开槽设计

开槽设计（精选7篇）

开槽设计 篇1

1 引言

某企业产品中需要4枚直径准6.5mm、长2.8mm的开槽螺丝, 过去在加工螺丝槽时一直用钳工夹持锯片生产, 既不能保证产品质量、浪废材料, 又耗废人力和工时, 而且生产中安全性较差。由于其生产数量每批均在上万枚, 所以螺丝槽加工已成为该企业的工艺瓶颈。后该企业委托笔者团队进行改进设计。经研究探讨并借鉴元件成形机的经验, 设计了螺丝帽开槽机床, 从而大大地提高了生产效率, 降低了工人劳动强度, 为企业增加了效益。

2 产品分析

槽螺丝结构如图1所示, 本螺丝直线开槽机床所加工对象为准6.5mm、长2.8mm圆头螺丝结构, 需要在该款型螺丝的头帽部分加工1mm×0.5mm的矩形槽。加工工艺的难点是被加工件的工艺尺寸小, 加工余量少, 采用传统的钳工加工方式, 耗费的人力成本高, 且精度不易控制。

3 螺丝直线开槽机床结构设计

3.1 机床工作结构及原理

如图2所示, 小尺寸螺丝直线开槽机主要由工作转盘、主轴传动机构和动力传递机构构成。工作转盘上有20个螺丝定位口, 当总电源打开, 振动盘工作后将未开槽的螺丝通过送料装置进入定位口, 在转轮进入斜块时锁紧装置上升使压紧块进入, 可以将螺丝压紧在转盘上, 转轮进入凸轮的侧壁, 这时锁紧装置一直将螺丝处于锁紧状态, 在转盘匀速转动通过0.8mm锯片铣刀开槽, 完毕之后转轮进入凸轮空槽区轮子与底部的工作台接触, 这时锁紧装置下沉, 两个转轮复位的同时卸料, 完成一个螺丝帽开槽工序。

螺丝直线开槽机床主轴结构如图3。

3.2 工作转盘结构

如图4, 转动盘上有20个压紧装置, 每个压紧装置对应一个螺丝口, 压紧装置按图示运动轨迹上下、进出动作。

3.3 动力传递结构

机床动力传递机构如图5所示, 机床的主轴由电动机带动, 通过带传动减速, 以1450r/min转速带动0.8mm锯片铣刀;工作转盘经传动比为1:40的减速机构传动匀速圆周运动。

3.4 总装配结构

螺丝直线开槽机床总装后, 结构外观如图6所示。

4 初运行时故障解决方案

试产后, 初运行时发现其送料不能到位或有卡料现象, 经过排查是因为振动台的振动太大, 导致螺丝进料速度过快。在振动电路上增加一个可调电位器, 用于调节振动大小, 调试后故障消除。

5 结语

使用螺丝帽开槽机生产的产品, 不仅保障了产品质量, 而且大大提高了生产效率, 降低了生产成本, 避免了操作工人的危险, 并缩短了企业交货时间。

摘要：根据客户产品要求设计了一款非标的小尺寸螺丝专用直线开槽机, 将传统的工人依靠手工开槽操作转变为依靠自动化自动设备生产, 从而提高了生产效率, 降低了工人的劳动强度, 保证了产品质量。

关键词：机械设计,机床,螺纹,非标准化

参考文献

[1]中国标准出版社, 全国刀具标准化技术委员会.中国机械工业标准汇编 (第二版) :刀具卷钻头螺纹刀具[M].北京:中国标准出版社, 2005.

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[4]陈立德.机械设计基础 (第三版) [M].北京:高等教育出版社, 2012.

开槽设计 篇2

1 理论背景

1.1 奇点展开法相关理论

在电磁散射研究过程中, 根据参考文献[6], 为了提取出信号的极点信息, 通常将信号表示为一系列复指数信号和的形式。据此简单信号模型可表达为式 (1) :

式中, y (t) 是时域信号;si=-αi±jωi;si是极点;αi是信号衰减系数;ωi是角频率, Ri为相应的留数。相应地, 对时域信号进行采样时, 式 (1) 可改写为式 (2) :

其中, Ts为采样周期。

1.2 矩阵束法的相关理论

根据式 (1) , 首先定义一个Hankel矩阵Y,

在Y的基础上, 再定义两个矩阵Y1与Y2, 分别是矩阵Y去掉最后一列与去掉最左一列后所形成的矩阵。

列出矩阵束方程:

其中[I]是M×M矩阵;

Z0=diag[z1, z1, …, zM], R=diag[R1, R1, …, RM], diag[…]表示为对角矩阵。

利用矩阵的相关理论知识, 可以从式 (3) 了解得到, zi即是矩阵[Y1], [Y2]的广义特征值。于是求解极点zi可以转换成求解如式 (4) 所示的广义特征值。

其中Y1+矩阵是矩阵Y1的Moore-Penrose伪阵。

在信号中含有噪声时, 需要考虑对[Y]进行奇异值分解, 即[Y]=[U][Σ][V]H, 其中, [U]与[V]是单位矩阵, [Σ]是由矩阵[Y]的奇异值构成的对角阵, 比较每个奇异值 (σc) 和最大奇异值 (σmax) 的比值, 具体地判断:, 即可确定M的取值。

