TBM刀座焊缝坡口参数设计及性能分析

为解决TBM(全断面隧道掘进机)刀座采用整体法设计焊缝结构时造成的焊缝应力集中问题,提出一种TBM刀座焊缝坡口参数设计方法.以某工程TBM刀座为研究对象,分析了载荷比、焊接倾角等参数对刀座焊缝结构应力集中的影响;采用虚拟缺口半径理论,建立了刀座多焊缝坡口倾角参数化模型;通过正交试验法,对多焊缝坡口倾角参数进行了整体优化...     

滚刀装配不确定因素下TBM刀盘载荷波动分析

滚刀装配的不确定性因素往往造成全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘载荷的波动,进而引起刀盘系统动力学分析精度下降和设计人员理论指导失误的问题。针对以上问题,文章提出了一种装配不确定因素下的TBM刀盘载荷波动规律分析方法。首先,通过对实测、仿真和实验数据提取的特征进行分析来拟合典型地质下不同类型滚刀的载荷时域图;其次,通过对装配不确定因素进行分析,建立TBM刀盘装配不确定因素下的滚刀位置的数学表征模型,并在此基础上分析了考虑装配不确定因素的必要性;最后,通过结合区间理论,将不确定因素转化为区间变量,并通过分析此时的载荷波动情况发现:当出现装配的不确定因素时,径向载荷波动区间具有对称波动特性,而倾覆力矩波动区间与其相反。另外,不同类型滚刀的装配不确定性对刀盘各向载荷的影响是不同的。     

TBM换刀执行器结构设计与仿真分析

为了实现TBM机器自动化换刀任务,针对一体式刀具系统结构,结合TBM的空间限制条件设计了TBM换刀执行器。设计执行器结构包括螺栓松紧、伸缩、旋转和抓取四部分。通过有限元软件对整体结构进行了静力学分析。根据模型对换刀执行器进行运动学、动力学分析,使用MATLAB求解运动微分方程,在ADAMS软件中建立执行器的虚拟样机,在相同初始条件下得到两种方法的响应,对比ADAMS仿真结果与微分方程求解结果对比验证微分方程的正确性,为下面的控制工作奠定基础。经过上述分析,证实了TBM换刀执行器设计的合理性。     

基于正常掘进工况下的TBM刀盘振动限值研究北大核心

刀盘作为TBM施工过程中实现破岩功能的关键部件,极端环境极易引起刀盘的剧烈振动,且刀盘的长期剧烈振动会导致结构开裂、失效等问题。因此,以TBM刀盘为研究对象,通过有限元与动力学仿真,确定正常掘进工况下的刀盘振动限值。首先,基于滚刀破岩动态载荷模拟仿真及CSM模型得到不同围岩类别下的滚刀载荷谱,使之作为刀盘外激励;其次,利用Ansys对刀盘进行瞬态动力学仿真,得到刀盘的最大等效应力,再以许用应力进行衡量;最后,利用Adams对TBM主机多自由度动力学模型进行动力学仿真,得到不同岩石类别正常掘进工况下的刀盘振动加速度,从而得到刀盘的振动限值。     

敞开式TBM刀盘刀座失效原因分析及在役修复技术

刀盘是敞开式TBM最重要的部件之一,作为承力部件,刀座受到滚刀掘进过程中的压力以及扭矩影响,受力载荷复杂多变,极易出现焊缝开裂以及受力面压溃现象,最后影响到施工生产,甚至工程失败。在此情况下需要对刀盘失效原因进行分析,并制订出在役修复技术方案,以便在工地现场对刀盘进行维修改造。     

某型镗刀杆系统静动态仿真分析与结构优化

在Pro/E软件中建立某型镗刀杆三维实体模型,并运用ANSYS12.0有限元分析软件对该镗刀杆系统进行静力学分析与有限元模态分析,其中静力学分析包括加载荷后X、Y、Z方向的位移及应力分析,发现Y方向应力和变形最大;在不同进给量下的位移和应力分析中,得出随着载荷增加,镗刀杆变形在允许范围内随之增加。模态分析得到该镗刀杆系统的固有频率和振型。对该镗刀杆进行结构优化,并设计实验验证改进后的效果,为实际生产加工提供了参考。     

