滚刀破岩拉槽间距研究

拉槽间距是滚刀破岩的重要参数。这里称各滚刀破岩拉槽之间相互作用为滚刀破岩协同效应。本文探讨了产生协同效应的力学机理和模式，进而分析和描述了间距／浸深之比值和破岩比能关系曲线。在实验研究的基础上，为掘进机（钻井机）的工作机构设计及其运行控制提供了若干理论依据。     

安装参数与掘进参数对滚刀破岩阻力的影响

为获得不同切削顺序下盘形滚刀安装参数与掘进参数对其破岩阻力的影响,通过建立多滚刀破岩数值模型,研究不同切削顺序下滚刀贯入度、刀间距、安装半径与刀盘转速等参数对滚刀破岩阻力的影响规律,采用多因素正交实验法分析各因素对破岩阻力的影响显著性,并通过滚刀破岩试验验证数值分析结果的正确性.研究结果表明：滚刀破岩阻力总体上随贯入度、切削速度、刀间距与安装半径的增加而增大;不同切削顺序下,滚刀破岩阻力各不相同,其差异性随贯入度增加以及刀间距减小而逐渐增大;3种不同切削顺序下,贯入度对滚刀破岩阻力影响均为非常显著,刀盘转速和滚刀安装半径对破岩阻力影响较小,刀间距对破岩阻力的影响随切削顺序变化而有明显差异,破岩试验结果与仿真基本一致.     

节理岩体下TBM单刃和双刃滚刀破岩特性研究

为了研究在考虑节理地质条件下的两种TBM滚刀破岩规律,采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的侵入破岩模型,分析节理岩体下两种滚刀侵入破岩的动态过程、裂纹扩展等规律。研究表明:两种滚刀在侵入节理岩体时,裂纹形成和扩展分为两个典型阶段,两种滚刀在受力以及裂纹数目上存在差异;随节理特征的改变,节理对两种滚刀作用下的裂纹扩展呈引导和阻隔效应,节理间距超过80 mm后,双刃滚刀作用下的裂纹扩展依然受到节理的控制;依据两种滚刀破岩产生的岩碴方式分为常规破岩和节理面协同破岩两种形式;单刃滚刀作用下岩体内部的应力分布随节理倾角变化而偏转,双刃滚刀作用下的应力分布随节理倾角变化影响不大;两种滚刀破岩效率随节理特征改变而改变,当刀间距合适时,双刃滚刀相比单刃滚刀破岩效率要高;双刃滚刀侵入节理岩体存在一个最优刀间距使得破岩效率最高,最优刀间距随节理倾角增加先增大后减小。     

双节理岩体TBM滚刀破岩过程数值模拟

为了研究节理特征对全断面掘进机(tunnel boring machine, TBM)盘形滚刀破岩的影响,采用颗粒流方法建立盘形滚刀与含平行双节理岩体的二维数值模型,进行不同节理倾角和间距的30组数值试验,根据数值试验结果研究岩体破裂模式、滚刀竖向接触力峰值随节理倾角和间距的变化规律、滚刀破岩过程中细观裂纹扩展规律。研究结果表明:不同的节理特征下,滚刀破岩可以分为4种基本的破裂模式;滚刀竖向接触力峰值随节理倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,在节理倾角为30°或45°时最小,在节理倾角为90°时最大;滚刀竖向接触力峰值随节理间距的增大总体上呈现增大趋势;随滚刀的贯入,滚刀竖向接触力与细观裂纹个数有3个关联的变化阶段。通过研究TBM滚刀与节理岩体相互作用机制,揭示不同节理特征对滚刀破岩的影响规律,对TBM滚刀的合理设计和施工有一定的指导意义。     

预切缝对滚刀破岩裂纹扩展的影响规律研究

针对硬岩地质条件下传统滚刀破岩出现贯入度低、磨损严重等问题,许多新型辅助破岩方法被提出,如通过激光、水射流等非接触式破岩方法在岩石上制造预切缝来辅助滚刀破岩。为了明晰预切缝条件下滚刀破岩机理,采用颗粒离散元方法建立预切缝在滚刀侧面(侧置式)和滚刀前面(前置式)两种辅助破岩仿真模型,探究了预切缝深度和间距对滚刀破岩裂纹拓展的影响规律。研究结果表明：1）侧置式模型中预切缝主要影响裂纹的拓展,诱导破岩过程中侧向裂纹向预切缝底端扩展,前置式模型中预切缝主要影响裂纹的萌生起裂,在贯入初期只产生侧向裂纹,并促使侧向裂纹向两侧扩展;2）滚刀垂直力和裂纹数量均随着预切缝深度的增加而减小,但滚刀垂直力随着刀间距的增大而增大,裂纹数量则随着刀间距的增加先增大后减小;3）同等条件下,侧置式模型的破岩效率要高于前置式模型,但前置式模型中滚刀的垂直力要远小于侧置式中的滚刀垂直力,可通过进一步增加前置式模型中滚刀贯入度来充分利用预切缝的辅助作用;4）滚刀贯入度一定时,侧置式模型适用于预切缝深度大于滚刀贯入度的情况,而前置式模型适用于预切缝深度小于滚刀贯入度的情况。     

