硬岩掘进机盘型滚刀回转破岩仿真研究

硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转,又绕自身轴线自转,是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性,应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型,模型中采用无限元网格施加无反射边界条件,消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力,研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明,对于所选用的岩石类型,其最优刀间距为60mm,此时滚刀受到的滚动力最小,破岩质量最大,破岩比能最小;相邻滚刀的最佳相位差为120°,破岩质量最大,比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。     

TBM的刀具改性与辅助破岩技术研究现状

硬岩掘进机(TBM)主要依赖滚刀-岩石界面的滚压作用进行隧道掘进作业,滚刀刀圈磨损严重、更换频繁,严重影响TBM掘进效率.本文介绍了TBM滚刀破岩原理与典型失效形式;从滚刀材料改性和结构优化角度归纳总结了TBM刀具改性的研究现状,指出单纯的滚刀改性优化对TBM掘进效率的提升作用有限;进而介绍了水射流、超声、激光和微波等外加物理场辅助破岩技术的研究进展;最后,从岩石力学性能化学弱化角度探讨了辅助破岩技术的新思路.     

基于能量法的TBM滚刀磨损机理分析研究

滚刀的磨损消耗是全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machines,TBM)掘进成本的重要组成部分。针对于此,基于中国秦岭和挪威R?ss?ga硬岩隧道的实际工程数据,使用能量分析的方法对滚刀磨损进行了分析研究。提出了滚刀刃单位磨损功和等效磨损函数,通过分析刀盘上不同区域滚刀的运动、受力和磨损机制,建立了基于各刀位滚刀破岩载荷、滚刀安装参数和TBM掘进参数的滚刀刃单位磨损功计算公式。通过求解8.8 m和7.23 m直径TBM的等效磨损函数,并计算相应的滚刀刃单位磨损功,对比分析了不同刀盘、不同地质条件和不同刀盘区域的滚刀磨损,发现:等效磨损函数与滚刀寿命系数(CLI)成反比,等效磨损函数的对称轴位置取决于滚刀布局,对称轴位置的滚刀破岩和磨损状态最理想。揭示了刀盘内侧和外侧区域滚刀高磨损率的原因,提出了增大刀盘内侧滚刀间距、增大30°~40°倾角的边滚刀数目的滚刀布局建议。     

TBM边缘滚刀组合破岩特性及其影响因素敏感性评价

盘形滚刀是全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)破碎岩石的关键部件,边缘滚刀因其安装位置的特殊性,破岩行为不同于正面滚刀。为了研究边缘滚刀组合破岩特性以及破岩参数对其破岩性能的影响,采用颗粒离散元法建立边缘滚刀组合破岩模型,研究边缘滚刀组合破碎花岗岩与石灰岩时岩体裂纹演化过程、应力分布特征以及刀具载荷变化规律。在此基础上,建立基于敏感度熵权的边缘滚刀破岩参数综合评价模型,研究边缘滚刀破岩敏感性参数对破岩效率、裂纹扩展能力等的影响程度。研究结果表明:不同岩石条件下,滚刀破岩特性以及破岩参数敏感度有所区别;滚刀间倾角差、刀盘圆弧半径和刀刃角对边缘滚刀破岩性能影响最为显著,刃宽与贯入度影响次之,刀盘转速影响最小。     

TBM正滚刀回转切削仿真分析

针对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀回转切削问题,以正滚刀为例,通过有限元分析软件ABAQUS,建立了一系列滚刀破岩模型,探究不同刀间距、不同切削角度对滚刀破岩效果的影响。仿真结果表明,对于17in滚刀,安装位置不同,其岩石破碎量破岩效果会不同;在一定的模拟条件下,双滚刀同时回转切削的最优刀间距为120mm左右。其他条件不变,采用不同顺次切削角度破岩时,120°左右切削效果最好。研究成果对于理解滚刀回转切削特性,优化滚刀在刀盘上的布置具有一定的参考价值。     

基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法

为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。     

基于ABAQUS的刀间距对滚刀破岩效率的影响研究

为了提高全断面硬岩掘进机破岩效率,优化滚刀在刀盘上的布置,确定最优刀间距。利用ABAQUS有限元软件建立双滚刀滚压大理石模型,分析了刀间距对岩石破碎量及滚刀所受滚动力的影响,并进行了比能计算。通过数值模拟得到不同刀间距条件下的岩石破碎量及比能变化规律,研究结果对提高滚刀破岩效率具有重要意义。     