综合对其式 (4) 的求解, 一旦求解出上式中的M与zi, 即可根据式 (5) 求出极点相对应的留数Ri。

通过式 (6) 可以求得对应的极点si。

2 仿真结果与分析

2.1 开槽圆环型结构标签的设计分析

如图1所示, 其结构尺寸最外圈外径R1=20 mm, 最里圈内径R2=9 mm, 其中槽位等间距分布, 槽位的宽带w=1 mm, 开槽后形成的圆环的宽度d=1 mm。利用FEKO电磁仿真软件, 频率设置为50 MHz~7.71 GHz, 采样点数为256, 可得到其雷达散射截面RCS (Radar Cross Section) , 利用快速傅里叶变换的逆变换, 间接得到其散射信号的时域图, 如图2所示。

根据奇点展开法, 与矩阵束法相关理论, 选取信号的晚时时间段 (如图2所示, 黑色矩形框选取时间段) , 可得到其中的主要极点, 依据主要极点与相对应的留数, 根据式 (1) 可得到其重构的时域信号, 如图3所示。结果表明, 重构的信号与原时域的信号相比较, 拟合度很高, 数据基本吻合。

2.2 噪声对同一标签结构的影响

在不同的噪声条件下, 通过改变矩阵束中判定极点参数M值, 与晚时起始的时间点, 可以得到在不同高斯白噪声情况下数据信号的主要极点。如表1给出, 在不同噪声时, 含有4个圆环槽位的标签结构的极点分布情况, 可以看出, 由于散射信号的幅度值较小, 矩阵束法相应运用条件上的制约, 在10 d B噪声的条件下, 提取的极点受噪声的影响较大, 在噪声条件大于30 d B时提取的极点与理想无噪条件下相比, 同样存在一定的偏差, 但基本接近。

2.3 不同入射方向对极点的影响

考虑到不同入射方向的激励波进行激励标签结构。图4显示了不同入射角度 (如15°、30°、45°、60°和75°) , 其主要极点的分布情况。从图4中可以得到, 在矩阵束判断参数M, 早时与晚时起始时间点都相同的条件下, 不同的入射角度对提取的极点影响不大, 可以简单得到极点与激励波的入射角度无关。

2.4 基于极点对标签结构的检测与判定

根据上面简单的理论与仿真分析, 如改变标签结构的开槽个数, 则可以得到主要极点也会相应的变化。分类设计不同结构的标签结构, 根据开槽的位置与个数的不同, 可形成16种不同的标签结构, 表2仅列出其中最具代表性的10种不同的标签结构。

注:-2.241e9+j2.878e10, 其中-2.241e9为极点的衰减因子, 2.878e10为相对应的角频率。

注:表格中“1”代表槽位的存在, “0”代表槽位的不存在, 即不在此处开槽;由外圈到里圈, “1111”代表着即在标签结构处, 依次为4个等间距的槽位, 依此类推。

由于谐振频率与开槽的长度有一定的关系, 与开槽的长度成反比, 开槽的长度越长, 其谐振的频率值越小;相反, 开槽的长度越短, 其谐振频率值越大。最外圈的开槽长度最长, 其相应的谐振频率最小。

相应地, 上面10种不同的结构标签, 结构的不同对应着主极点也随之不同。如图5 (a) 所示给出了第1个槽位存在时对极点的贡献情况, 同样代表着标签结构存在最外圈的开槽时 (槽的外圈的半径为16 mm) , 主要极点的分布情况。从图5 (a) 中, 可以得到极点的分布情况, 当标签结构中存在第1个槽位时, 8个极点的谐振频率相近, 谐振频率大致落在1.75 GHz~1.8 GHz频率区间, 可以近似地认为极点的谐振频率大致相同。从而, 可以根据第1个极点的谐振频率, 判断标签结构是否存在第1个槽位。当有极点的谐振频率落在1.75GHz~1.8 GHz频率范围内时, 可以认定标签结构存在含有最外圈的开槽。

相应地, 第2个槽位存在时对极点的贡献情况如图5 (b) 所示, 即代表着标签结构存在靠近外圈的开槽时 (槽的外圈半径为14 mm) , 其主要极点的分布情况。由于槽与槽之间的耦合效应, 极点间相比较, 个别极点的谐振频率波动较大, 根据相同的检测与判定方法, 当有极点的谐振频率落在1.85 GHz~2.1 GHz频率范围内时, 可以认定标签结构存在含有次外圈的开槽。

据同样的判定检测准则, 如图5 (c) 所示为第3个槽位存在时对极点的贡献, 即代表着标签结构含有着靠近里圈开槽时 (槽的外圈半径为12 mm) , 其主要极点分布图。据相同的判定与检测的方法, 当有极点的谐振频率大致落在2.2 GHz~2.4 GHz频率区间时, 可以近似地认为标签结构存在第3个开槽 (槽的外圈半径为12 mm) 。

图5 (d) 给出了标签结构存在最里圈开槽时 (槽的外圈半径为10 mm) 其主要极点分布图。从图5 (d) 中可以得到, 同样有个别极点的谐振频率与其他主要极点谐振频率有较大的波动, 但还是可以根据相同的检测判定准则来对极点的判定与识别, 即当有极点的谐振频率落在2.45 GHz~2.9 GHz频率区间时, 可认定极点的存在, 标签结构存在第4个开槽 (槽的外圈半径为9 mm) 。