基于ABAQUS的岩石节理特征对滚刀破岩影响研究

目的研究岩石节理特征对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀破岩的影响,提高滚刀破岩效率.方法利用ABAQUS对含有不同节理特征的岩石进行建模仿真,模拟TBM滚刀切割含有不同节理特征岩石的过程,并观察分析其破碎效果.结果节理岩石破碎后的塑性应变在节理面处向岩石内部延伸;岩石的节理间距越大,岩石的破碎量越小;在节理间距相同的条件下,节理倾角为60°时,岩石破碎效率最高,而在节理倾角为90°时,岩石破碎效率最低.结论岩石的节理倾角对节理岩石裂纹的扩展有影响,而节理间距为150 mm时对其裂纹的扩展基本没有影响;当节理间距在80~100 mm范围内变化时,节理间距对岩石破碎效率影响较大.研究结果对于理解滚刀破岩机理,优化滚刀布置和提高掘进机刀具破岩效率具有重要意义.     

预留切槽红砂岩的楔形压头侵压试验研究

目前对静压破岩机理的试验研究多为经典侵压试验,对刀具破岩产生的压痕切槽对后续周边刀具破岩的影响问题研究较少.为了获得最优刀间距,研究如何采用预切槽技术降低刀具工作推力等问题,采用楔形压头对预留切槽岩石的侵压试验,重点研究了不同切槽间距对楔形压头破碎参数的影响,并开展了不同切槽深度对压头跃进破碎的影响研究.研究结果表明,岩石破碎时,楔形压头推力与切槽间距对数相关,楔形压头破岩量与切槽间距高度线性相关.     

TBM滚刀回转破岩性能数值分析

针对隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘设计过程中盘形滚刀布局的刀间距和贯入度问题,综合岩石力学、弹塑性力学和断裂力学,并运用有限元方法建立了TBM刀盘滚刀的动态破岩三维模型.通过与线切割实验对比验证了模型的正确性和有效性,并在此基础上分析了滚刀的回转破岩,得到刀间距和贯入度对滚刀切削力及比能的影响规律.结果表明:随着刀间距的增加,滚刀所受法向力将会逐渐增大,而其切向力基本保持不变,比能增加先减小后变大,在刀间距为60 mm附近取得最小值;法向力和切向力随着贯入度的增加而增大,比能随着贯入度增加而减小.     

岩石特性对掘进机破岩的影响

目的研究岩石特性对掘进机破岩的影响,提高掘进机施工效率,延长滚刀使用寿命．方法将滚刀及其掘进的岩石作为一个整体,模拟破岩过程中滚刀和岩石的应力分布,并通过实验测量了滚刀破岩时滚刀受力和切深等参数,分析了不同硬度的岩石、切深和滚刀施加力对滚刀及岩石受力的影响．结果岩石反作用于滚刀的力和岩石的切深沿切割方向呈波浪型水平线;岩石抗压强度增大,岩石的切深和破碎区体积降低．结论同种岩石破碎程度与滚刀切割力大小成正比;切割力相同时,岩石破碎程度与岩石抗压强度成反比;研究结果对提高岩石掘进机的破岩效率,及其对地质的适应性具有重要作用．     

滚刀滑移状态下的受力与磨损仿真分析

为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结合工程实例对数值仿真结论进行了验证,结果表明:数值仿真中垂直力FV和滚动力FR在CSM模型计算值附近波动,两者较为吻合,表明了本文模型的合理性。数值仿真结果表明,随着滑移率η的增大,垂直力FV呈轻微减小趋势,滚动力FR明显变大,从滚动破岩到滑动破岩,垂直力FV降幅为23.6%,滚动力FR增幅达83.7%,滑动破岩将导致滚刀偏磨。工程实测数据表明,刀盘上大量滚刀处于正常磨损状态时,主要表现为推力增大。大量滚刀处于偏磨状态时,主要表现为扭矩增大,其中偏磨滚刀占比19.05%和28.57%时,扭矩增幅分别为55.85%和261.51%。滚刀正常磨损和偏磨均大量存在时,表现为扭矩推力同步增大,其中偏磨滚刀占比21.43%时,扭矩增幅为80.89%。数值仿真和实测数据表现出较高的一致性。综合4次开仓换刀结果,可将刀盘扭矩增幅超过50%作为判定大量滚刀发生偏磨的重要依据。     

