盾构机拖车有限元结构分析合理性研究及应用

为使有限元分析在盾构机拖车结构设计中得到合理应用,讨论了单元类型、建模方案、实际搭载设备刚度和边界条件简化等因素对有限元应用合理性的影响。通过研究得出,在方案设计阶段,为平衡计算效率和准确度,建议选用梁、壳混合单元建模计算;在同一模型中评估拖车结构接头处应力和变形时,建议对拖车使用全壳单元模型;需评估大型设备刚度对拖车结构的影响,避免出现过度设计;使用斜轮对时,需合理模拟斜轮对结构与隧道管片之间的摩擦接触关系。

数字经济时代装备制造企业颠覆式创新模式

在数字技术日益繁荣,科技日新月异的时代大背景下,我国装备制造企业不断向前发展和进步,本文以颠覆式创新理论为基础,对装备制造业数字化转型现状进行分析,提出了以数字技术创新轨迹与产业价值链重构为核心的颠覆式创新机理模型与实施策略,实现了企业的数字技术创新轨迹、技术轨道以及企业网络价值的高度集成。这一模型揭示出创新意愿是颠覆式创新模式生成的基本动力,创新条件作为一种外部动因指导着创新模式生成。企业技术轨道与数字技术创新轨迹的动态匹配结构构成了颠覆式创新生成的关键依托,而在企业发展的过程当中企业价值网络和双轨动态匹配结构呈现出十分密切的关联,能够让企业拥有更多的能力,进而就能够为颠覆性创新变革的实现夯实基础。文章通过分析数字技术革命对中国装备制造行业发展的契机,论述其对传统装备制造业带来的挑战和可能导致的颠覆式创新,并就促进数字经济下装备制造业向颠覆性技术转型提出若干对策与建议。

装备制造企业人力资源规划实证研究

人力资源是企业的战略资源,科学开展人力资源规划工作,能指导后期人才招聘、培训、岗位任用、薪酬绩效和劳动关系管理等工作的开展,对于企业的长远发展具有积极作用。本文立足装备制造企业实际,在阐述人力资源规划价值与要求的基础上,结合人力资源规划中的问题,提出装备制造企业需要深化对人力资源规划工作的认识,科学设计人力资源规划目标,重视规划工具的落地使用,加强人力资源规划与其他管理环节的衔接,并建设信息化管理系统,期望能进一步提升人力资源规划质量。

我国隧道和地下工程施工技术与装备发展战略研究

山岭隧道、穿江越海隧道和城市地下工程的建造已成为我国基础设施建设的重要组成部分,并逐步朝着“深、大、长”的方向发展。设计和施工人员不可避免地要应对山岭隧道和穿江越海隧道存在的高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等恶劣的作业条件,以及城市地下工程截面和跨度越来越大且埋深浅带来的地面沉降难以控制等问题,并在不断思考如何扭转施工难度大、效率低和事故频发的现状。结合我国隧道和地下工程开发技术与装备的现状,总结出该领域面临的问题。针对问题,提出我国隧道和地下工程施工与装备发展方向,并给出相关建议:1)出台有关新型隧道施工装备示范应用的政策文件,促进技术创新;2)合理开发利用地下空间,发展绿色施工助力“双碳”行动;3)开发盾构装备智能化技术,实现少人或无人作业;4)加快开发复杂地质环境隧道施工新工法和新装备、极端工况条件下的隧道施工新型装备、城市地下工程关键核心技术和重大装备攻关,解决“卡脖子”问题。

分体组合式矩形顶管机关键技术探究——结合中铁装备地下停车场项目

为解决分体组合式矩形顶管机高精高效掘进难题,以中铁装备厂区地下停车场项目为依托,对矩形顶管机分体组合式结构适应性、位姿(位置与姿态)控制、组合式小刀盘开挖系统设计等关键技术展开研究:1)提出新型组合连接形式,解决因设备组合带来的密封、管线联通等结构适应性问题; 2)创新盾体铰接结构,提出分体组合式顶管机复合位姿控制方法,即以纠偏油缸为主,双螺旋输送机互馈出渣为辅的协同纠偏策略,多刀盘转向转速控制与主机周向多点加压控制相结合的纠滚策略,实现浅覆土、零间距隧洞的高精度施工; 3)基于回归分析方法,探讨小刀盘扭矩系数随刀盘直径、刀盘布置位置的变化规律,建立直径3 m以下小刀盘扭矩系数的计算模型,为多刀盘系统驱动配置提供理论依据。