一种硬岩掘进机滚刀设计研究

刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件,而滚刀是刀盘掘进中的利器,掘进机在施工过程中能否顺利推进,能否把坚硬的岩石啃下来,完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下,对特定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算,计算的结果比实际所需的值略大,安全系数高,滚刀性能卓越、稳定,并可节约施工时间。通过三维建模和计算校核可知,刀轴设计满足强度要求。     

新型TBM螺旋槽滚刀破岩性能及接触行为研究

全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在川藏铁路等国家重大战略工程中发挥着重要作用。但TBM在硬岩地层施工中仍然面临所需推力大、掘进速度慢、滚刀损耗严重等问题,亟待解决。尝试探索基于滚刀表面结构设计调控刀-岩接触的可行性,设计了一种新型螺旋槽盘形滚刀。使用直线切割破岩实验研究不同贯入度和岩石种类下新型滚刀的破岩性能,并利用颗粒流离散元数值仿真对其破岩机理进行阐释。结果表明,滚刀表面的螺旋槽设计可以显著地降低破岩时切削力,而对生成的岩石碎片总体积无明显影响,因此可以显著减小滚刀做功,降低破岩比能,提高破岩过程的能量利用效率。其机理在于螺旋槽有效地优化了岩石内应力分布,使得同一滚刀前后相邻的刃齿在沟槽下方岩石中形成拉应力区,该部分岩石未与滚刀直接接触形成岩石粉末,而是由拉裂纹互相贯通形成岩石碎片,即减少了岩石粉末数量、缓解了岩石过度破碎程度,最终达到了降低切削载荷和破岩能耗的效果。     

基于优劣解距离法和权重分析的滚刀综合评价

滚刀作为隧道掘进机的重要部件，如何正确评价滚刀性能对工程建设具有重要意义。通过研究不同滚刀指标参数，提出了一种基于优劣解距离法和权重分析法的滚刀性能综合评价方法。该方法利用熵权法计算不同工况下指标的权重系数，通过优劣解距离法建立评价矩阵，最终实现不同工况下滚刀性能的评价和选型。采用优劣解距离法实现硬岩、软硬不均和软岩3种工况下滚刀的量化评价，为实际工程滚刀的选择提供重要参考依据。     

F型封装功率晶体管气密性工艺分析及改进

本文对F型功率晶体管密封工艺进行技术分析,在分析原密封工艺缺点的基础上,提出了改进F型功率晶体管密封技术的措施,并介绍利用这些措施对F型封装功率晶体管进行密封加工等技术内容。     

Production geometry analysis, modeling, and rapid prototyping production of manufacturing tool of spiroid face gear

The geometric analysis of a face-gear hob is introduced in this article. We examined the logarithmic spiral and the Archimedean spiral backward-turned curves in profile distortion aspect. The cutting edge of the hob defines the face-gear dentation, which is why the equations of the cutting edge have to be known for manufacturing. We worked out the mathematical analysis of the backward-turned curves, the cutting edge, the face surface, and the relief side surface of the hob in general case. Based on these, we designed a conical hob, working out its three-dimensional virtual CAD model. Using rapid prototyping technique, we produced the real physical model of this hob, and the hob was actually manufactured. We carried out three-coordination measuring analysis of the rapid prototyping model and the actually manufactured model. We analyzed the measured results and presented the evaluation of our results.     

齿轮高速干切滚刀寿命预估模型与优化方法

由于齿轮高速干式滚切工艺切削速度高且缺少切削油的冷却润滑,为满足高速干切滚刀的抗磨损、耐高温等性能要求,高速干切滚刀基体材料和涂层的制备工艺均较为复杂,且价格昂贵,因而需要优化高速干切工艺以延长高速干切滚刀使用寿命,进而降低工件制造成本,提高效益。结合生产实践和理论分析,研究了齿轮高速干切滚刀的失效形式和失效原理,提出了以单个刀齿切削长度为高速干切滚刀寿命评价指标并建立相应计算模型的方法,基于此开展了高速干切滚刀寿命试验,建立了高速干切滚刀寿命多元线性回归模型,采用MATLAB求解得到该试验条件下的高速干切滚刀寿命经验公式。最后基于此提出了通过优化滚切工艺参数以及采用新型窜刀方式等来延长高速干切滚刀寿命的方法。     

