ZJM4200护盾式掘锚一体机的研制

随着掘进机等机械设备在煤巷掘进施工中的大量应用,针对其存在的工作效率低、安全性差、施工环境差等问题,在分析国内外煤巷掘进设备的研制和应用的基础上,采用掘锚一体化的掘进方式,研制出ZJM4200护盾式掘锚一体机。该掘锚机具有整机集成技术、掘锚同步技术、超前探测技术、快速掘锚技术、高效除尘技术、护盾支护技术、智能导向等技术,可实现一个循环掘进1 m的矩形巷道,并且满足安全、高效的掘进要求,ZJM4200护盾式掘锚一体机已取得煤矿安全(MA)认证。     

基于虚拟装配截割头的截齿和齿座参数化设计

通过对掘进机截齿和齿座的分析,运用VC++、Pro/TOOLKIT和access进行二次开发,获得了基于在截割头虚拟装配体环境的截齿和齿座的参数化设计程序。运用该程序,直观地了解到不同尺寸截齿和齿座的干涉情况,为合理地确定截齿和齿座位置、正确地设计掘进机截割头提供了手段。     

隧道铣挖法铣挖参数数值模拟研究

基于PRO/E建立艾卡特ER1500-1XL铣挖头模型导入LS-DYNA中,选择DRUCKER-PRAGER本构模型模拟岩土材料,刚体模拟铣挖头进行铣削岩土仿真。通过数值模拟方法改变隧道铣挖法中铣削参数(吃刀深度,截割厚度,铣挖方式),结合现场资料得到隧道铣挖规律。结果如下:(1)截齿荷载平均值差异不大时差异系数较大是截齿破坏的主要原因;(2)吃刀深度和垂直摆动速度与单位比能耗呈指数关系,加大吃刀深度比摆动速度对加大截割厚度更有效,截割阻力与截割厚度成线性关系;(3)铣挖尽量采用顺切,较为省力,延长截齿寿命。     

动车组齿轮箱功率损失研究与分析

通过对高速动车组齿轮箱功率损失组成和影响因素的分析建立了齿轮箱功率损失模型。结合某型动车组齿轮箱在不同转速和扭矩条件下的试验数据,讨论了功率损失与润滑油温度、转速、扭矩以及传递功率的影响关系。研究表明:在稳定工况下油温直接影响功率损失的大小,在动态工况下转速变化比扭矩变化对功率损失的影响更大,齿轮箱传递效率在受功率损失影响外,同时也受总传递功率影响,齿轮箱在满载功率下传递效率更高。     

链刀式地连墙设备链刀切割液压系统的设计与仿真分析

为满足链刀式地下连续墙施工中链刀转速高及切割负载大要求,及实现速度调节和正转切削、反转搅拌功能,本文以LSJ60链刀式地下连续墙设备链刀切割液压系统的设计为例,介绍了大流量链刀切割液压系统的设计思路、工作原理。应用AMESim软件进行了系统建模,并根据实际工况对其进行了仿真分析。结果表明:该液压控制系统响应快,运行稳定,能够克服最大工作负载,达到系统要求转速,实现了根据系统执行元件工作情况实时调整发动机油耗功能,解决了大流量、高扭矩马达驱动系统的低速稳定性问题,实现了设备在不同地质条件下链刀无级调速功能,满足了设备施工中对链刀回转大扭矩低速切削、低扭矩快速搅拌以及链刀正反转切削的要求,为链刀式地下连续墙设备的开发提供了控制方案。     

风攻角对宽高比为5的矩形断面梁气动力特性的影响

针对宽高比为5的矩形断面梁进行了节段模型测压风洞试验,研究了矩形断面梁的气动力特性随风攻角的变化规律。研究结果表明:在0°~6°的风攻角范围内,风攻角对斯托罗哈数的影响很小;不同风攻角下的驰振力系数均大于0;与上表面中间位置的测点相比,上表面边缘位置测点的压力与升力和扭矩的相关性更强;上表面边缘位置测点的压力与升力和扭矩的相关性对风攻角的变化不敏感;随着风攻角的增大,上表面中间位置测点的压力与升力和扭矩的相关性显著增强。     