国内最大拥有自主知识产权土压平衡盾构将由中国中铁装备造

2016年中国中铁工程装备集团新年第一单就签下国内最大直径的拥有完全自主知识产权的土压平衡盾构合同。2016年1月8日下午,中铁装备和中铁六局在北京签约,采购一台大直径土压平衡盾构,用于太原铁路枢纽西南环项目。这台盾构直径12.14 m,研制下线后,将成为现阶段国内最大直径拥有自主知识产权的土压平衡盾构。

基于有限元的盾构机主轴承腔内润滑特性研究

盾构机主轴承具有尺寸大、承受载荷高且转速慢的特点,研究其主轴承腔内润滑状况,对于保证盾构机主轴承的可靠性至关重要。运用三维建模软件及流体仿真软件对盾构机主轴承进行建模及腔内流体域仿真,研究主要润滑参数包括进油口位置分布、进油口的选择、润滑油黏度对腔内润滑状态的影响,以及腔内润滑状态与温度的关系。结果表明:进油口位置分布对润滑状态有着较大影响,非对称进油口分布对这种极低速旋转及重载的盾构机主轴承更有利;为改善润滑状态,进油口应分主进油口和副进油口,保持主进油口常开,副进油口的打开视工况而定;润滑油黏度对润滑状态及温度都有较大影响,存在最佳黏度区间使得温度保持较低水平且润滑状态良好;对应位置润滑油体积分数与温度成反比关系。

机械法联络通道特殊衬砌环结构的有限元计算分析

随着我国轨道交通建设的规模不断扩大,待建联络通道超7000座。机械法施工联络通道的方案,因安全系数高、地层扰动小、施工速度快等优点逐渐被接受。但相对冷冻法,机械法施工联络通道的设计计算理论研究及工程经验相对滞后。基于此,文章以某机械法联络通道项目为基础,建立联络通道地层-结构有限元分析模型,对特殊衬砌环的强度、裂缝、变形进行分析验算,结果表明,采用Q235B钢管片+C50混凝土管片+C50洞门封堵形成的特殊衬砌环能够满足强度与变形要求,采用该设计能够进行联络通道的安全施工。

做世界最好的地下工程装备服务商 获奖质量管理模式——“三个转变”的“同心圆”质量管理模式

“中铁装备是习总书记‘三个转变’重要理念的诞生地。这些年来,我们大力推行基于‘三个转变’的‘同心圆’质量管理模式,即以‘三个转变’为驱动,以‘高端定制、卓越品质、智能服务’循环促动为支撑,立志成为全球领先的隧道及地下工程综合服务商。”

中铁装备:聚焦“六个持之以恒” 着力推动党建引领高质量发展走深走实

"坚持党的领导、加强党的建设,是我国国有企业的光荣传统,是国有企业的‘根’和‘魂’,是我国国有企业的独特优势。"习近平总书记在全国国有企业党的建设工作会议上的这一重要论断,揭示了新时代做好国有企业党建工作的重要性和必要性。近年来,中国中铁工程装备集团有限公司(简称"中铁装备")党委以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,围绕坚持党的领导、加强党的建设、全面从严治党在企业落实落地。

浅谈中铁装备盾构机的未来生产组织模式

本文以中铁装备盾构机的生产组织模式为研究对象,分析其现行生产组织模式及不足,提出盾构机生产组织模式优化思路,并给出先进轨道交通盾构机的智能工厂模型,展望盾构机的智能制造模式。

钢粒子迟滞重复冲击破岩硬岩损伤破裂特征研究

粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲击坑体积及冲击坑表面面积随冲击参数的变化规律,统计粒子冲击破岩裂纹的分布规律,并且从能量吸收率的角度评价双粒子迟滞冲击破岩的效能。结果表明:冲击坑深度与冲击速度呈正相关;随着粒子间距的增大,冲击坑由相交逐渐相离,形貌随之变化,冲击坑体积随之减小,而冲击坑表面面积增大;通过模拟发现,裂纹主要分布在斜长石与钾长石的晶界处,以拉伸破坏为主;当选用5mm直径的钢粒子破碎强度200MPa左右的极坚硬花岗岩时,双粒子迟滞冲击破岩的能量吸收率曲线随粒子冲击速度增大趋于平缓,在双粒子迟滞冲击破岩的粒子间距为8~10 mm且冲击速度400 m/s左右时能达到最佳的冲击辅助破岩效果。