根据极点与标签结构的一一对应关系, 采用不同极点的谐振频率和所在的不同谐振频率区间, 来对极点进行识别, 进而对标签结构的判定与识别。

这种新型开槽圆环型标签结构, 由于具有对称性, 无需考虑入射波的极化方式以及激励波的入射角度等因素。由开槽处形成的谐振频率, 受结构的尺寸、槽与槽之间的互相耦合的影响, 个别极点波动较大, 但综合分析, 还是可形成比较理想化的极点分布图。综合理论仿真分析, 根据开槽位数与极点个数之间的对应关系, 改变标签结构的基本属性, 如开槽的个数、开槽的位置, 会形成相对应的主要极点。可通过极点的分布情况、谐振的频率对标签结构进行识别。本文中其编码的位数可达到4 bit, 这种结构可潜在成为一种无芯RFID标签。

摘要：设计分析了一种圆环开槽型的无芯片射频识别RFID (Radio Frequency Identification) 标签。这种圆环开槽型结构具有高度的对称性, 无需考虑入射波的极化方式。对散射得到的时域信号进行极点的提取。根据极点与标签结构的对应关系, 主要极点提供了嵌入在标签结构中的基本数据, 通过主要极点来对标签的结构进行识别。通过仿真分析可知, 这种标签结构可达到4 bit的编码, 可成为一种新型无芯片RFID标签结构。

关键词：射频识别,矩阵束法,极点,无芯片,圆环型

参考文献

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开槽设计 篇3

市政给水排水管道不开槽设计是指在管线选取特定的位置开挖, 一方面目前城市普遍存在路面交通繁忙, 无法选定合适时间施工开挖, 而不开槽技术施工技巧很容易解决这一困境, 另一方面不开槽施工明显降低施工费用和难度, 实现更换、修复、铺设和定位等一系列工程, 并且不会造成施工上面对河流、建筑、公路的破坏。

一、市政给水排水管道不开槽设计

1. 施工人员要求

施工人员应接受一定专业技能的培训, 熟悉整个操作的流程, 掌握设备的操作流程, 各项技术参数等, 并对在施工中可能出现的相关情况事前了解, 任何一个施工具体工作都应积极主动学习掌握重点环节的操作关键, 结合一定的工艺和技术措施安排施工的进度, 保障施工的安全, 在体现节约成本和安全的前提下保质保量的完成任务。

2. 设备要求

对于施工现场需要的设备在安装完备后应经过一段时间的调试, 设备运行正常和符合安全标准后方可进行作业, 排风能力、注浆系统、喷浆系统、水平运输设备和其它辅助系统应实现安全施工和文明施工的要求, 作业人员在管道内的环境应参照国家有关标准, 电力设备安排双路电源能自动切换, 采用低压供电保障施工的安全性。在施工中井上、井下有联络的信号方便交流作业实际情况, 根据使用周期对设备和装置进行定期检查和保养。

3. 盾构机选型

根据施工现场结合周边环境的特殊性, 结合工程设计和水文地质条件, 经技术经济比较确定, 配比一定安全设备, 根据轴向曲率半径、回拖力、管道长度, 结合具体工程的现场环境等进行技术屏蔽后评比确认, 为了达到一定的效果实现浅挖深埋, 工作井位置选择应适宜, 根据工程设计的实际包括隧道的断层和结构的复杂比较后确定实施方案, 夯管锤的锤击力应根据钢管力学性能、管径、管道长度, 结合工程地质等确认方案, 工作井宜设置在检查井等附属构筑物的位置。

4. 顶管顶进方法的选择

根据施工现场结合周边环境的特殊性, 结合工程设计和水文地质条件, 经技术经济比较确定。采用敞口式顶管机时, 为了防止管道内水源的进入, 可将地下水位降到管底以下不小于0.5 m处, 因水位下降导致地层变形、适宜采用封闭式土压平衡或泥水平衡顶管机施工。一次顶进的挤密土层顶管法一般用于小口径的金属管道, 顶力满足施工要求并且无地层变形控制要求, 对于施工时对于铁路、重要管线、建筑物和防汛墙应制定一定的保护措施。

6. 管节要求

钢管在制作工艺上应符合相关的设计要求, 焊缝等级不低于2级, 适宜的外防腐结构和设计, 施工时不要被土体损耗, 钢筋混凝土的材料制作参照防腐的相关要求执行, 衬垫的厚度应根据管径大小和顶进情况选定。

二、市政给水排水管道不开槽施工经验

在具体施工过程中不同施工组对施工总结一定的经验和认识, 对施工具体环节和实施进度相关工作进行讨论, 梳理一定成功经验为后期的是施工实践中出现的问题进行解读和分析。

1. 工作井洞口施工

对于任何一次的施工工作, 提前根据作业的施工井的结构形式、环境条件、尺寸等因素确定保护形式, 海英满足盾构推进后座力作用、井壁支护以及顶管选择在管道井室位置;在施工过程中尽量避开建筑、公路和铁路, 尽可能减少对周边环境和居民的困扰, 结合地上和地下管线的具体情况, 以及结构受力度和施工安全性, 编制专项施工方案, 在施工时应遵循先撑后挖、分层开挖、适度开挖的原则, 井底尽可能保障干燥和通风, 在井底封底之前应设置集水坑, 在地面井口周围设置一定安全护栏和防汛设备, 便于上下安全。施工前在符合施工方案的前提下应预留进出洞口, 进出洞养成良好习惯, 检查土体的强度和渗水情况, 根据每天的情况反馈及时对土体改良, 设置临时封洞时还应考虑施工的安全性和周围土层是否变形, 为了减少工作量和方便施工, 预留进、出洞口的位置应方便拆除, 并对洞门土层干扰较轻。