半主动动力吸振镗杆系统的颤振抑制机理

深孔镗削过程中,针对影响工件加工精度和表面质量的颤振现象,建立单自由度切削颤振系统的动力学模型,利用谐波平衡法求得机床主轴转速与极限切削宽度的关系式,并绘制了机床主轴转速与极限切削宽度的稳定性图,结合半主动动力吸振镗杆刚度和阻尼系数的可控性,分析了机床结构刚度及阻尼系数大小对颤振抑制的影响。研究结果表明:机床颤振频率随着主轴转速呈分段线性变化,增大机床结构的刚度和阻尼,系统的稳定性区域在一定范围内相应的增大。为今后进行半主动动力吸振镗杆具体模型的建立和相关参数的选取提供了理论依据,具有实际意义。     

基于离散元法的不同掘进条件下盾构刀盘受力分析

参数的设置对于盾构掘进施工具有重要意义,一般需根据土层情况和盾构机性能综合考虑施工过程中的掘进速度和刀盘转速。本文以武汉地铁12号线科普公园至丹水池区间越江隧道泥水平衡盾构施工为依托,采用离散元数值模拟方法,在PFC3D软件中参照实际参数构建土层和盾构机模型,模拟盾构机掘进过程,研究不同土层参数、掘进速度和刀盘转速条件对刀盘受力的影响规律。结果表明,土层参数对刀盘受力和挖掘效率影响较大,刀盘受力与掘进速度呈正相关,而与刀盘转速呈负相关,进而与贯入度呈现负相关,这一规律主要与刀盘对土体的挤压和切削效应有关;在施工过程中调整掘进参数时应保证掘进速度和刀盘转速的平衡。     

基于Matlab的减振镗杆动态特性分析

机床切削过程中产生的颤振会降低机械加工质量和切削效率,严重影响车床和刀具的使用寿命,产生的环境噪声同时影响工人的身体健康。在影响刀具颤振产生的众多因素中,切削参数(包括切削速度、进给量、背吃刀量)起着不可或缺的作用。为了抑制振动,建立减振镗杆非线性系统的动力学数学模型,加载正弦切削力;采用单因素影响分析方法,研究3种切削参数分别对减振镗杆及减振块最大幅值的影响,绘制不同切削参数下的减振镗杆幅频特性曲线;综合所得仿真结果,分析切削参数对减振镗杆振动影响的规律。所得规律为振动控制策略提供理论依据。     

不同掏槽孔角度下节理岩体隧道爆破效果研究

为探明节理岩体隧道中掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,以节理裂隙发育严重的下寮隧道为工程依托,理论分析掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,并列举选用掏槽孔角度常见的两种方法,最后结合数值模拟软件对掏槽孔角度分别为60°与70°的两种隧道模型进行数值仿真计算,量化分析两种模型的损伤面积与峰值有效应力,并基于结果选用合适的掏槽孔角度。结果表明：节理裂隙的存在会改变应力波的传播方向和能量分布,影响爆破效果;在Ⅴ级围岩中,70°的掏槽孔平均峰值有效应力是60°的1.36倍,爆破损伤范围比60°大且分布连续,选用70°的掏槽孔有利于提高隧道掘进效率。     

高原隧道施工机械发动机功效试验研究

为了探究高原隧道施工机械发动机功效在不同转速、海拔高度和氧含量下的变化规律及损失比例,采用台架模拟试验的方式进行发动机功效试验研究。结果表明,发动机的功率随着转速的提升而增长,扭矩表现为先增后减的抛物线形;功率和扭矩都随着海拔的升高而降低,且其下降幅度与海拔上升高度呈现正相关;在海拔4 000 m处,通过掺氮来降低含氧量使扭矩和功率都有较明显的下降,峰值扭矩降低了17.9%;高原环境会明显增大发动机的油耗,且在高原隧道环境下,油耗上升会使发动机的动力下降较为明显。由此提出了采用功率恢复型增压技术,使发动机的功效、经济指标及热负荷指标恢复至低海拔标定水平。     

