基于机器操作的TBM一体化刀具系统设计及试验研究

为实现TBM换刀机器人对刀具系统的快速拆卸，提出一种基于机器操作的TBM一体化刀具系统。针对其应用场景及对象，提出6项性能评价指标，并进行分析。最后按照1∶4的缩尺比例对传统刀具系统及一体式刀具系统进行振动紧固性试验。试验结果显示： 经过20 h加速度为3g、振动频率为30 Hz的振动试验后,传统刀具残余预紧力百分比下降幅度是一体化刀具系统的2.31倍，一体式刀具系统的防松性能优于传统刀具系统，所提出的新型一体式刀具系统能够满足TBM换刀机器人的要求。     

基于SolidWorks Simulation的重叠盾构隧道穿行式全自动液压支护台车设计研究

为解决传统盾构重叠隧道施工中临时支护方案普遍存在的拆装不便、结构笨重、效率低下等问题，通过与既有支护方案的技术经济指标进行比较、分析，设计一种在无卸载支护条件下具备下部不间断穿行施工车辆功能的全自动新型液压支护台车，并利用有限元分析软件SolidWorks Simulation进行强度校核。新型液压支护台车较多地引入了电气控制和液压控制技术，在一定程度上实现了盾构隧道支护的机械化，降低了作业人员劳动强度。同时，通过对支护台车结构优化设计，有效解决了传统盾构重叠隧道支护方案中施工工序间的作业干扰问题，并减轻了台车质量，降低了施工成本。通过深圳市轨道交通7号线华新站-黄木岗站区间等工程实践表明，新型液压支护台车在保证既有隧道的结构安全、提高支护效率方面效果明显。     

履带式绿篱机刀具架结构设计与有限元分析

为克服传统刀具架在调节刀具高度时无法保证修剪质量的缺点,设计了一种新型刀具架结构,以实现刀具高度调节的同时保证修剪质量。本文运用Matlab完成了刀具架结构受力分析与计算,依据计算结果设计刀具架结构,在Solidworks建模软件中完成刀具架建模。最后运用ANSYS Workbench对刀具架装配体进行有限元分析,完成对刀具架结构强度和刚度的校核。结果表明刀具架结构设计合理,满足实际应用要求。     

双模式TBM刀具破岩试验台设计

盾构施工受岩层条件和刀盘设计的影响很大,可利用试验装置对刀具与岩石的相互作用关系进行研究。结合现有的单一回转或直线切割破岩试验装置,提出了双模式TBM刀具试验台设计方案,可在同一台装置上实现2种模式,具有成本低、功能多的优势。根据已有的单一模式试验台的研究成果及设计经验,设定双模式试验台的工作参数。通过设计试验台的机械结构及液压系统,实现了刀具下压、直线切割和回转切割破岩等试验动作,以及刀具贯入度、破岩力、破岩速度等参数变化;并利用ANSYS软件对机架结构进行静力学分析,验证方案设计的强度和刚度的可靠性;同时设计控制系统对试验数据进行采集,满足研究刀具破岩试验的要求。     

盾构刀盘设计系统开发

为快速准确地完成不同类型和尺寸盾构刀盘的设计,根据刀盘自身机械数据结构和施工过程的数据关系,结合刀具破岩机制实验数据和刀盘三维参数化机械模型和结构分析模型,利用VB完成刀盘参数化建模系统的开发,方便了刀盘设计人员准确且快速地完成各种不同地层、不同规格盾构刀盘的设计及分析。     

大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究

由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同,对于不同地质,尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁8号线越江隧道工程及其特殊的水文地质,分析大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置,创新采用复合刀盘设计理念,并开发应用常压条件下滚刀齿刀互换技术,最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施,延长了刀具使用寿命,提高了刀具更换效率,降低了施工风险,实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。     

水下结构检测爬行机器人的设计与分析

针对大坝、桥梁、大型水下管线等水下结构环境复杂、检测难度大等问题，提出了一种具有一定避障及壁面过渡能力且可适应复杂壁面的水下结构检测爬行机器人。首先对机器人整体结构进行设计，通过采用轮足式结合的轮足结构和具有旋转自由度的吸附结构的相互配合的设计，提高了机器人对复杂壁面的自适应能力；其次以圆形截面桥墩为例，利用流场仿真分析了机器人吸附在壁面时，桥墩附近流域的流速和压力分布情况；再者对机器人的运动状态及稳定性进行分析，通过建立摩擦力和抗倾覆力矩计算公式得到机器人的正常工作条件；最后对机器人结构摩擦性能和样机进行测试和试验验证。结果表明，该机器人在一定程度上具有对复杂环境的抗性和复杂表面的适应性，可用于水下结构的检测工作。     

