密实粉土单耙齿及三耙齿水下切削试验及耙齿切削阻力计算

滨州港分布的回淤性密实粉土含水量低、标贯击数大、坚硬难挖,给疏浚施工带来很大的麻烦,特别是对耙吸船的挖掘提出挑战,影响了施工效率。为了研究密实粉土的切削机理,进行了密实粉土的切削试验研究。对3种含水量的密实粉土在不同切削角、不同切削深度和不同切削速度的工况下进行了单耙齿和三耙齿水下切削试验,并进行了高压冲水条件下的切削试验研究。试验过程中,通过刀具上布置的切削力传感器监测切削力。通过密实粉土切削试验得到了密实粉土的破坏特性,总结了密实粉土切削的特点,并根据试验数据建立密实粉土耙齿切削阻力计算经验公式。     

疏浚绞刀挖掘粉土的产能与切削比能分析

不同的疏浚土质会影响绞吸挖泥船的绞刀产能，特别是密实度高、砂性较大、局部夹粉质黏土团块、混砂粒和黏粒的粉土，会造成绞刀挖掘困难。根据“天麒号”绞吸船挖掘稍密-密实粉土数据，进行挖掘产能与切削比能分析，建立了典型疏浚粉土特性指标、挖掘产能与切削比能的相关关系。结果表明，挖掘产能与粉土标准贯入击数存在二次多项式相关关系；切削比能与标准贯入击数存在指数关系。得出的生产率公式与实际工程监测数据吻合度较高，可为挖掘类似土质提供借鉴和参考。     

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。     

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。     

连云港港混合土的特性指标与挖掘产量关系

绞吸船疏浚典型黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物的混合土时易糊绞刀头,且输送时易堵管。依托连云港港30万吨级航道疏浚工程,对混合土的不均匀性进行分析,从典型土的挖掘比能与船舶施工参数相关性角度,推导出连云港港混合土的特性指标与挖掘产量的计算公式,可预测复杂土的疏浚产量。结果表明:连云港港典型混合土由黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物混合而成,具有多种土质特性;利用推导出的公式预测"天虎号"绞吸船挖掘此类土的生产率,经过与实测值对比,其相对偏差在15%以下,可靠性好,可为类似工程提供借鉴。     

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。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

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.     

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。     

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。