基于滑移线场的土压平衡盾构刀具切削扭矩研究

为了较合理地估算刀盘的切削扭矩,对刀盘2种主要刀具即切刀和滚刀的切削扭矩进行研究:首先基于塑性力学中滑移线场,对滚刀和切刀分别建立与其切削机制相对应的塑性力学模型,推导具体的表达式;然后,根据盾构刀具的配置参数及红层掘进参数对刀盘的切削扭矩进行计算,分项求和得到刀盘总扭矩。最后对刀盘计算总扭矩与施工实测总扭矩相比较,并分析理论计算模型存在的误差原因。研究结果表明:滚刀在红层中受均匀磨损,磨损量小,刀盘扭矩的实际装备系数为3.2,有一定的富余。研究结果可为盾构刀盘的设计、施工提供参考。     

复合地层盾构隧道施工环境影响及参数敏感性研究

含花岗片麻岩风化地层和软黏土地层的复合地层给工程实际施工带来了较大的困难和风险。为了研究隧道开挖对复合地层的环境影响机制,本文以广州地铁21号线中新站至中新东站隧道工程为背景,通过处理及分析,得到了隧道开挖引起周围地层的变形规律和影响参数的敏感性。分析表明,隧道在复合地层中开挖,地表沉降的发展与Mair提出的沉降五个阶段理论相符。双线隧道开挖时,先行隧道开挖对后行线围岩引起的地层扰动和超静孔隙水压力等因素都将增大后行线隧道周围土体的变形沉降。此外,地表沉降各施工因素的敏感性排序为:土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、总推力、同步注浆压力。因此,控制土仓压力、保证刀盘扭矩和转速的均衡是降低沉降的关键措施。     

岩体边坡锚注加固模拟试验研究

通过对层状岩石边坡锚注加固模拟剪切试验的研究,对比分析各种结构节理剪切力—剪切位移全程曲线的特点;阐述节理剪切破坏各个阶段的细观过程及不同节理的抗剪切强度和抗剪切刚度的特征。研究表明:锚注加固节理面抗剪切强度并不等于锚杆和胶结面抗剪切强度之和,其强度同步发挥的程度与锚杆钢筋的取材及钢筋配筋率有关;边坡锚注加固后,节理由原来的摩擦型节理和加锚柔性节理变为锚注刚性节理,由于节理的变形减小,可以有效地控制边坡的位移量;锚注节理的抗剪切强度随锚杆与节理面夹角的增大而减小,两者呈反比关系;当剪切力方向与锚杆倾向相同且在锚杆与锚注节理面夹角从90°到30°的变化过程中,锚注节理的抗剪切强度逐渐增大,表现为节理面的C值和φ值逐渐增大。     

高速齿轮箱润滑系统密封结构的数值研究

以高速动车组驱动齿轮箱小齿轮电机端的迷宫密封为研究对象,建立带有甩油环的迷宫密封数值仿真模型——可压缩二维轴对称有旋流动。采用标准k-ε湍流模型和增强壁面处理模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性。应用Fluent软件,对Navier-Stokes方程、能量方程和湍流方程采用有限体积法离散,压力-速度耦合采用SIMPLE算法。研究空腔深度对密封性能的影响,确定最优的空腔深度,同时研究压差和转速对泄漏量的影响规律。研究结果表明:随着空腔深度的增加,泄漏量先减小后增大;随着压差的增大,泄漏量增大;在不考虑温升的条件下,转速对泄漏量的影响很小,但随着转速的增大,密封性能提高。     