2. 顶管及盾构的后背墙施工

施工作业前对后背墙的土体结构测试, 在满足合理设计的前提下, 刚度和强度应满足适当力度, 后背墙的平面和开挖曲线保持垂直, 表面应保持一定平整度和坚实感, 可以实现有效传递作用力, 没有原土层做后背墙时, 可就近选择稳定性好, 结构简单和便于拆卸的, 管口端面与后背钢板可以使用缓冲材料将其隔开, 采用相应的保护措施加以保护, 这样保证管道的接口完好, 如发现上下井的两段管道之间有一定的弧度, 根据一定的需要对后背墙的进行设计, 后背土体应与后背墙实现天然贴合, 后背土体壁面应与后背墙紧凑, 可以使用砂石料填塞空隙;后背墙的施工最好采用型钢、钢板或方木进行安装, 如果要使用顶进的管道做后背, 待顶管道的最大允许顶力应小于已顶管道的外壁摩擦阻力。

3. 顶管或盾构洞口施工

顶管或盾构洞口施工可采用钢管预埋的方案, 使用焊接的工具将接口焊接牢固, 乳沟遇到土层比较松软, 在洞口外缘可预先安置一定的支撑点, 在施工前是做好准备工作, 先设置堵水的结构, 堵水装置应连接预埋的焊接端口, 保障一定牢固度和紧密度, 使用凝胶材料堵牢。

4. 浅埋暗挖施工

首先导轨安装的坡度应与设计坡度保持一致, 选择钢质的材料, 在材料选择上应重视刚性和强度, 使其满足常规的施工需求, 同时对于顶铁选择也应重视刚性和强度, 使其满足常规施工的要求, 还能最大限度满足的顶力的需求, 轴线安装讲究与管道的水平和对称, 顶铁和导轨之间的接触比较顺畅, 无阻滞的现场出现, 这样可以保障传力受力平衡, 同时均匀分散力度。顶进作业时, 施工人员尽可能保证不要在顶铁上面停留时间过长, 施工人员还应隔一段时间观察顶铁有无出现异常现象, 导轨与顶铁之间应采用缓冲材料衬垫, 减少它们之间的摩擦和接触, 千斤顶与管道中心的垂线对称, 最好固定在支架上, 保障合理的重心在管道的重心上, 千斤顶的油路应并联, 都配备进油、回油的控制系统, 油泵、千斤顶、连接高压油管与换向阀已经安装完备, 可对整个系统进行调试, 在满足无泄漏和耐压力强下, 每个千斤顶的推进速度应保持相对的一致, 符合设计的普遍需求, 刚开始顶进的时候应保持各个接触的配件缓慢运行, 待磨合成功后可按照正常速度顶进, 此时如果发现油压温度骤升, 应马上停止作业, 检查出现问题的原因并处理, 千斤顶活塞退回时, 油压不得过大, 速度不得过快。

5. 质量验收标准

质量验收标准内容比较繁杂, 施工使用的相关材料包括原材料、成品、半成品的质量应符合国家相关标准规定, 还应检查产品质量合格证、出厂检验报告和进场复验报告, 对于整个施工的工程应加强质量的监督力度和考察的细致度, 由于地下水位过高导致管涌的现象, 可以实现人工降雨修复井点系统, 带水位下降正常水准的时候可重新浇筑混凝土。在施工中如发现混凝土存在质量的问题, 基础强度与施工工程要求不符, 按照施工的统一标准, 改变已有的混凝土结构。工作井满足设计的要求, 并且强度、刚度和尺寸适宜, 没有线流和滴漏的现象;混凝土结构满足抗压强度和抗渗的要求, 顶管和盾构的后背墙保证平实和坚固, 导轨与基座连接应牢固可靠, 两导轨应之间等高、顺直。

总之, 市政给水排水管道施工过程中, 一定应结合施工的实际情况, 在使用不开槽技术时应有效加强对于技术指导, 每一个环节应结合质量管理具体措施, 对云经常出现的问题给予及时的处理, 市政给水排水管道不开槽设计应用越来越成熟和普遍。在施工中对于材料, 施工技术等方面都要严格遵守, 应用不开槽的设计可以有效地改善施工中面临的诸多困境。

参考文献

[1]潘政委, 陆建海.市政给排水管道工程施工优化探讨[J].中国新技术新产品, 2009 (22) .

[2]张荃, 罗永亮.试析市政给排水管道的设计与施工技术[J].黑龙江科技信息, 2009 (32) .

自制水渠边坡开槽机 篇4

在南水北调水渠边坡工程施工过程中,经常遇到土质为膨胀土的地段。膨胀土稳定性较差,若直接在膨胀土上浇筑混凝土,其抗压、防渗性能和牢固性均较差。为了改善膨胀土土质性能,需换填水泥改性土。换填水泥改性土以后,还要在水渠边坡上开挖宽50cm、深60cm、长度26m至30m的深槽,并用钢筋混凝土浇筑网状坡面梁,以防止水渠边坡滑坡。由于水渠边坡开槽技术要求较高,且水泥改性土的土质异常坚硬,若使用人工开槽,施工进度和质量均难以保证。为此,我们自行设计制作了水渠边坡开槽机,如图1所示。

2. 结构及工作原理

开槽机整体结构主要由主桁架1、铣削小车2、副输送装置3、主输送装置4、整机行走与升降调坡装置5,以及安全控制装置等组成,如图2所示。其中铣削小车2、副输送装置3、主输送装置4、整机行走与升降调坡装置5以及安全控制装置组成开槽机的工作装置。