硬岩隧道TBM施工中的典型掘进破岩难题与对策

全断面岩石掘进机(TBM)在硬岩、极硬岩隧道掘进过程中存在岩爆灾害、滚刀磨损、低掘进速率等典型掘进破岩难题，严重影响隧道的安全高效施工。因此，查明产生这些典型难题的原因并提出相应的对策至关重要。本文首先从岩石硬度、单轴抗压强度、岩石脆性及耐磨性等角度分析了隧道硬岩的相关特征，并阐明了其对各典型掘进破岩难题的影响规律。随后结合国内外隧道施工案例提出了相应的对策：岩爆灾害可采用岩爆监测和岩爆防控相结合的方法进行预防和治理；滚刀磨损通过优化滚刀参数、改良刀圈材料、涂覆刀圈涂层以延长其使用寿命；掘进速率低的难题可通过优化滚刀布置设计、增加刀盘推力及扭矩、增设辅助破岩手段等措施改良。最后，从TBM与隧道围岩的相互作用机理、TBM隧道施工信息化建设、TBM掘进智能控制和优化决策等方面对未来硬岩隧道的掘进提出了几点展望。     

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%。     

TBM刀盘脱困驱动过程仿真研究

简单介绍了TBM刀盘脱困装置的基本结构和工作原理,重点阐述了脱困装置的重要设备---液体黏性离合器的关键参数对TBM刀盘脱困过程的影响,并通过仿真对脱困过程中脱困扭矩与转速的关系、扭矩与液体黏性离合器的油膜厚度、油膜厚度与控制压力的关系进行了分析。结果表明,所选择的TBM刀盘脱困驱动装置能大幅提高刀盘的输出扭矩,通过控制油缸活塞的位移实现对液体黏性离合器油膜厚度的控制,从而控制刀盘输出扭矩的范围,并能有效防止摩擦片直接接触造成摩擦片的破坏。     

岩石滚刀工作台液压系统的设计与分析(英文)

为了通过实验了解全断面岩石隧道掘进机滚刀破岩机理,优化滚刀结构,提高滚刀破岩效率,延长滚刀使用寿命,合理布置滚刀在刀盘上的分布,对岩石滚刀试验机工作台的液压驱动系统进行了设计和仿真,分析了流量和载荷对工作台运动性能的影响。研究发现:工作台的水平运动速度和流量成正比,而与载荷大小无关;工作台运动的延迟与载荷的大小成正比。通过理论分析证明所设计的液压系统正确合理,研究结果对岩石隧道掘进机刀具系统的结构优化,工作效率的提高具有重要意义。     

复合地层中不同刃形滚刀与岩石接触行为研究

目的 滚刀截面形状即刃形对滚刀综合性能影响显著,研究不同刃形的滚刀在复合地层中的载荷变化特点,把握各型滚刀应用于复合地层时的优势与劣势,对于减少滚刀失效、降低刀盘偏载具有重要指导意义。方法 通过滚刀破岩试验获取和对比3种刃形的滚刀(平顶、圆顶和螺旋槽滚刀)在软硬复合地层中的切削力、破岩体积等关键指标,同时建立滚刀破岩有限元数值模型,探究滚刀刃形影响其切削岩石性能的机理和规律。结果 在复合地层中工作时,平顶滚刀所需的法向力均值最高,其余滚刀则相近。这是由于圆顶和螺旋槽滚刀破岩时仅有部分表面参与接触,接触面积均小于平顶滚刀,应力集中效应明显,从而降低破岩法向力。螺旋槽滚刀在切削不同强度岩石时的法向力差距最小;圆顶滚刀的法向力标准差的值最小。3种滚刀均形成了粉末状和片状岩石碎片,平顶和圆顶滚刀形成的岩石碎片总体积相近而螺旋槽滚刀略低。结论 复合地层软硬岩强度相差较大时,可选用螺旋槽滚刀以减轻刀盘偏载;硬岩部分强度较高时,推荐选用圆顶滚刀,以减小切削力和载荷冲击。     

石材桥式切割机数控系统的刀补研究

为了实现对石材轮廓的精确加工,不同刀具的刀补模块设计是开发数控系统的关键技术。通过对C机能刀补算法的研究,简述了刀补转接的几种类型及其判断算法,结合石材桥式切割机的加工特点,对锯刀、铣刀、磨刀的刀补算法进行了设计。采用PC+运动控制卡的硬件结构,以Visual C++作为开发软件,设计了石材桥式切割机的数控系统软件。运行石材桥式切割机的数控系统,对锯刀、铣刀、磨刀刀补进行仿真,并在工厂中进行加工测试。结果表明:该切割机能稳定运行,其刀补算法实现了自动刀具补偿功能。     

基于AMESim的双轮铣槽机铣削装置液压系统仿真

介绍了双轮铣槽机铣削装置的液压系统原理,并运用AMESim软件建立了整个铣轮液压系统仿真模型,并根据相关参数的设计要求,设置主阀口在8种不同开度,在高、低两种负载的外界输入条件下,分析铣轮马达流量、泵口压力随时间的变化,为双轮铣槽机液压系统设计提供了参考和依据。     

