硬岩掘机刀具失效的受力分析

通过对硬岩掘进机刀具的一般工作状态描述,界定了刀具的受力要素,对刀具进行了受力分析及失效状态分析,提出了控制刀具受力状态、防止刀具进早失效的措施.     

提高盾构刀具耐磨性能的研究

通过对盾构机的盘刀和刮刀失效形式的调查,分析了目前盾构刀具的主要失效形式,以及产生这些失效的原因,为提高盾构刀具耐磨性能的研究提供了依据。结合盾构刀具的工作原理,盾构刀具的使用现状,并对盾构刀具的磨损形式和磨损机理进行了分析研究,提出了提高盾构刀具耐磨性能的几点建议。     

刀具失效分析及预防措施

对城陵矶长江穿越隧道盾构机刀具失效进行了分析与分类,提出了预防刀具失效的技术措施     

复杂地质条件下TBM刀具失效形式及原因分析与应对措施

为研究分析复杂地质条件、不合理掘进参数等与TBM刀具异常损坏、刀具消耗的关系，以利于TBM掘进效率和施工成本的控制，在系统阐述TBM刀具常见失效形式的基础上，研究分析总推力、刀盘转速、刀具贯入度等掘进参数及不同围岩单轴抗压强度、石英质量分数等地质参数对刀具磨损及异常损坏的影响规律。以引汉济渭秦岭隧洞和中天山隧道工程为例，对刀具消耗及失效形式进行统计分析，并从刀具选型、检查及维修等方面，提出针对性的优化方法。最后，基于目前刀具配置及监测技术存在不足的现状，提出应进一步研发刀间距可调的刀具配置技术，以确保不同地质条件下的刀具破岩效率；同时，加强对TBM工作环境具有较强适应性的新型刀具状态监测系统的研发及应用。     

基于耐撞性的车身焊点动态失效研究及应用

基于车身耐撞性,对车身焊点热影响区的受力状态进行了分析,得到了基于许用剪应力和拉应力的焊点失效准则;基于失效准则对焊点进行了剪切及拉伸动静态试验,拟合得到了焊点的动态失效模型;将焊点动态失效模型带入子系统模型进行参数对标,将对标数据代入整车碰撞模型中,和试验相比得到了更加相似的焊点失效模式,提高了碰撞仿真的精准度。     

基于双向渐进结构优化法的钢桥系统失效模式识别

准确模拟钢桥系统失效状态,实现结构失效状态的转移是钢桥结构系统主要失效模式识别算法的核心之一。针对钢桥中已屈服的失效杆件在继续强化或卸载情况下可能导致的结构内力重分布现象,以及通过删除失效单元并对失效单元所在节点外施加虚载实现结构拓扑状态转变的简化方法难以精确模拟结构实际受力性能的问题,提出了更全面反映钢材在弹性、屈服、强化、强化后卸载这4个阶段力学性能的受拉弹-塑性材料本构模型,钢材受压时采用考虑屈服应力折减的弹-塑性本构模型,并引入双向渐进结构优化法实现结构分析状态的自动转移;通过应力判断准则确定拉压杆件的弹塑性状态以及是否出现局部卸载现象,在钢桥系统失效模式搜寻过程中完成材料本构模型随单元受力状态的自动转换,直至达到材料极限强度后才予以删除这些杆件。结果表明:该方法充分考虑了钢桥构件间的相互影响关系与结构的内力重分布现象,通过精细化分析与结构状态自动转移,实现钢桥结构系统失效路径的搜寻;结合阶段临界强度分枝-约界法编制的识别钢桥主要失效模式的计算程序,实现了钢桥系统失效树主干和主枝的快速识别和生成,并成功识别出算例钢桁架桥的主要失效模式以及伪失效模式。     