1.主桁架2.铣削小车3.副输送装置4.主输送装置5.整机行走与升降调坡装置

(1)主桁架

主桁架由2个钢结构桁架和4条支腿组成。2个钢结构桁架并排设置,这种设置可保证整机刚度,避免晃动,且可提高开槽质量。主桁架两端共设置4条支腿,每条支腿上安装1套整机行走及升降调坡装置。

(2)铣削小车

铣削小车由支架、升降装置、开槽滚筒、电动机、减速器等组成。铣削小车通过支架安装在2个主桁架上,支架上的导向轮与主桁架上方和下方连接,可使铣削小车沿着主桁架长度方向平稳运行。

铣削小车共有2组升降装置,每组升降装置由4个导向轮、1台升降电动机、1套升降传动机构、1个升降支架组成,分别安装于2个主桁架上。升降电动机与升降传动机构采用胶带传递动力,升降电动机和升降传动机构采用螺栓连接于铣削小车支架顶部。铣削小车升降装置,用来控制开槽深度。

开槽滚筒设置在铣削小车支架下部,其两端采用销轴连接,销轴座采用高强螺栓与铣削小车支架固定,其外围设置的开槽刀头和抛土板,分别用于边坡开槽和抛送铣削出的土方。

电动机与减速器采用弹性联轴器联连接,减速器与开槽滚筒采用链条传动。电动机和减速器安装于支架上部,均采用高强螺栓连接。电动机和减速器用于驱动开槽滚筒旋转作业。

铣削小车的工作原理如下:启动电动机使其带动减速器工作,减速机带动开槽滚筒转动,由开槽滚筒上的开槽刀头和抛土板,实现开槽和抛土功能。铣削小车需要升降时,启动升降电动机,电动机带动升降传动机构动作,使升降支架上、下移动,便可调整不同的开槽深度。在卷扬机钢丝绳牵引下,升降装置可带动铣削小车,以主桁架为导向轮道轨,在主桁架上前、后移动。

(3)土方输送装置

开槽机土方输送装置由主、副输送装置组成。主输送装置用于将铣削出的土方送出。副输送装置用于将铣削出的土方输送到主输送装置的输送带上。

主输送装置由电动滚筒和输送带组成,安装于主桁架1个桁架长度方向的底部。

副输送装置由螺旋收土器和副输送带组成,安装于开槽滚筒前部,其电动机与驱动装置采用齿轮联接。

土方输送装置的工作原理如下:当开槽滚筒转动时,通过开槽刀头在水渠边坡上铣削出深槽,同时开槽滚筒上的抛土板利用惯性,将铣削出的土方向前抛送。开槽滚筒前方的副输送装置,通过其螺旋收土器将铣削出的土方汇集在一起,并输送到副输送带上,由副输送带将铣削出的土方输送到主输送带上。铣削出的土方被输送到主输送装置的输送带上后,电动滚筒带动主输送带沿电动滚筒和其他辅助滚筒作循环转动,将主输送带上的土方输送到水渠底部,从而实现全自动输土。

(4)整机行走与升降调坡装置

整机行走及升降调坡装置由行走电动机、驱动装置、支腿、行走轮、升降机、升降电动机等组成。

整机行走装置由行走电动机、驱动装置、行走轮等组成。整机行走装置安装在支腿下部,其行走电动机通过齿轮向驱动装置传递动力。行走电动机安装在驱动装置上,并通过齿轮向驱动装置传递动力。驱动装置亦通过齿轮驱动行走轮转动。

整机行走装置工作原理如下:行走电动机带动驱动装置工作,驱动装置驱动支腿下端的行走轮转动,从而实现开槽机横向行走。

整机升降调坡装置由升降机、升降电动机等组成。升降机安装在支腿上,与支腿采用套筒连接方式。升降机与升降电动机采用胶带传动方式。

整机升降调坡装置工作原理如下:升降电动机带动升降机正、反向动作,使支腿产生升、降动作,从而实现主桁架坡度调整。

(5)操作方法

为确保施工过程安全操作和正常运行,开槽机共设置3套安全控制装置,包括防止误操作和失控的紧停按钮、铣削小车行程控制装置和面板电路控制装置。开槽机操作方法如下:

整机行走按动前支腿电驱动按钮(左、右侧2个前支腿合用)和后支腿电驱动按钮(左、右侧2个后支腿合用)驱动前、后支腿移动,可实现开槽机转弯或直行。

调整整机坡度分别按动4个支腿的电驱动开关,可使4个支腿单独升降,从而实现整机坡度调整。

开槽按动主机开关按钮后开槽滚筒转动,即可进行开槽作业。按动铣削小车升降按钮使铣削小车上、下移动,可对开槽深度进行调整。

土方输送按动主、副输送装置开关按钮,主、副输送装置开始工作,可实现全自动土方运输。

3. 使用效果

该开槽机采用2个大跨度钢构桁架,有效减少了开槽时的晃动,为开槽的精确施工创造了条件。该开槽机通过铣削小车升降装置的微调,可实现精准的开槽深度,使槽深100%达到设计要求。

该开槽机整机行走、调坡、开槽和输送土方互不影响。通过工作装置的有机组合,形成一套综合性很强的渠道开槽设备,可实现大规模渠道开槽施工。

该开槽机开槽的全过程实现了机械化、自动化,只需2名操作手即可完成开槽作业,大大降低了作业人员的劳动强度,节省了大量人工,提高了施工质量和施工效率。

该开槽机已于2013年成功申报专利,专利号为ZL201320301905.3。

开槽机牵引钢丝绳的选择 篇5

开槽机是用于在煤层内掏槽的采煤机械,在炮采工作面煤壁上截割出截槽,增加自由面以提高爆破落煤的效果,应用于开采中硬和软煤层,也可开采其它成层的矿产,但不能截割坚硬的夹石和硫铁矿等。