HSP超前探测技术在煤矿TBM掘进巷道中的应用研究

随着全断面掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)逐渐应用于煤矿岩巷掘进,对不良地质构造进行超前准确快速预测的需求日益迫切。通过对主动源地震波超前探测方法的特点和TBM破岩震源超前探测技术的适用性进行分析,结合煤矿巷道地质和生产条件,提出了适用于煤矿巷道TBM掘进的HSP超前探测方法。以河南平顶山首山一矿TBM掘进底板瓦斯治理巷道为工程背景,选用防爆硬件一体化设计的探测仪器在煤矿巷道中进行应用。构建了空间型观测方式对煤矿巷道近水平煤线进行探测,优化了双护盾TBM掘进巷道狭小空间检波器阵列式布置参数;基于时频分析、互相关干涉处理、反射与散射联合反演等方法处理原始信号并进行探测结果成像。研究表明:采用空间型观测方式可实现与巷道小角度斜交煤线的识别,设计震源与首检波器间距离为15 m时最优。通过时频分析提取有效信号,利用互相关干涉法获取虚拟震源道和反射特征曲线,并结合反射与散射联合反演成像得到探测区域地层反射能量分布图,能够较准确地推测得到围岩存在的不良地质构造。通过比较现场开挖揭露情况与探测结果发现两者吻合度较高,表明HSP超前探测方法可实现掘进工作面前方100 m范围内超前无损地质预测,有助于提高煤矿岩巷TBM掘进速度。

小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法

小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟,确定传统类型TBM能适应的最小转弯半径。然后,对双盾敞开式TBM的推进系统和导向系统进行针对性设计,通过分析双盾敞开式TBM推进系统结构和实际施工,提出转弯时双盾敞开式TBM推进油缸内外侧行程差值的理论计算方法和施工过程中的姿态调控方法。最后,得出如下结论:1)当隧道转弯半径小于200 m时,敞开式TBM适应难度较大,需要采用双盾敞开式TBM;2)结合抚宁抽水蓄能电站项目实际施工情况,提出的双盾敞开式TBM的理论计算方法和姿态调控方法确保了转弯段隧道的轴线偏差在要求范围内。

大采高工作面柔模沿空留墙掘巷技术

柔模混凝土沿空留巷技术已应用多年,在中厚煤层和薄煤层开采下均取得了较好的支护效果,但在厚煤层大采高工作面,因巷道高、巷旁支护压力大、混凝土早期强度低易受压损坏难以有效支撑顶板。大采高工作面矿压显现剧烈,巷旁维护难度大,故此提出一种新型的预浇墙柔模混凝土沿空留墙掘巷新技术,即在上工作面回采前,刷煤扩帮后提前预浇柔模混凝土墙体,提高煤帮整体支撑力的同时,解决柔模混凝土墙短期无法有效承载顶板来压的难题;待回采一定距离后,再沿墙滞后掘进下工作面回采巷道,且掘进方向与上工作面回采方向一致,缓解接续紧张,最终实现无煤柱开采。以王庄煤业3503工作面回采留设预浇墙为工程背景,建立了沿空留墙掘巷围岩结构力学模型,理论计算得出墙体力学支护参数,并通过现场应用验证了该技术的可实施性。结果表明:理论计算分析确定了墙体高宽比为5 m×1.5 m,混凝土强度C30即可满足留墙支护要求;沿墙掘进巷道总体变形量小,顶底板和两帮最大移近量仅为260 mm和125 mm,墙体最大受压18 MPa,小于墙体自身承载力;下工作面临近巷道掘进115 m后即趋于稳定。该技术应用全阶段效果良好,满足巷道使用要求,有效解决了大采高工作面沿空留巷重大技术难题,也可为相似工况无煤柱开采提供技术借鉴。