浅谈长管棚在土介质中的失效及其预防措施

本文通过分析管棚在土与岩石不同介质中的受力状态，阐明了长管棚在土介质中的失效机理及其危害，并提出了相应预防措施。     

混凝土搅拌运输车副车架的受力分析及结构优化

副车架是搅拌车的重要部件,其塑性变形及断裂是常见的失效形式。根据副车架的实际受力形式,设计出了一种新的结构,并采用美国ZonicBook／618E便携式实时状态监测分析系统和TT9000扭矩遥测系统对副车架在实际使用过种中的受力状态做了实时监测,验证了设计的正确性和可靠性。     

一种适用于机器人换刀的新型滚刀刀座设计与分析

针对传统刀具更换动作复杂、机器人无法快速拆装刀具的问题，分析传统刀具卡块式紧固方式的受力特点，进行联动传动链与结构尺寸综合设计，开发一种连杆闭锁刀具紧固结构，实现机器人一次动作完成刀具快速拆装。利用有限元技术和接触理论，建立刀座紧固力学模型，研究刀座设计参数对刀座结构性能和紧固性能的影响关系；通过ANSYS Workbench平台，分析掘进工作状态下刀座应力分布和变形量，验证新型刀座静强度可靠性。经分析，新型刀座能够实现机器人一次位姿调整下刀具快速拆装，且满足掘进机施工对刀座系统的力学性能要求。     

汽车变速器输出轴齿座限位花键轴向断裂失效分析与试验研究

针对某汽车变速器输出轴齿座限位花键轴向频繁断裂的失效现象,从断口形貌、材料成分、力学性能、受力状态以及样件拆检等方面对输出轴齿座限位花键进行了详细分析。应用感压纸测试技术和有限元计算分析,确定输出轴齿座限位花键异常受力是导致其轴向断裂的根本原因,并通过控制输出轴定位、改进花键配合等措施,避免该花键承受异常载荷,解决了断裂失效问题。     

掘进机刀具轴承设计研究

论述了轴承设计中应考虑的主要问题,根据掘进机刀具轴承的特殊使用工况要求,确定了刀具轴承的适合类型。并就刀具轴承设计和材料、工艺进行论述,针对刀具轴承的损伤原因、提出了设计上应注意的问题。     

土压平衡盾构楔犁刀松动砂卵石地层力学行为研究

为研究砂卵石地层中土压平衡盾构刀土相互作用的力学行为，揭示楔犁刀的楔犁松动机制，首先，将刀盘前方砂卵石地层等效为连续介质，采用Terzaghi地基承载力模型与Mckyes-Ali模型求解楔犁刀楔犁松动作用下砂卵石地层的破坏强度； 然后，引入楔犁指数k表征楔犁刀反复松动地层、地层颗粒间咬合作用被逐渐破坏、地层强度逐渐降低的楔犁松动状态，分析复杂刀具配置条件下整盘刀具楔犁地层时的受力情况； 最后，通过计算得到单把楔犁刀楔犁地层所需的环向松动力及轴向顶进力，并提出砂卵石地层楔犁刀梯次松动地层与刮刀剥落渣土的受力计算方法，得到整盘刀具松动地层所需的扭矩及贯入推力，分析贯入推力和扭矩的影响因素。采用本文提出的计算分析方法计算土压平衡盾构楔犁刀与刮刀组合松动砂卵石地层时刀具的受力（推力和扭矩）与工程实测结果基本相符。研究结果表明： 楔犁刀分层、超前于刮刀布置可以有效降低松动地层所需的贯入推力和扭矩，达到降低盾构掘进所需总推力及总扭矩的目的。     

17in与19in滚刀破岩效率及耐磨度的初步比较研究

目前硬岩掘进机最常用的盘形滚刀有17in及19in 2种规格的滚刀,经工程实例比较,19in规格的滚刀具有更好的破岩效率及耐磨度。在开挖面岩体性质、滚压速度、刀具结构材料基本相同的条件下,滚刀直径的增大为何导致破岩效果更好,从理论分析的角度,量化比较这2种规格的单刃滚刀的破岩效率及耐磨度,为掘进机用户在选型时提供参考。     