在现代机械化采煤过程中,大规模的应用采煤机等机械设备落煤,机械效率很高,但是存在一个难以解决的问题,就是机械截割部分的截齿相互之间的距离是有限的,造成落煤块度小,在产量一定时,降低了煤的价值,也降低了利润。同时,在一些中小型的煤矿中,由于资金相对不足,大型的机械设备不能得到很好的应用,仍然采用人工落煤,生产效率也不高。开槽机就能一定程度地解决这些问题。首先用开槽机在采煤工作面底部开出一道深槽,然后在上方煤壁上打眼放炮,达到落煤块度大、效率高的目的。

如图1所示即为开槽机的主要构成简图,电动机两端出轴,分别驱动截割部和牵引部。

2 开槽机牵引机构及钢丝绳的缠绕方法

2.1 牵引机构简述

开槽机的牵引是利用牵引钢丝绳,这时,绳子的一端系在固定支柱上,另一端则绕在机器的卷筒上,这个卷筒是由主电动机经过牵引机构减速器而带着转动的,这个减速器跟绳筒合在一起被称为牵引机构。

1.截盘2,4.减速器3.电动机5.除粉器6.固定支柱7.牵引钢丝绳

通常牵引机构可保证开槽机产生几种速度,司机根据煤的坚硬性的不同而选择一种牵引速度,这个牵引速度要使电动机的负荷刚好达到额定功率。但是由于开槽机上没有控制电动机负荷的仪器,所以选择牵引速度是由司机听电动机发出来的声音而决定的,这在很大程度上取决于司机的经验。除了工作速度外,牵引机构还应保证有一个比工作速度大得多的调动速度。

经验证明,把绳筒放在开槽机底部的垂直轴上是最为合适的。这时,卷筒直径不应大于机器机壳的宽度,同时又要让卷筒上容得下20~30m的钢丝绳。

开槽机的工作牵引速度不高,一般都在1.4m/min以下。应用得最多的是很低的速度,大致为0.3~0.5m/min。因为绳筒直径一般为520~580mm,那么绳筒的每分钟转速应该在0.165~0.860r/min之间。

而在某些情况下,还要更低一些。这样,当电动机转速n0=1480r/min时,牵引减速器的传动比将为8970~1721之间。

由于我们还必须要保持减速器尺寸最小,所以如果用普通的齿轮来实现大的传动比在实际上是不可能的,因为这样就需要6~7对齿轮。因此,牵引机构减速器设计或者用行星轮传动,或者利用某些机构传动。

除了传动机构以外,牵引部减速器在某种情况下还加上保护装置,以防止钢丝绳内可能因负荷过大打坏齿轮。这种保护装置有摩擦离合器及弹簧牙嵌离合器。

2.2 钢丝绳的缠绕方法

我们把钢丝绳由直线位置变成曲线状态时算作弯曲半次,钢丝绳由曲线状态又变成直线状态,又由直线状态回复到曲线状态,我们就称之为弯曲一次。在以后弯曲时,如果钢丝绳弯曲方向与第一次弯曲方向相反这就认为在钢丝绳的每一个反向弯曲上又加上了一次弯曲。由这一观点出发,我们来比较两种不同的钢丝绳在卷筒上的缠绕方式,如图2与图3。

在图2上我们得到:(1)钢丝绳在滑轮上弯曲过去又反过来;(2)绕在绳筒上时弯曲;(3)绕在绳筒上的方向跟绕在滑轮上的弯曲方向相反。钢丝绳受到2.5次弯曲。

在图3上我们得到:(1)钢丝绳在滑轮上弯曲过去并又反过来;(2)绕在卷筒上时弯曲。钢丝绳受到1.5次弯曲。由于很多学者所做过的试验证明,减少弯曲次数可以大大增加钢丝绳的使用年限,因此,图3中的钢丝绳工作方式要比图2中的方式要好得多。所以,应用图3中的缠绕方式。

3 牵引钢丝绳的选择

3.1 钢丝绳的结构及类型

钢丝绳丝绳是由一定数量(一般为6根)的细钢丝捻成绳股,再由股(一般为6股)捻制成绳,绳的中间夹有含油麻芯。制造钢丝绳的钢丝为优质碳素结构钢,其抗拉强度为1400~2000MPa。在承受相同终端载荷的条件下,抗拉强度过高的钢丝绳韧性差。抗拉强度大,钢丝绳在承受相同的载荷下,绳径可以小一些,但其弯曲疲劳性能差一些。钢丝绳有光面和镀锌的两种,后者可以防止锈蚀。由于钢丝绳中股数和捻向的不同,以及股中钢丝数目、钢丝直径、断面形状和排列方式的不同,钢丝绳可以有许多不同的类型,因而性能不相同,使用条件也不一样。

钢丝绳的绳芯是由苎麻、线麻或马尼拉麻等具有较大抗拉强度的纤维捻制而成,其作用是储存绳油,以便减小钢丝绳工作时内部钢丝的相互磨损,并防止生锈和腐蚀,可增加储油性,并起垫衬作用,减少绳股挤压变形。

采煤机械用的牵引钢丝绳构造比较简单,且成本比较低。但是,绕在卷筒上时,钢丝绳工作条件很恶劣,因为它不仅拉力很大,同时又要在直径较小的滑轮上弯曲。

钢丝绳有很多种,根据不同的特点有不同的分类方法:

(1)按钢丝类型分类

钢丝有光面和镀锌两种类型,室内工作时通常使用光面钢丝绳,露天和潮湿环境中使用镀锌钢丝绳。钢丝按韧性分为特号、Ⅰ号和Ⅱ号。特号钢丝用于载人提升,Ⅰ号用于起重和牵引机械,Ⅱ号通常用于捆绑货物等次要用途。

(2)按捻制方向分类

按钢丝捻成股与股捻成绳的方向相同或相反,分为同向捻和交互捻钢丝绳。同向捻钢丝绳挠性好,使用寿命长,但容易自行扭转和松散,通常用作牵引绳,在自由悬挂的提升、起重机械中不宜采用,只有在具有刚性轨道的提升机械(如电梯)中才使用。交互捻钢丝绳不易自行松散,在起重机械中广泛应用,但是挠性小、寿命较短。

按股捻成绳的方向,这两种钢丝绳又分为左旋和右旋两种类型,一般多用右旋绳。

(3)按绳芯材料分类

按绳芯材料种类,钢丝绳分为纤维芯(棉、麻芯)、石棉芯和钢丝芯三种类型。纤维芯和石棉芯钢丝绳挠性大、弹性好,但不能承受横向压力,区别是前者不耐高温,后者耐高温。钢丝芯钢丝绳强度高,能够承受高温和横向压力,但挠性较差。

通常使用纤维芯钢丝绳,高温、重载和多层卷绕的情况下使用钢丝芯钢丝绳。

(4)按钢丝接触状态分类

按股中钢丝与钢丝的接触状态,钢丝绳分为点接触式、线接触式和面接触式。

点接触钢丝绳股中各层钢丝直径相同,捻距不同,形成点接触,因而钢丝接触应力很高,容易磨损和断裂,寿命较低,但制造容易而且价廉。

线接触钢丝绳股中各层钢丝的捻距相等,直径不同,外层粗钢丝位于内层细钢丝的沟缝里,形成线接触,因而钢丝接触应力低,挠性好,结构紧密,寿命长,承载能力大,应优先选用。线接触钢丝绳有三种结构型式:粗细型(W型,也称为瓦林吞型)、外粗型(X型,也称为西鲁型)和填充型(T型)。通常使用粗细型,外粗型适用于磨损较严重的场合。

面接触钢丝绳的钢丝间为面接触,耐磨损,能够承受大的横向压力,通常用于索道的承载索。

(5)按股的断面形状分类

按照股的断面形状,钢丝绳分为圆形股和异形股。圆形股制造方便,广泛使用。异形股有三角形股、椭圆形股等,与卷筒或滑轮的接触面大,强度高、耐磨损、寿命长,但是制造复杂。

不同断面形状的钢丝绳,其主要特点归纳如下:

(a)圆形股钢丝绳。易于用眼检查断丝,有相当大的挠性,制造简单,价格低。但随载荷变化有旋转趋势,且外部钢丝易磨损。

(b)三角股钢丝绳。易于用眼检查断丝,在相同条件下,比圆股绳强度大,寿命长;外部钢丝比圆股耐磨。但随载荷变化有旋转趋势,且挠性较圆股绳差。

(c)多层股钢丝绳。旋转性小,有相当大的挠性。但内部钢丝不易检查。

(d)密封、半密封钢丝绳。不旋转,外部钢丝耐磨,抗腐蚀性好,在相同条件下强度最大,弹性变形小。但内部钢丝不易检查,挠性小,直径大时断面易变形,制造复杂,价格高。

(e)扁钢丝绳。不旋转,易于检查,有很大的挠性。但易被磨损,手工生产效率低,价格高。

选择钢丝绳时,要根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑,基于本次设计的是井下小煤矿用的开槽机械,故所选的钢丝绳的材料为优质碳素结构钢,Ⅰ号钢,类型是同向捻的线接触式圆股钢丝绳6W(19),绳芯为纤维芯。

式中,d-钢丝绳最小直径,mm;c-选择系数,在机械设计手册中可以查到;Fmax-钢丝绳最大静拉力,N。

由现场常用开槽机数据求得,钢丝绳的最大静拉力为:Fmax=Q=25989.6N

在机械设计手册中可知,牵引钢丝绳的最小安全系数不得小于4,故本人安全系数取5,而对应的钢丝绳公称抗拉强度为1850MPa,c=0.096,带入式(1)得:

即最小直径为15.48mm,此处取16mm,查手册可得到其它参数如下:导向滑轮的直径90mm;钢丝绳直径16mm;钢丝中心直径1.2mm;钢丝总断面积107.74mm2;钢丝绳公称抗拉强度1700MPa;弹性模量E为200GPa。

即所选钢丝绳为:钢丝绳6W(19)-16-1700-Ⅰ-光-右同GB1102-74。

3.2 钢丝绳的应力计算及钢丝绳破断拉力的计算

钢丝绳的拉力是由拉绳子的力所引起的,它等于:σP=Q/F式中,F-钢丝绳的全部钢丝的断面积。

为了要考虑绳内的弯曲应力,我们来看一下绳在卷筒上缠绕的情形。在缠绕时,钢丝绳的钢丝发生变形,其变形可由图4求出。大家知道,绳内钢丝扭成股,而股则捻成钢丝绳。要精确地研究钢丝的扭曲变形是很困难的,因此,我们只研究一根假想的钢丝,这根钢丝正位于钢丝的中心线上,同时引进一个校正系数,以考虑钢丝的扭曲。