基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法

通过改进轴向柱塞泵的滑靴副与柱塞的结构设计以稳定建立滑靴油膜,这是轴向柱塞泵当前的研究热点之一。柱塞泵滑靴副油膜厚度的动态特性对分析柱塞泵滑靴副的支撑特性至关重要,为此,提出了一种基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解新方法。首先,对滑靴副的受力平衡机理进行了分析,并构建了柱塞泵运动学和动力学模型;然后,构建了柱塞泵整泵流场仿真模型,求解了包含滑靴底部支撑力、柱塞腔压力等在内的滑靴副支撑动态边界,并采用容积效率试验数据验证了整泵流场仿真的准确性;最后,建立了滑靴副油膜承载模型,分析了滑靴副油膜支撑特性,提出了基于插值计算理论的柱塞泵滑靴副油膜承载尺度动态求解方法,对1600 r/min与600 r/min两种典型工况的滑靴副油膜动态进行了计算。研究结果显示:大排量柱塞泵转速为1600 r/min时,柱塞惯性力导致高压侧油膜厚度进一步减薄,高压转低压过程中,柱塞腔内出现压力骤降,使滑靴副油膜无法形成,导致滑靴与斜盘发生刚性接触,在该区域内发生异常磨损;而在低转速工况(600 r/min)时,滑靴底面能够有效形成油膜,保证柱塞泵低速运行的可靠性。这表明基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法可以快速地对不同工况下的柱塞泵滑靴副油膜厚度进行求解。

典型地层下TBM滚刀刀座系统振动特性实验研究

在全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩过程中,强冲击载荷下产生的切削应力通过刀座系统传递至刀盘,引起刀座系统剧烈振动,造成螺栓松动断裂甚至滚刀掉落等严重的工程问题。为此,通过开展破岩实验来研究TBM滚刀刀座系统的振动特性。利用多功能刀具切削性能测试实验台开展TBM滚刀切削红砂岩和花岗岩的实验,并采集滚刀破岩过程中的三向载荷和刀轴振动加速度数据。通过对比分析红砂岩和花岗岩地层下滚刀破岩的载荷—时间历程曲线,得到破岩过程中滚刀刀座系统载荷的动态变化特性,以及不同地层下滚刀刀轴的振动响应特性。研究结果可为TBM滚刀刀座系统的减振设计提供理论依据。

基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统

为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。

双向柱塞泵双向缓冲槽结构优化设计

轴向柱塞泵的高低压切换通过配流盘结构实现,配流盘上的缓冲槽结构对于降低压力冲击与流量脉动至关重要。为了优化双向柱塞泵的缓冲槽结构参数,分析了缓冲槽结构对出口压力-流量特性的影响规律,计算了在单缓冲槽结构下柱塞泵转向调节时的压力-流量特性,得到优化构型。首先,对缓冲槽的构型与泵输出压力-流量特性的关系进行了理论分析,采用CFD方法对采用单向缓冲槽结构的整泵流场压力-流量特性进行计算,对缓冲槽结构参数与出口流量脉动特性的影响规律进行了研究;其次,对单向和对称式的缓冲槽结构的流场特性进行了计算,探究了在柱塞泵正、反转工况下,缓冲槽结构对配流特性的影响规律;最后,通过多目标优化算法寻优,计算缓冲槽的优化结构参数,降低了柱塞泵出口的压力-流量脉动。结果表明,对于需要同时应对正反转工况的柱塞泵结构而言,其配流盘缓冲槽结构需要采用轴对称构型,同时前后缓冲槽的结构参数保持一致将有助于获得更稳定的压力-流量特性;前后缓冲槽的优化后宽度角为82.3°,深度角为12.7°,优化后的压力脉动率为0.3%,流量脉动率为13.7%。

基于低阶模型的含压力补偿比例阀控系统平稳控制

液压工程机械负载变化大、受到控制器计算性能限制,常导致运动控制出现强烈冲击和精度降低等问题,为此提出一种基于低阶模型的含压力补偿比例阀控系统平稳控制方法。首先,证明了含压力补偿比例阀控系统可近似为线性系统,提出一种低阶建模方法,利用分段线性随机系统作为原系统的全局近似,并定量给出分段线性随即系统的协方差矩阵;其次,在所提出的建模方法基础上,设计了稳态卡尔曼速度观测器,提出基于速度观测的双回路控制器,利用精确的观测速度与速度内环控制提高系统阻尼,达到抑制振荡的目的;最后,在盾构管片拼装机举重臂上开展实验验证,实验包括AMESim与Simulink联合仿真实验和PLC控制的实机应用实验。研究结果表明:所提出的低阶建模方法在常见阀参数下与精确模型的精度相对误差不超过3%,所提出的控制方法在低算力控制器上实现了阶跃位置目标轨迹的低冲击、高精度控制,显著增加了系统阻尼,获得了更平滑的速度曲线,减小了稳态误差,力冲击峰值减少21.6 kN,振幅降低约39%,具有较高的工程应用价值。