绞吸挖泥船大功率挖岩绞刀的荷载分析*

针对绞吸挖泥船在挖岩施工过程中绞刀荷载难以定量确定的问题，建立刀齿的坐标模型，根据施工参数判定刀齿大圈切削状态，利用单齿切削岩石的荷载模型建立绞刀整体的荷载分析模型，计算绞刀在不同转动速度、横移速度、姿态角度和岩层厚度等工况下的横向力、竖向力、纵向力以及绞刀功率情况，每种工况以正刀和反刀两种姿态进行分析。结果表明，无论正刀还是反刀施工，绞刀的转动速度和横移速度都对绞刀的功率消耗产生正相关影响，绞刀的姿态和泥层切削厚度对绞刀荷载的影响最大。     

绞刀齿空间位置和姿态的定位技术

绞刀在制作完成以后或者齿座在修复以后,刀齿的位置和姿态都难以被检验,主要原因是传统方法难以对绞刀齿进行准确的空间定位。从检验装置获得了定位点的坐标,然后以中间坐标系为纽带,推导刀齿在基准状态和空间状态的两个坐标系的复合变换关系,并得出变换矩阵的表达形式,建立绞刀齿空间位置和姿态的表达方法,解决了绞刀齿空间定位的问题。结果表明,该技术能够快速进行刀齿的空间定位,能够用于绞刀制作后或者齿座修复后的刀齿位置和姿态检验。     

内河型绞吸船水库清淤作业的绞刀选型

内河型绞吸船是水库清淤作业的主流装备。在疏浚作业中，施工土质的类型是影响绞刀外形尺寸、刀臂数量和绞刀功率等参数的一个重要因素。针对不同土质选择合适的绞刀类型，有助于增加产量，提升施工效率。本文搜集了国内外绞刀尺寸参数，对国内相关工程的施工数据进行分析，计算绞刀的切削效率和配置功率，总结出适用于不同土质的绞刀综合配置方案。     

绞吸式挖泥船绞刀臂轮廓线和刀齿安装角的确定方法

在总结现有绞吸式挖泥船绞刀臂设计经验的基础上,通过曲线拟合回归获得绞刀臂轮廓线的通用方程;探索通过空间直线投影确定绞刀齿安装方向的新方法,并给出确定绞刀齿安装角的通用公式,可供后续绞吸式挖泥船绞刀的优化设计参考。     

“天鲲号”绞刀齿拆装起吊装置技术方案

船员应对磨损严重的绞刀齿进行及时更换,以保证船舶施工持续进行,而更换绞刀齿主要依靠人力或者专用装置。根据绞刀施工特点,并结合船舶相关设计图纸,对绞刀齿拆装起吊装置技术方案进行设计。利用相关计算手段,对该技术方案可行性进行分析和论证。将起吊装置成功应用到疏浚施工现场,解决了人力无法胜任的重型绞刀齿拆卸和安装的难题,提升了船舶性能。研究成果可为类似工程提供参考。     

滨州港3万吨级航道工程绞吸船施工问题的排除与工艺优化

滨州港3万吨级航道工程土质具有颗粒细、密实、极硬等特点,绞吸船施工该土质时,存在绞刀电机电流波动幅度大、正刀施工容易跑刀、横移锚容易走锚、生产率较低等问题。为有效解决上述问题,通过对比分析绞吸船不同绞刀形式、调整挖掘进尺、优化施工关键参数、查找排泥管线额外阻力等方法,使绞吸船绞刀电机电流波动幅度下降,改善了正刀施工容易跑刀现象,横移锚不再走锚,生产率提高了约15%,节约施工成本的同时也缩短了工期。     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

基于CFD技术的5000 kW挖岩绞刀内部流动分析

绞刀的吸入性能极大影响疏浚工程的施工效率,研究绞刀内的流动特性对提高绞刀吸入性能意义重大。采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)湍流模型的计算流体动力学(CFD)方法,对绞刀刀臂处是否带有沟槽设计的2种结构形式绞刀内部流动进行数值模拟,对2款绞刀内部的流动特性进行对比分析,验证沟槽设计的合理性及优越性,为5 000 k W挖岩绞刀的优化设计提供技术支持。     