车身自动装配系统的开发

近几年，劳动力日趋紧张，为适应节省劳力的需求，一种柔性自动装配线应运而生。本文仅介绍一种节省劳力的关键措施－装配质量保证和紧固技术。为了实现高精度的装配，有效的方法是用视象传感器获取车身定位孔图象、间隙及表面高差等数据，经座标换算来修正装配位置，同时通过运用对最关键问题的着重处理和图象设计的方法实现了０．０１ｍｍ的高精度和１００％的高识别率。由于采纳了圆形头部螺栓和机器人控制拧紧力的技术，高度紧固     

常压更换刀具换刀程序和改进方案

介绍南京长江隧道项目盾构机常压更换刀具的换刀程序,该换刀方法适用于直径较大且进行了特殊设计的盾构机,详细阐述常压更换刀具的拆卸步骤、操作方法和注意事项。为了便于在常压下检查刀具固定螺栓的连接情况,对常压更换刀具设计提出了改进意见。对具备常压更换刀具功能的盾构机在常压下检查、更换刀具具有借鉴意义。     

通用型工业机器人附加轴导轨优化设计

在汽车制造涂装车间,为提升制造车间的智能化水平和柔性化水平,工业机器人系统装备被大规模使用。附加轴导轨是机器人系统装备集成及应用的一个重要组成部分。为了对已有常用附加轴导轨进行结构优化,主要通过分析现有附加轴导轨结构形式、新型附加轴导轨设计及理论分析2个方面进行阐述,提出了一种新型结构设计形式,该附加轴导轨设计使用寿命超过2.02万小时,设计行走里程超过1.45万公里,对于内部结构防护性能较好,满足涂装车间复杂的工作使用环境。     

无需带压进舱,实现远程换刀——NFM开发TBM换刀机器人NeTTUN

正1开发背景在TBM掘进过程中刀具会出现磨损,在遭遇坚硬与磨蚀地层时尤为显著。然而,为TBM更换刀具并非易事,整个换刀过程中存在着安全风险与效率问题。为此,TBM制造商NFM开发了Ne TTUN机器人系统,旨在提高TBM换刀的效率与安全性。2设计理念Ne TTUN机器人的目标是大幅减少TBM换刀过程中的人工操作:目前人工带压进舱更换单把刀具需要1 h,而TBM的维护时间占据了整个施工时间的15%～25%。机器人将通过自动或通过远程操作方式完成80%换刀作业,缩短维护时间,降低工人发生安全事故的概率。     

更高效、更经济的新型面铣刀

随着现代工业的高速发展,对刀具的设计也提出了新要求:切削效率,经济性和操作性三大性能标准已经成为衡量一种新刀具能否制胜的关键因素.2008年,万耐特(Valenite)创造性的设计出了V760和V650新型面铣刀,将刀具的切削效率推到极致,又在经济性和操作性上实现了完美的平衡.     

盾构刀具关键技术及其最新发展

针对盾构刀具技术研究存在的不足,从刀具种类及适应性、性能差异性等方面对盾构刀具技术及其发展历程进行概述。将盾构刀具关键技术分为刀具结构、刀具材料、刀具制造工艺及磨损检测技术等4个方面,对梯度结构刀圈、新型刀毂、内腔带压滚刀等新型盾构刀具结构进行介绍;对新型硬质合金刀圈、粗晶颗粒硬质合金、耐磨堆焊材料等具有优越性能的刀具材料进行研究;从熔炼及锻造、等温球化退火、热处理工艺等方面分析刀具制造工艺;在统计分析刀具失效形式的基础上,全面分析刀具质量稳定性、现场管理措施、安装形式等影响因素,阐述刀具磨损检测技术现状,提出刀具磨损量可视化测量等发展方向。最后对盾构刀具技术的最新发展进行总结,提出今后的研究方向,为盾构刀具优化设计及盾构施工中的刀具管理提供指导。     

海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计与优化

为解决海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计中面临的刀间距布置、刀盘结构分析、刀盘功能优化等难题，基于某海湾隧道工程地质、水文特点，对盾构穿越海域段全断面软土层、孤石侵入的软土地层、基岩突起地层等工况开展分析。首先，开展室内不同刀间距破岩实验确定中心区域间距并提出刀盘刀具的总体布置方案；其次，采用数值计算对刀盘结构进行静力学和模态分析，结构的最大应力为190 MPa，最大变形为6.2 mm，前6阶频率为26.6~42.9 Hz，固有频率避开了工作频率；最后，考虑工程特点进行集中控制分布式冲刷系统、刀具运行状态监测及耐磨保护措施的刀盘功能优化。工程应用表明，刀盘结构强度、刚度满足要求，刀间距设计合理，刀盘优化措施提升了盾构在淤泥及海底软硬不均地层的适应性，可为类似海底复杂地层盾构选型及设计提供一定的参考。     