用齿轮滚刀切制蜗轮的可行性分析

通过对蜗轮加工原理的分析,认为通过采取一定的措施,用齿轮滚刀加工蜗轮是可行的,可以满足使用要求。     

双圆弧齿轮滚刀齿形计算及优化设计

从理论上分析了由目前广泛采用的近似造形方法引起的滚刀齿形精度问题,总结出影响滚刀齿形精度的主要因素。利用从双圆弧齿轮基本齿廓方程出发推导出的双圆弧齿轮滚刀通用齿面方程,求出双圆弧齿轮滚刀前刀面齿形方程。通过比较双圆弧齿轮滚刀的理论齿形和设计齿形,求解出双圆弧齿轮滚刀的齿形误差计算公式,并以滚刀设计截面内的最大齿形误差最小化为目标进行双圆弧齿轮滚刀齿形优化设计,最后利用双圆弧滚刀齿形优化后的相关设计参数完成三维参数化造型。     

基于Pro/E的齿轮滚刀参数化精确建模研究

利用Pro/E软件的参数特征建模功能从齿轮滚刀的加工原理分析滚刀的结构,先设计滚刀基本形体,再切出滚刀的螺旋槽,最后创建滚刀的容屑槽,实现齿轮滚刀精确的三维造型设计。并通过修改相关参数的值创建同类的其他齿轮滚刀模型,提高了同类产品的设计效率。     

Design of nonstandard spur gears cut by a hob

A numerical technique has been developed for determining the individual hob offsets for a pair of spur gears designed to operate at a nonstandard center distance with the maximum ratio of recess to approach action or to balance tooth strengths of the pinion and gear. The numerical technique is based on determining the limit to which the hob is offset to create a full recess-action gearset, to balance the tooth strengths, to maintain a desired contact ratio, and to avoid undercutting. The values of the hob offsets from these design criteria are calculated, and the limiting value selected to produce an acceptable gearset. In this paper, backlash is incorporated into the solution method and a new numerical technique is employed to solve the optimum hob offsets. This paper presents the formulation of the equations for each of the design criteria and the corresponding solution methods, which include backlash, that are used to determine the optimum hob offsets. These design criteria have been incorporated into a Basic program. Example problems and results from the program are presented.     

三坐标测量机实现齿轮滚刀测量的关键技术

为提高滚刀测量的精度和速度,采用四轴联动的三坐标测量机来实现滚刀的测量。重点阐述了滚刀测量起始点的自动定位、滚刀自动分头功能的实现、测头半径补偿以及安装偏心补偿,这些关键技术的运用对滚刀的各项误差测量提供了方便,提高了整个测量的精度,使滚刀的三坐标测量具有传统的机械式滚刀检查仪无法比拟的优越性。     

高速干式滚刀优化及参数化设计

运用现代工艺优化理论,以高速干式滚齿的滚刀为研究对象,以最高生产率为目标函数,建立机床、刀具、加工工艺等多种因素的限制为约束条件的滚刀结构参数及切削用量优化的数学模型。利用该模型进行优化计算,可确定最佳滚刀结构参数及切削用量。采用计算机辅助程序设计软件实现滚刀的参数化设计,能够精确绘制出滚刀零件图。     

一种滚刀径向铲磨优化方法

高精度的滚刀铲磨是提高滚刀精度的重要保证,滚刀重磨是延长滚刀寿命的重要措施。传统滚刀铲磨以滚刀前刀面刃形为基准刃形,重磨误差随重磨角度的增大而增大,基于此,提出一种滚刀径向铲磨优化方法。以某一重磨角度下的理论刃形为基准刃形来优化铲磨砂轮截形,在滚刀重磨误差允许范围内,使重磨误差随重磨角度的增大先减小后增大,延长了滚刀使用寿命。对一种单头直槽零前角右旋双圆弧齿轮滚刀进行了滚刀径向铲磨优化实例计算,结果表明该方法可行、有效。