高效黏土绞刀研制与应用

针对绞刀挖掘黏土的特点，优化了刀臂的断面形状，建立绞刀的三维模型，分析绞刀在最大功率时的应力和变形。为了满足绞刀刚度强度要求，采用高强度高韧性的合金钢材料，优化绞刀制造和焊接工艺。实船应用表明，在同等工况条件下，高效黏土绞刀相比传统黏土绞刀，绞刀功率降低约14.3%，验证了绞刀设计的合理性和先进性。     

砂岩磨蚀性在“天鲲号”绞吸挖泥船挖掘过程中的应用

广西某港航道扩建工程,重型绞吸船“天鲲号”疏浚典型风化砂岩时刀齿出现磨蚀和断裂现象,影响施工效率发挥。在分析疏浚风化砂岩抗拉强度和矿物成分特性指标基础上,结合疏浚岩石磨蚀性理论,推导出广西钦州砂岩磨蚀性指数与绞刀刀齿消耗的经验性关系公式,用来预测重型绞吸船挖掘风化岩石的绞刀齿消耗量。研究结果表明：1）中风化砂岩岩体完整性较好,单轴饱和抗压强度为9～41 MPa,疏浚岩土工程特性分级为12～13级。施工中风化砂岩岩体时绞刀刀臂和刀齿磨蚀断裂问题突出,中风化砂岩是影响疏浚效率的关键土质。2）创新性引入改进的Schimazek值F理论,综合考虑矿物成分种类、矿物含量、矿物硬度、岩石粒度和岩石饱和抗拉强度因素,来评估岩石材料的磨蚀性。3）基于疏浚岩石磨蚀性理论和施工参数,推导出“天鲲号”万方刀齿消耗量和改进Schimazek值F之间公式。4）预测“天鲲号”万方刀齿消耗量计算值和实测值的相对偏差绝对值在17.3%以下,可靠性良好,为疏浚岩石提供技术支撑。     

基于三维离散元法的绞刀运转效能分析

针对不同绞刀结构下的运转效能影响机制问题,基于离散元(DEM)法,研究了锥型绞刀和冠型绞刀在切削土体过程的工作效能。结合工程实际数据,在三维离散元软件YADE中进行通用型绞刀头建模,并验证其数值模拟可靠性。优化绞刀结构形式,建立了新的锥型绞刀和冠型绞刀的三维模型并模拟分析了两者在不同工况下的切削过程。结果显示,锥型绞刀较冠型绞刀具有更优的挖掘效能。     

开挖密实砂绞刀研制与应用

针对我国沿海港口密实砂土、回淤粉土绞吸挖泥船挖掘效率低的问题,进行密实粉土切削试验研究,得到密实粉土的切削阻力特性,并针对大功率绞刀挖掘密实砂土的特点,优化刀臂的断面形状,建立绞刀的三维模型,分析绞刀挖掘砂土的受力情况和绞刀在最危险工况下的应力与变形,研制出一款密实砂绞刀.研究成果在实船应用表明,在同等工况条件下,密实...     

基于三维切削理论的绞刀载荷分析*

绞吸挖泥船在作业过程中，绞刀载荷对施工影响显著。由于刀具作用于岩石和土壤的过程是三维的，针对传统的二维切削理论在绞刀载荷分析上的不足，研究了适用于绞刀的三维切削理论。研究二维切削情况下绞刀齿和被切削岩土块的力学平衡方程，提出了用于绞刀载荷分析的力学模型。在绞刀齿的三维坐标矩阵的基础上，进行载荷的坐标变换，给出绞刀的横移载荷、对地载荷和顶推载荷的表达方式。实例计算表明，所提出的绞刀的力学模型可以用于绞刀载荷的计算和分析，对于绞刀的设计和绞吸挖泥船的安全施工具有一定的指导价值。     

基于SolidWorks的疏浚绞刀主体参数化设计

绞吸挖泥船作为疏浚行业的一种挖泥利器,其绞刀对挖泥船的挖泥能力影响巨大。目前设计绞刀时多以手动方式进行主体建模,其刀臂、大环和轮毂作为绞刀的主体结构,建模中存在参数较多、建模繁琐、精度不高的问题。为了缩短建模周期、提高建模精度,提出了一种参数化绞刀主体建模方法,并采用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,通过调用内置的API接口实现了绞刀主体三维模型的参数化、自动化生成。结合面向对象编程理念,开发了基于SolidWorks平台的绞刀主体建模软件,实现绞刀参数建模和绞刀性能计算的融合,提供了绞刀标准化、参数化创建方式。研究成果可为绞刀主体的性能优化提供参考方向。     