超大直径泥水盾构常压换刀装置载荷实时监测系统设计及应用

超大直径(直径≥14 m)泥水盾构刀具在软硬不均地层受交变载荷作用,掘进参数选取难,刀具更换频繁,常压换刀装置刀座螺栓易发生过载失效、松动等问题,严重影响隧道施工安全。为实现对换刀装置载荷实时监测、感知载荷数据来指导施工,以汕头苏埃通道工程为依托,提出一套基于光纤光栅技术的载荷实时监测系统。该监测系统利用智能螺栓在泥水环境中对螺栓载荷进行测量,通过无线通信技术传输信号,最后基于数据采集软件对载荷数据进行存储、分析。结果表明:1)该系统能够在恶劣的泥水环境下克服复杂电磁环境,稳定可靠地对载荷进行监测; 2)盾构在软硬不均地层掘进时,螺栓轴力载荷呈周期性变化且因安装位置不同差异性较大,利用软硬不均地层螺栓轴力载荷差异可估算岩石侵入高度并指导刀具配置; 3)通过对螺栓轴力监测能够发现螺栓松动、预紧力衰减现象,有助于及时抽检刀具、加强螺栓防松措施,对降低施工风险很有必要。该系统可用于载荷实时监测、螺栓松动识别、岩石侵入高度估算等,对盾构施工具有一定指导作用。     

机器人型号及负载对生产节拍影响的研究

针对主流品牌机器人，结合实际项目，深入分析了生产节拍影响因素、不同功能、不同型号机器人动作时间差异及其对节拍的影响、机器人在静载和动载状态下负载分析方法。通过理论计算及实际项目验证结果为，在相同的运动范围内，大负载机器人运动时间是常规载机器人的1.5倍甚至更多。根据分析给出推荐的重载机器人运动时间标准及机器人选型负载冗余设计方法，阐述了在机器人选型过程中的一些误区和应对措施。     

桥梁检测轻质长臂机器人设计与试验研究

针对高墩、高厚度桥梁主梁底部表面快速、高效的检测需求，提出一种搭载在轻型移动平台上的电驱动轻质长臂机器人。通过合理的机构构型设计、结构优化设计实现了长臂机器人本体的轻量化，该机器人搭载在轻型移动平台上，可沿人行道行走，并能在桥检现场快速布置开展检测作业。实际运营公路桥梁的拍照检测试验表明：1)机器人在桥面上稳定停靠后，可通过运动规划展开到位；2)利用其末端配备的视觉检测云台，实现对主梁底部的拍照详检；3)初步验证了长臂机器人作业能力和检测功能，为未来实现大型桥梁主梁的自动化检测作业奠定基础。     

基于激光测刀控制系统的模具数控自动化加工技术

数控激光测刀控制系统,重复定位精度可达到±0.001 mm,主要用于数控加工中心快速非接触式刀具测量和破损检测,通过宏程序的二次开发,使其自动加工中不需人为介入,能够在工艺编程要求的加工姿态和切削参数下对刀具进行测量检测,根据测量数据自动修正刀具的偏置量。在每个数控(Numerical Control,NC)程序结束后,快速进行刀具破损检查,并实现与计算机数字控制(Computer Numerical Control,CNC)系统数据通讯,使相同数控机床加工出的单品模具零件精度得到较大提升,为模具数控自动化加工技术起到良好的推动作用。     

蠕动式悬索桥主缆检测机器人研制

针对悬索桥主缆坡度大、直径大，索夹及附属结构障碍和人工检测存在作业难度大、效率低、盲区多、安全风险高的工程难题，设计了一种可实现主缆智能化检测的蠕动式悬索桥主缆检测机器人。该机器人通过模拟生物攀爬动作，以主缆检修道扶手绳为攀爬载体，一组抱靴夹紧扶手绳，一组抱靴松开向前移动，2组抱靴交替开合，实现蠕动攀爬，并通过携带的视觉传感器阵列，对悬索桥主缆进行全覆盖检测；同时，分析研究了主缆检测机器人沿扶手绳攀爬的力学特点和运动功能，对其适应性和可靠性进行了实桥测试。结果表明，机器人可沿主缆平稳运行，顺利越过索夹，获得主缆全覆盖检测图像数据。     

隧道掘进破岩试验机结构设计及仿真

针对复杂多变地质环境，为可高效可靠地开展掘进机刀盘刀具选型设计及掘进参数精准选择，研究不同地质环境、不同掘进参数条件下多掘进机破岩机制物理试验特点，结合隧道掘进机现场工作特点，设计一种隧道掘进机螺旋推进式破岩伺服试验机。通过分析室内开展隧道掘进机破岩试验的重难点与试验机的通用性、宽泛性，重点针对试验机框架结构、刀盘结构和刀具安装装置等，采用有限元对其可靠性进行仿真计算，确定关键结构件设计参数，确保试验机工作稳定性、结构可靠性，实现试验机的研制。