈轧制过程中几何形状、温度、等效应力参数,并将模拟结果与试验数据相对比。结果表明:本文建立的盘形滚刀刀圈轧制模型是可行的,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

C18000铜合金搅拌摩擦焊接头微观组织与性能

对3.5 mm厚的C18000铜合金板进行搅拌摩擦焊焊接试验.在焊接速度120 mm/min,转速1 200 r/min工艺下获得无缺陷焊接接头.在金相显微镜下对接头的宏观形貌、微观组织进行观察,用扫描电镜和透射电镜对母材和搅拌区组织进行观察分析.结果表明,接头区大致分为母材区、热影响区、热力影响区和搅拌区,搅拌区晶粒细小均匀,热力影响区晶粒沿边界切线方向被拉长;搅拌区Cr3Si相部分溶解,搅拌区组织中的Cr单质相和Ni2Si相溶解导致接头硬度和抗拉强度下降.搅拌区平均硬度为151.4 HV;接头抗拉强度为497 MPa,达到母材的72%;接头电导率下降为35%IACS.

蠕变时效应力对Al-Li-S4合金变形及组织性能的影响和本构模型

对Al-Li-S4合金进行了固溶、淬火及不同应力的高温蠕变时效试验,对蠕变后的试样进行了力学性能测试及TEM微观组织观察,研究了蠕变时效应力对该合金变形行为及微观组织与力学性能的影响。结果表明:与无应力时效相比,材料的强度及蠕变速率都有明显的提升。通过对蠕变行为的分析,建立了Al-Li-S4合金的本构模型,进一步对试验数据回归,得到了蠕变本构方程中的材料常数。

混合动力起重机能量回收系统仿真与试验

针对起重机节能研究问题,结合起重机的系统特性与起重作业的典型工况特点,提出一种混合动力的起重机能量回收系统。为了进一步分析和评价回收系统的能效特性,在分析系统主要元件数学模型的基础上,在AMESim环境中对混合动力起重机能量回收系统从能量流和能量损失两个方面进行仿真分析,结果表明系统能量可回收率为43.1%。为了验证仿真结果,以某型25吨级越野式轮胎起重机为对象,建立混合动力起重机能量回收系统试验平台,并对系统进行试验研究,试验表明,在典型的起重工况下,相比于同吨位普通机型,能量回收系统实现了28.3%的能量回收率。

全断面岩石掘进机滚刀最优刀间距计算公式研究

基于剪切与张拉破岩机制,提出拉剪综合失效机制假设;建立了非协同切削与协同切削体积模型,推导了协同切削模式的滚刀比能耗理论模型;通过离散元仿真得到滚刀侵入岩石裂纹长度与贯入度的映射关系;推导出滚刀最优刀间距理论公式;以全断面岩石掘进机(TBM)回转切削试验台为基础,水泥模拟料为切削对象,通过多次压痕试验得到滚刀贯入度和岩石裂纹长度的趋势曲线,验证了仿真结果;通过滚刀滚动破岩进行了12组不同贯入度与刀间距的物理切削试验,统计滚刀做功与岩石破碎体积,拟合得到比能耗关系曲线,验证了最优刀间距理论公式的结论。研究表明:TBM滚刀最优刀间距计算公式综合考虑了岩石特性与滚刀结构特性,适应性较广泛;刀间距超过滚刀协同工作距离时,滚刀破岩以剪切破碎为主;刀间距小于2倍岩石裂纹长度时,张拉破碎的影响更加明显;随着贯入度的增加,最优刀间距逐渐增大,而最优滚刀间距S与贯入度P之比(S/P)值则逐渐减小。