盘形滚刀的改进及应用

通过几个典型工程盘形滚刀的应用,说明滚刀的结构、性能要根据地层的变化进行改进,工况条件不同,滚刀表现的主要失效形式不同,滚刀制造的要求也不同。均质硬岩地层以刀圈耐磨性为主,软硬差别大的地层以抗断为主,磨砺性强的不稳定地层以刀体保护为主。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析（双语出版）

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

隧道掘进机滚刀岩机作用实验台的研制

为了观测滚刀破岩的全过程和监测岩石的微破裂,研制隧道掘进机滚刀岩机作用实验台,对立式和卧式2种实验台研制方案进行总结并作出对比选择,对实验台组成、主要构造及安装调试过程进行详细阐述。归纳出实验台可开展的实验项目如下： 1）盘形滚刀受力预测公式的研究; 2）探寻滚刀作用在不同岩石类型的最优破岩刀间距; 3）研究滚刀压力、贯入度及刀间距等关系曲线。结合国家973课题开展相关实验研究,实验结果表明该实验台的应用性、先进性和科学性,实验台的成功研制为滚刀高效破岩机制研究提供公共开放的实验研究平台。      

不同几何结构的TBM刀盘静力学性能对比分析

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,其变形量是否满足要求、应力分布是否合理决定了掘进机能否安全可靠地工作。为对比分析不同几何结构TBM刀盘的静力学性能,基于应用在秦岭隧道的TB880E型平面刀盘,设计了具有相同开挖直径和滚刀数目的锥面刀盘和球面刀盘;通过建立3种刀盘的有限元计算模型,分析了相同工况下3种刀盘的变形和应力分布。分析结果表明： 相同工况和掘进参数条件下,平面刀盘的应力最小,而锥面和球面刀盘的盘面变形较小。这说明平面刀盘结构平滑,不易产生应力集中,刀盘强度较高;球面和锥面刀盘的刀盘面呈拱形结构外凸,可以有效提高刀盘结构的整体刚度。     

隧道掘进机刀具安装定位尺寸测量方法

隧道掘进机刀盘上安装有各种切削刀具,如何对各种刀具的定位尺寸是否符合设计图纸要求进行测量是非常重要的。目前使用较多的模板规尺法一般适合于在制造工厂的刀盘刀具制造安装阶段使用,且模板规尺的通用性较差,针对不同刀具布置方案需定制专门的模板规尺。提出利用全站仪对刀具定位点的三维坐标进行测量,应用空间解析几何原理,推导出刀具不同安装定位尺寸的计算公式,可对刀具安装定位尺寸是否满足设计尺寸公差要求进行间接测量和计算。通过对掘进机刀具定位尺寸进行实际测量,并与模板规尺法测量数据进行对比,证明提出的间接测量法是可行的。     

引汉济渭岭南TBM工程二长花岗岩地层滚刀磨损研究

针对秦岭二长花岗岩条件下TBM滚刀消耗严重的问题,依托引汉济渭岭南TBM工程,通过对现场岩样和刀圈材料开展室内试验,明确岩石的磨蚀性能和刀圈的耐磨性能指标,发现岩石的磨蚀性由其抗压强度与矿物成分共同决定,刀圈的耐磨性主要取决于材料的成分及组织。通过对前2 000 m试掘进段刀具使用情况和磨损数据的分析,掌握各个刀位的磨损规律:1)正滚刀的累计磨损量随滚刀安装半径的增加近似呈线性增长;边滚刀中处于过渡区域的滚刀累计磨损量最大,两侧逐渐减小。2)与滚动距离磨损速率相比,破岩体积磨损速率更能准确衡量滚刀磨损的快慢程度。3)重复磨损对边滚刀磨损影响较大,而通过在边缘区域增加滚刀数量来提高耐磨性的方法可以起到一定作用,但不能从根本上解决问题。