数控线切割自动编程系统的开发

采用软件工程理论开发的数控线切割自动编程系统,对国内目前大多数仍在采用３Ｂ指令的线切割机改人工编程为自动编程,提高编程效率、增加加工程序的可靠性具有重要的实用价值。文中对其数学方法,系统组成及实现方法作了详细叙述。     

一种特殊形状永磁磁极的计算极弧系数确定

在实际电机中,常将永磁磁极削角.磁极削角后计算极弧系数发生变化.采用有限元法,虽可准确确定电机削角后的计算极弧系数,但由于涉及的变量较多,难以得到普遍适用的曲线.为解决这一问题,将解析法和有限元法相结合,利用有限元法得到确定不削角永磁电机计算极弧系数的普遍适用曲线,利用解析法将削角等效为气隙的增大,进而确定计算极弧系数.通过工程实际应用,证明所提出的方法是正确有效的.     

求圆弧切削刃上任意一点的前角

切削前角是刀具上的重要的几何参数之一，运用椭圆投影的方法，推导出了圆弧切削刃上任意一点前角的数字表达式。     

掘进工作面高压水细射流除尘规律研究

通过井下高压水细射流辅助破岩系统的掘进机工作面在掘进期间变化压力水释放的压力进行除尘的一系列试验，并综合已有的井下掘进工作面高压水细射流除尘的资料，总结出掘进期间压力水释放压力与粉尘产尘率之间的关系，并由此推出高压水细射流除尘的最佳水压范围。     

数控线切割钼丝抖动的工艺影响分析

对数控线切割机实施多次切割的工艺过程进行了分析,认为影响产品质量的主要原因是运行中钼丝的动态稳定性较差。影响钼丝动态稳定性能的主要因素,包括导轮的径向跳动及轴向窜动,储丝筒的径向跳动,上、下导轮间钼丝的抖动,绕丝时预紧力不均匀等,可采用隔断导轮跳动的传播路径、合理控制钼丝的运行速度、增设钼丝张紧装置等措施降低钼丝抖动。理论分析与试验结果表明,通过对数控线切割机床进行适当改进并且采用适当的工艺方法,在数控线切割机上可以实施多次切割工艺,且加工后的产品质量满足工艺要求。     

钻削热电测量装置及试验研究

本文对钻削过程中的热电测量方法进行了试验研究。通过试验得出了适于在普通钻床上使用的、简便可靠的热电测量方法。对钻削过程中的一些热电现象进行了探讨。得出了钻削中的热电势与钻削速度、进给量、钻削深度以及钻孔数之间的关系。     

某纺织车间厂房振动测试

为了确定机器引起的振动对某纺织车间厂房结构安全的影响,采用振动测试技术与建筑物质量检测技术相结合的方法进行了综合分析．测试及分析结果表明,机器引起的振动不影响该厂房的结构安全,但是影响到了工人的正常工作．结合工程实际情况,提出了相应的减振解决方法,采用并列2条生产线机械运行方向措施后,厂房结构振动明显减小．     

基于ABAQUS的钛合金稳态切削模拟

本文基于ABAQUS软件的Johnson-Cook材料模型以及ALE网格划分技术对钛合金稳态切削加工过程进行了有限元模拟,并研究了钛合金的切屑成型过程、切削层的塑形应变以及工件温度的分布,从切屑形状上看,模拟结果与试验结果基本吻合。在此基础上分析了不同切削前角、切削深度和切削速度等参数对切削力的影响,发现在一定范围内适当增大切削前角或减小切削深度有利于切削的进行,此外切削速度的变化在一定范围内对切削力影响较小。     

应用光纤技术在线检测刀具的磨损

以光纤传导理论为基础，提出了一种新的非接触式刀具磨损检测方法——光纤反射位移检测法．该法以激光为光源，以光纤传感器为检测手段，以刀杆振动位移为检测对象来实现对刀具状态的跟踪检测．大量的切削实验表明了这种方法的适用性和可靠性     

在机床上安装“双显装置”的设计

本文提出了在专用机床上安装“双显装置”,即数字显示切削力和切削温度装置的设计方法。操作者观察“显示表”使切削加工在允许的切削力和温度范围内进行,有利于产品的质量和生产率的提高。同时,通过微机,单片机的处理系统和专用机床连机使用,工厂技术管理部门还可以在中央监测室随时通过微机显示和打印机打印出各专用机床加工时的切削力和切削温度数值,便于指挥生产。