软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理

基于阿伦尼乌斯原理和分子振动理论,分析了软性抛光粒子、石英玻璃和抛光垫之间的弹性与超弹性接触,研究了用软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理。基于理论研究进行了大量的抛光试验,建立了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率模型。理论计算与试验结果表明:在石英玻璃化学机械抛光中,材料的去除主要由抛光粒子与石英玻璃的界面摩擦化学腐蚀作用来实现;单个抛光粒子压入石英玻璃的深度约为0.05nm,且材料去除为分子量级;石英玻璃表层的分子更易获得足够振动能量而发生化学反应实现材料的去除;抛光压力、抛光液中化学试剂种类和浓度以及石英玻璃试件与抛光盘的相对运动速度决定了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率大小。

盾构切刀切削软岩磨损模型和磨损特性分析

研究目的:为了研究盾构切刀在切削软岩过程中的磨损特性和磨损影响因素,分析切刀与软岩作用下前刀刃面和后刀刃面的接触应力,并结合切刀切削过程中的运动轨迹,建立切刀切削软岩磨损模型。本文分析切深、转速和切刀前、后角对刀刃磨损量的影响,并通过试验进行验证。研究结论:建立的切刀刀刃磨损模型,理论分析和试验结果表明:(1)随着切深的增加,切刀刀刃磨损量增加;(2)随着切刀前角的增加,切刀刀刃的磨损量减小;(3)随着切刀后角的增加,切刀刀刃磨损量减小;(4)在切刀切削距离一定的情况下,刀盘转速对切刀磨损量的影响不大;(5)试验结果与理论模型分析结果基本一致,可以验证理论磨损模型的正确性;(6)本研究成果可为盾构切刀的磨损研究和切刀的结构设计提供借鉴和参考。

液压挖掘机回转能量回收系统研究

为提高液压挖掘机的能量利用率,提出一种以液压蓄能器为储能元件的回转能量回收系统;对回收系统的主要元件进行数学建模,并在此基础上搭建回收系统仿真模型;对回收能量的再利用方案合理性、蓄能器参数对系统能量回收与再利用的影响以及增加能量回收系统后整机的操控性进行仿真评价。仿真结果表明:该能量回收系统在单回转工况下能够实现整机41.99%的能量回收与再利用,且能保证整机的良好操控性能。最后,通过实验验证能量回收与再利用方案的可行性以及仿真模型的正确性。

多级组合型大角度变幅机构的动力学特性

为研究自主设计的多级组合型大角度变幅机构的动力学特性,采用层次化的求解方法,计算该变幅机构的位置正解方程、位置反解方程、一阶速度雅可比矩阵和二阶加速度海森矩阵,再建立该变幅机构关于主动副的标准形式拉格朗日动力学方程。基于MATLAB仿真分析2种变幅方式下前液压缸和后液压缸的载荷情况,搭建多级组合型大角度变幅机构的试验平台并进行试验研究。研究结果表明:该动力学模型能够预测多级组合型大角度变幅机构的动力学特性,与后液压缸先收缩再前液压缸收缩的变幅方式相比,前液压缸先收缩再后液压缸收缩的变幅方式具有更优的力学性能。

输出型式对星轮减速器承载能力的影响

为了研究输出型式对星轮减速器承载能力的影响,对提高星轮减速器承载能力的有效途径和方法进行研究,分析2种输出型式星轮传动轮系的结构和工作原理,推导其传动比及变位轮齿啮合传动重合度、齿廓干涉检验等计算公式。通过SolidWorks建立2种输出型式星轮传动轮系的三维模型;基于ABAQUS有限元软件,对2种输出型式星轮传动轮系载荷响应特性进行数值仿真和对比分析。研究结果表明:这2种输出型式星轮传动轮系均具备多齿接触弹性啮合传动特性;在同样载荷作用下,星轮减速器采用行星轮输出型时其承载能力比内齿轮输出型的高,其轮齿啮合效果比内齿轮输出型的好。

级联式非结构化道路负障碍物检测

针对非结构道路负障碍物会对高速行驶的地面无人车辆造成车体侧倾、剧烈颠簸、轮胎深陷及爆胎等危险,提出了一种新的基于激光雷达的级联式非结构化道路负障碍物检测方法。首先,基于角度特征的广度优先搜索,可快速获得潜在的负障碍物,并同时完成负障碍物聚类工作;再结合环间距与高度特征对潜在负障碍物进行评价,最终提取负障碍物。实验结果表明:该方法在非结构化道路中等距离区间内具有良好的负障碍物检测性能。