复杂疏浚工况下重型绞吸挖泥船施工工艺优化

盐城滨海港区疏浚工程工况复杂，土质分层不均，上层粉土具有粒径小、密实、坚硬的特点，船舶施工时出现正刀滚刀、绞刀功率波动明显；下层亚黏土土体密度大，14 km长排距输送易造成堵管；施工区内块石与障碍物较多，经常发生堵吸口、堵泵。对于新建出厂的“昊海龙”轮，通过更换绞刀分析不同绞刀防石方案适用性，寻找泥浆浓度、流速与施工效率的平衡点，对其船机性能进行试验。结果表明：挖掘密实粉土时，使用通用绞刀可以增加破土能力，减少绞刀功率波动幅度与频次；吸口加装钢板格栅可以有效减少堵吸口、堵泵；挖掘下层时，适当降低泥浆浓度可以达到生产率与输送效率平衡。     

绞吸式挖泥船光刃绞刀的切削性能

为研究光刃绞刀的切削性能,采用数值分析软件LS-DYNA分析光刃绞刀和带齿绞刀的切削动力学过程,对比这2种绞刀在不同切削工况下对土壤和岩石的切削性能.结果表明:在切削岩石时,光刃绞刀在切削力和切削能耗方面的表现均优于带齿绞刀;在切削土壤时,光刃绞刀在切削力和切削能耗方面的表现与带齿绞刀相近.由此可见,将光刃绞刀应用于含杂物的软质土壤切削作业中具有一定的可行性.     

肯尼亚拉姆港疏浚工程施工工艺优化

肯尼亚拉姆港疏浚及吹填工程土质以珊瑚质石灰岩混黏土为主。针对绞吸船在施工时易堵口堵泵、硬质珊瑚岩易造成绞刀损坏并严重影响船舶正常施工等问题,对绞刀的型号、防石装置及挖掘工艺进行研究。采用理论分析与现场试验相结合的方式,对绞刀和刀齿进行强度改造,有效提高生产效率;同时安装拨石碎石装置,防石效果较好;时间利用率达到75%以上,在节约施工成本的同时缩短了工期。     

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削数值模拟

针对绞刀切削岩石的特点,建立了考虑步进距离和切层厚度的绞刀受力模型,然后分别建立5 000 kW绞刀物理模型和有限元模型。分析了在反刀切削岩石时绞刀的受力情况,绞刀在最大功率时的应力和变形。计算表明,5 000 kW绞刀在设计工况下,最大变形为1.84 mm,最大应力为140.5 MPa,分别满足刚度要求和强度要求,验证了绞刀设计的合理性。     

绞吸挖泥船挖掘黏土混粗砂的绞刀齿磨损试验*

针对绞吸挖泥船在疏浚工程中刀齿磨损严重的问题,对绞刀齿的硬质合金材料进行热处理,并在日照港“天凤”绞吸挖泥船上进行了刀齿磨损试验。试验土质为黏土混粗砂,布置方式为3在用刀齿+3新刀齿。利用磨损长度和磨损质量两个指标判定刀齿的耐磨性能,提出了考虑价格因素的刀齿耐磨综合性价比模型。试验结果表明：在该土质下,新型刀齿的耐磨性能约为原齿的87%。     

重型绞吸挖泥船挖岩施工工艺优化

微风化岩具有强度高、裂隙少的特点，绞吸挖泥船在挖掘时产能较低。为提高绞吸船施工产能、降低施工成本，以大连大窑湾航道疏浚工程为例，对新建出厂的自航式重型绞吸挖泥船“天鲲号”开挖坚硬微风化岩的施工技术进行研究。分析绞刀姿态、刀齿损耗以及横移摆动对产能的影响，从而优化施工工艺。结果表明，“天鲲号”在挖掘硬微风化岩时的产能得到有效提高。