挖岩绞刀的岩石切削试验及数值模拟

绞刀是绞吸挖泥船的核心部件,通过现场试验研究绞刀挖掘性能的代价巨大。针对在实船试验中难以遇到合适土质的问题,提出在实验室进行挖掘试验和数值模拟表征绞刀挖掘性能的方法。制作2 000 kW功率绞刀的缩比模型和不同单轴抗压强度的岩石模型,在实验室进行不同切削厚度、步进距离等参数的绞刀切削岩石的模型试验,建立1：1尺寸的绞刀数值模型和岩石模型,采用单元删除法模拟2 000 kW绞刀切削岩石的过程,分别模拟产量为240和500 m³/h的切削过程,并分析绞刀切削功率和横移拉力。结果表明,挖掘产量240 m³/h时的最大功率为1 884 kW、平均功率为1 088 kW,满足设计要求。     

绞吸式挖泥船绞刀切岩数值模拟

针对挖泥船绞刀挖岩过程中绞刀切削力难以预测的问题,应用离散单元法建立了模拟绞刀切岩过程的模型。通过虚拟巴西劈裂试验和单轴压缩试验对岩石重要参数进行标定后,建立了软岩的bonding模型,结合Solidworks建立的绞刀三维模型进行切岩模拟。在绞刀切岩的离散元仿真中,得到绞刀挖岩过程中的切削受力,并研究绞刀在不同工况下对绞刀切削受力的影响。结果显示,切削形貌及绞刀受力与现实基本相符,这些结果可为新型挖泥船绞刀设计提供参考。     

基于岩石切削理论的超大型绞吸挖泥船绞刀动载荷分析

针对绞吸挖泥船疏浚岩石的工作特性,基于绞刀几何模型、运动学模型和动力学模型对绞刀疏浚岩石时的受力及其载荷波动性进行数值仿真。通过数值仿真切削功率和实际切削功率的对比进行了结果可靠性验证。利用Matlab/VB编制了研究绞刀受力以及载荷波动性的仿真系统。所得结果可为研发疏浚岩石关键设备提供参考依据。     

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。     

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...     

挖泥船绞刀齿切削岩石的离散元分析

采用离散元法建立数值模型,对绞刀齿切削岩石的正刀和反刀过程进行模拟计算,获得了绞刀齿及其前刀面在切削过程中的受力情况,统计了正刀、反刀切削的产量、能耗以及比能。结果表明:与正刀切削相比,反刀峰值切削力更小,产量更高,比能更小。该研究结果可以为实际施工工艺提供技术参考。     

基于MSC．PATRAN的绞吸式挖泥船绞刀结构强度分析

绞吸式挖泥船是一种常用的清淤疏浚工具,其核心部件之一是挖掘水下土质的绞刀。从绞刀的Pro／E三维造型入手．分析绞刀切削土壤过程,在受力分析的基础上,应用有限元软件MSC．PATRAN时绞刀应变应力状态进行了计算分析,为绞刀的设计制造和绞刀传动轴系校中与振动计算、强度校核计算提供参考。     

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。     

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。     

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。     

疏浚绞刀切削土壤的数值模拟

基于有限元FEM法研究绞刀切削土壤过程。参数化建立绞刀模型,对绞刀进行模态分析,分析不同阶数下的固有频率及振幅,为绞刀加工提供依据;采用LS-DYNA模拟绞刀切削土壤的过程,选取MAT147为土壤材料模型,研究不同时刻的土壤切削形态,将得到的切削阻力与理论结果对比,验证数值模拟的可靠性。     

气动弹簧在绞吸挖泥船低频振动控制中的应用

针对绞吸挖泥船铰刀旋转切削岩石时产生的低频振动问题,基于气动弹簧的结构形式、受力分析及固有频率低的特点,研究气动弹簧在绞吸挖泥船上的应用方案,并利用船体和生活楼的位移反馈信号控制气动弹簧减振系统的工作状态,同时还介绍了船舶设计过程中需注意的问题。     

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。     

绞吸挖泥船环保清淤功能的研发*

针对绞吸挖泥船在清淤过程中挖深不足的问题和环保施工的要求,对绞吸挖泥船进行适应性改造,具体为将绞吸挖泥船前端绞刀挖掘设备更换为环保清淤设备,实现了绞吸挖泥船的环保清淤功能。为了增加清淤设备的灵活操作性能,开发了一种新型清淤设备,位于桥架和清淤吸头之间。针对水平悬挂、36 m挖深和40 m挖深3种工况,对清淤设备关键部件进行强度分析。结果表明,关键部件最大应力为84.2 MPa、最大变形为2.5 mm,满足强度和刚度要求,优化后关键部件符合施工要求。     

大型绞吸挖泥船开发设计

结合七○八研究所自主研发设计的数艘装机功率超过10 000 kW的大型绞吸挖泥船,分别从船型及布置特点、动力驱动形式、疏浚系统配置以及定位形式共四个部分对大型绞吸挖泥船开发设计进行详细论述。     

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。