径向不对中对高速滚动联轴器特性影响的研究

滚动联轴器是在国家科技攻关项目研究中发明的一项发明专利产品。为了揭示滚动联轴器在高速传动中的不对中特性规律,基于滚动联轴器啮合数学模型,采用耦合矩阵法,建立了联轴器—转子径向不对中耦合振动方程,结合实际试验模型,对比计算分析了联轴器分别在完全对中与径向不对中量分别为0.8、1.6、2.4、3.2、4.0 mm情况下的动态响应。计算结果显示,滚动联轴器在高速传动中随着径向不对中量的增大,左、右半联轴器周期性振荡随之加剧;且左半联轴器振荡幅度有加大的趋势,这将导致联轴器左端转子系统因剧烈振荡而失稳,而右半联轴器振荡幅度增加较平稳,受左半联轴器影响不大,有利于平稳传动,说明滚动联轴器能较好地隔离不利振动在轴系间的传递,保护从动系统不受破坏。

预变形对铝锂合金蠕变时效行为及微观组织演变的影响

通过室温拉伸、透射电子显微镜(TEM)等手段研究预变形对2195铝锂合金蠕变时效行为、力学性能和微观组织演变的影响。结果表明:预变形引入后,合金蠕变量有所提升。相比于没有预变形的合金,其蠕变阶段由典型的双阶段蠕变变为具有双初级蠕变阶段的四阶段蠕变。预变形带来的大量位错加速了T1相和θ’相的析出,并对T1相有明显的细化作用,使得合金的析出相强化作用大大加强。因此,时效后的屈服强度和抗拉强度较没有预变形的合金均有明显提升,伸长率降低;同时,预变形的引入加快了时效进程,有利于提高铝锂合金蠕变时效成形成性效率。

塑性各向异性屈服准则对铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形预测精度的影响

开展了Von Mises、Hill48和Barlat91这3种屈服准则对2195铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形预测精度的影响研究。回转体顶盖蠕变时效成形后型面呈非对称状态,沿轧制方向的形变略大于垂直轧制方向的形变。通过仿真与试验结果对比发现,与各向同性Von Mises屈服准则相比,采用各向异性屈服准则能更好地预测2195铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形过程中的非对称变形行为,其中,Barlat91屈服准则的仿真结果与试验结果比较吻合,因此,采用Barlat91塑性各向异性屈服准则能较好地预测2195铝锂合金回转体类零件的蠕变时效成形规律和指导成形模具型面设计。

超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响

在半连续铸造过程中施加超声,成功制备了Φ1250 mm 2219铝合金铸锭.利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及直读光谱仪等仪器对铸锭的组织与成分分布进行检测与分析,探究超声对铸锭组织与偏析的内在作用机制.研究结果表明:超声振动引起的空化和声流效应能明显均匀组织结构,细化晶粒,尤其是心部晶粒细化率达到39.6%.超声促进铸锭晶间第二相呈枝丫状断续分布,晶内析出物点状弥散分布.同时,超声有效减小近表面负偏析,降低边部与心部之间的溶质浓度差异,弱化整个横截面的浓度波动,从而改善宏观偏析.

装药台车工作装置末端轨迹控制研究

以某型号的装药台车工作装置为研究对象,通过对其进行动力学分析,建立阀控液压缸数学模型,并结合工作装置的实际工作特点,提出了一种基于动力学补偿的轨迹控制方法。采用该控制方法,在MATLAB/Simulink软件中进行工作负载下的控制仿真,并将常规PID控制和基于动力学补偿PID控制进行了对比。仿真结果表明,基于动力学补偿的控制方法动态控制性能更好,该控制方法对于工作装置控制系统的性能提高具有理论意义。