刀架几何误差模型的建立及应用

系统地分析了普通车床刀架的结构特点,以多体系统理论和齐次坐标变换原理为基础,以CA6140车床为例,采用Matlab编程建立了该车床刀架系统的几何误差模型。应用人机交互的模式可以对刀架系统进行快速的几何误差建模与分析。其误差敏感性和规律分析结果可以为刀架系统的公差设计、刚度分配提供重要依据。     

基于残余应力分布优化的TBM滚刀刀圈激光熔覆涂层制备工艺研究

目的 为改善TBM(全断面隧道掘进机)涂层刀圈残余应力分布,针对刀圈涂层制备过程中的激光扫描路径开展研究,以优化刀圈涂层及涂层/基材界面的残余应力分布。方法 使用MSC. Marc 2016软件建立了刀圈涂层制备的三维完全热机耦合模型,通过试验验证了模型的准确性,并针对激光熔覆过程中扫描顺序、扫描方向和扫描终点夹角等3个工艺变量开展了应力场分析研究。结果 刀圈表面近涂层区周向/径向残余应力数值计算结果分布趋势与试验基本一致,且在涂层与基材结合的界面处,残余应力梯度达到最大,当激光扫描方向为安装孔到刃顶时,涂层刀圈残余应力的不合理分布得到了明显改善且应力最值显著降低,其中基材部分残余应力最高降低35 MPa,而调整扫描顺序和扫描终点夹角未能有效改善刀圈残余应力的分布及应力最值。结论 通过合理设计熔覆过程中的扫描路线,可以有效改善刀圈涂层的残余应力分布并降低残余应力最值,对延长TBM涂层刀圈服役寿命具有重要的指导意义。     

直剪仪多级液压加载系统的设计与控制

岩石材料不同形状接触面的静动力学特性是岩石力学研究重点。接触面力学特性研究的一个基本途径是通过接触面基本力学特性试验。为了得到稳定的岩体结构面抗剪强度,需要对不同尺寸的岩体结构面试样进行抗剪强度直剪试验。以现有直剪仪为基础,提出新设备的液压系统和控制方案,并对直剪仪法向力和剪切力的控制精度和方法等问题进行了分析。试验测试表明:该试验仪的测试结果可信,精度能满足工程设计要求。文中的研究为岩石试验提供了大压力范围、柔性控制的仪器设备,为测试试样的剪胀和尺寸效应提供装备。     

面向微电子超声键合的精密气浮定位平台特性分析

基于有限元方法,详细考察了两自由度气浮支撑定位平台的静动态特性.建立了定位平台的有限元模型,分别对其进行了静态、模态和瞬态分析.通过静态分析,考察了系统在静力载荷作用下的响应特性;经模态分析,获取了定位平台的固有频率以及模态振型;通过施加脉冲力激励,探讨了系统的脉冲响应,通过方波力信号模拟定位平台的实际工作状态,得到了定位平台的瞬态响应特性.结果表明,该定位平台具有良好的静动态特性,为该类气浮支撑定位平台的结构优化设计与控制提供了重要信息.     

TBM盘形滚刀刀圈新材质DQ50钢的研制

通过对 TBM刀圈新材质 DQ5 0钢的研究 ,总结出 DQ5 0钢满足硬度和耐磨性要求的最佳热处理工艺 ,讨论了对 DQ5 0钢刀圈硬度和耐磨性产生影响的各种因素 ,并采用最佳热处理工艺参数进行了产品试制 ,硬度达到了 HRC5 7以上 ,并进行了现场试验 ,经试验硬度、韧性及耐磨性达到了 WIRTH公司的水平 ,可以替代 WIRTH公司的刀圈而进行国产化的批量制造     

Simulation and experimental investigation of the end milling process considering the cutter flexibility

In this paper, a new type of model for the end milling process is presented considering cutter flexibility, which includes not only the static but also the dynamic deflection of the cutter. According to the basic assumption for a linear elastic body, the force acting on the cutter and its deflection in the milling process are both divided into two parts: the static and the dynamic. By considering the regenerative feedback in the practical milling process, the dynamic milling force acting on a unit length of the cutter is derived. Furthermore, a new kind of dynamic deflection model of the cutter is established. Based on this model, a new set of efficient numerical simulation algorithms are presented. In the mean time, the static deflection of the cutter is also formulated. Finally, the simulation and measurement of the milled surface topography for the end milling process show the feasibility of this model.