桩锚混合围护结构体系在深基坑应用中的受力演化分析

以石家庄地铁3号线东里站轨排井段深基坑施工为研究背景,运用FLAC3D软件对桩锚混合围护结构体系在深基坑中的受力演化规律进行模拟研究。从受力方面对桩锚混合围护结构在深基坑应用中的演化规律进行定量分析,发现支护体系受力随基坑开挖深度的增加而增加;进一步对桩锚围护结构中的锚索轴力损失机理进行探究,得到入射角度在5°～30°范围内轴力损失较小,增加预加轴力和自由段长度均可适当增加锚索自由段轴力;通过对补偿张拉和超张拉两种锚索预应力补偿措施进行分析,确定最佳锚索预应力补偿措施。     

基于静力学分析的齿轨铁路接触轨中心锚结方案研究

齿轨铁路接触轨是齿轨铁路牵引供电系统的重要组成部分,其结构可靠性对牵引供电安全至关重要.本文针对250‰坡度齿轨铁路接触轨系统建立了 3种不同中心锚结结构的三维模型以及有限元模型,完成了 3种齿轨铁路接触轨模型在自重载荷下的静力学仿真,并评估了 3种中心锚结的结构可靠性.结果表明:两绝缘支架式的中心锚结结构接触轨出现了应力超标情况,不适用于大坡度下齿轨铁路;三支架式和两支架带拉杆式结构的接触轨静力学状态良好,适用于大坡度下齿轨铁路.研究结果可为齿轨铁路接触轨系统中各构件的设计和优化提供参考.     

TNB扭矩扳手的原理分析

ＴＮＢ扭矩板手用于工务线路维修中轨枕联接螺栓的紧固，并能确保螺栓的扭矩值。ＴＮＢ扭矩扳手的结构如图１所示，它的外形为“Ｔ”字形，“—”为两只手把，“｜”为立杆，人员可立姿操作。它的感力元件在立杆上，元件中由弹簧将一对端面制成斜齿的上齿轮与下齿轮啮合且压紧，上齿轮通过立杆上的销子与立杆联动，下齿轮的下部是内六方槽，当转动手把拧动螺栓时，齿轮齿面间会产生摩擦扭矩，当外加扭矩大于摩擦扭矩时，齿轮间产生滑动，转动一个齿，弹簧作用力使两齿轮产生碰撞声报警，以示螺栓达到了一定的扭矩值。１．手把　２．调整螺丝…     

低温环境下常规阻力扣件纵向阻力变化规律

研究目的:目前,扣件在低温环境下的纵向力学性能鲜有研究。基于此,本文在冬季低温条件下进行WJ-8型常规阻力扣件不同扭矩以及竖向荷载下扣件纵向阻力与位移试验,从而得到扣件纵向阻力与扭矩和竖向荷载之间的关系。研究结论:(1) WJ-8型常规阻力扣件在冬季低温环境下,扭矩及竖向荷载对扣件纵向阻力均有影响,且竖向荷载作用的影响较扭矩更为明显;(2)不同扭矩下扣件的纵向滑移阻力与竖向荷载基本呈线性关系,不同竖向荷载下扣件的纵向滑移阻力与扭矩也基本呈线性关系;(3)有载和无载状况下,扣件系统的滑移摩擦系数变化较大,无载状况下扣件的滑移摩擦系数为0. 47,竖向荷载60 kN作用时达到了0. 52,常规阻力扣件在同一竖向荷载作用下,滑移摩擦系数随扭矩的增大而减小,有载状况下随竖向荷载的增大逐渐趋于稳定;(4)本研究成果对验证和完善无缝线路扣件纵向阻力取值计算理论具有参考价值。     

关于复合地层中盾构机刀具磨损的优化研究

以某地铁区间为工程背景,结合复合地层的地层条件和地层分布情况,确定硬质地层对开挖面物理特性的影响。根据适应不同单一地层的刀盘合理转速,提出适用于复合地层的刀盘设计转速的确定方法。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,实现刀盘转速提前调整。新提出的优化方法有效减小盾构刀具在复合地层的过快磨损,显著延长刀具的使用期限,有效提高盾构机在复合地层中的施工效率。