我们假设钢丝的中性轴无变形,而只是曲率发生变化。在弯曲时,钢丝的外端纤维受拉而内侧纤维受压(在弯曲之前外纤维长度等于中性轴长度)。外端纤维的伸长等于:

相对伸长量等于:

因此,外端纤维内的应力为:

但是,由于钢丝的扭曲,这一应力实际上是要小一些的。一般采取一个校正系数等于3/8。那么,在钢丝绳的钢丝内的总应力等于:

把已选好的钢丝绳的参数带入可得:

所以钢丝绳内的总应力小于钢丝绳的许用应力(1700MPa)。故所设计的钢丝绳符合强度要求。

另外,还要保证以下公式满足[1]:F0≥FmaxS/φ

式中,F0-钢丝绳中全部钢丝的破断拉力总和,N;Fmax-钢丝绳工作时的最大静拉力,N;S-最小安全系数,查表可得;φ-钢丝绳破断拉力换算系数。

将本次设计的参数带入,S=5,Fmax=2652kg=25989.6N,另根据机械设计手册知此形式的φ=0.85,则得:FmaxS/φ=25989.6×5/0.85=152880N。

查表可知,当钢丝绳直径为16mm,公称抗拉强度为1700MPa时,钢丝绳破断拉力总和F0≥183000N,从以上计算的结果可知,所选钢丝绳符合要求。

钢丝绳的使用年限是不长的,大致是3~6个月。钢丝绳的使用年限还决定于它在工作中弯曲的次数,有很多学者做过实验证明,减少弯曲次数可以大幅度增加钢丝绳的使用年限。

4 结语

开槽机牵引机构,一定要根据实际情况选择适当规格的钢丝绳,选择合理的缠绕方法,并通过应力计算及破断拉力计算验证选择钢丝绳的可靠性,既不能选择可靠性差的钢丝绳,否则会给生产安全带来隐患,也不能选择过高的可靠性,造成大马拉小车的资源浪费。

参考文献

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[3]布.勒.达维道夫.煤炭工业机械:第一卷[M].北京:煤炭工业出版社,1956.

开槽设计 篇6

化学机械抛光(CMP)技术是半导体晶片表面加工的关键技术之一,近年来得到广泛应用[1]。作为CMP系统关键部件之一的抛光垫对抛光效率和加工质量有着重要影响[2]。传统的微晶玻璃的超精密抛光工艺使用游离磨料方式。为解决游离磨料研磨抛光过程中暴露出来的众多缺点,固结磨料抛光技术应运而生。固结磨料抛光技术把磨料固结在抛光垫中,抛光液中不再需要添加磨粒,抛光时只有固结在抛光垫上突出部位的磨粒才与工件上的相接触部位发生作用;由于接触区域的减小,微小区域产生较大的压力,去除率增加;抛光速率对工件的形貌有很高的选择性,而对材质无选择性。固结磨料抛光技术只需要较少的去除量,即可达到平坦化的目的,降低了企业的生产成本[3]。

冰冻固结磨料抛光(IFAP)技术是近年来固结磨料化学机械抛光技术的新发展,属于低温固结磨料抛光技术[4]。韩荣久等[5]利用胶态SiO2制成冰冻磨盘,对单晶硅片、微晶玻璃等进行了低温抛光试验并得到了纳米级的光滑表面。孙玉利[6]开展了冰结合剂抛光盘的研究,采用SiO2和Al2O3冻制的冰冻模具,对单晶硅片进行了抛光,得到了良好的加工效果。试验研究表明,低温环境可大幅度减小已加工表面的残余应力、微观裂纹及表面损伤等[7,8]。因此,进一步探索这种新技术具有很强的现实意义。抛光垫的表面沟槽形状及尺寸作为决定抛光垫性能的关键参数之一,能对抛光的化学及机械过程产生重要影响[9]。试验中采用在冰冻固结磨料抛光垫表面开槽是一种新的尝试,对抛光垫表面沟槽的研究具有重要的参考价值。

1 开槽冰冻固结磨料抛光垫的制备

1.1 试验所用开槽方法

抛光垫表面开槽后,抛光时在整个工件区域内压力分布更均匀,抛光过程中工件与抛光垫之间将形成明显的流体膜,存储、运送抛光液的能力增强,抛光过程中磨料分布更均匀,工件表面剪切应力变大,从而提高了抛光效率和加工表面质量[10]。试验所用的抛光垫为冰冻固结磨料抛光垫,目前国内尚未有关于冰冻固结磨料抛光垫开槽方面的报道。基于“冰盘”会融化且硬度不高的物理特性,机械铣削法和激光加工法皆不适用,试验采用模具浇注法和成形模具热压法。

1.1.1 模具浇注法

如图1所示,在模具周围浇注自制抛光液,然后放入低温冷冻箱中冻制,等冰冻固结磨料抛光垫冻制成形后,取出卸模。卸模时传统的方法是在模具表面涂上卸模剂,但经过低温冷冻后,卸模剂效果并不理想,卸模仍然非常困难。根据冰冻固结磨料的特性,试验初期采用在模具 表层涂上石蜡的方法,卸模效果有所改善,但仍然不是十分理想,且卸模后容易导致“冰盘”表面开裂,从而影响到下一步的抛光效果。经过试验与探索,发明了图1所示的带有浇灌槽的开槽模具。具体实施时,待冰冻固结磨料冻制完毕,将其从冷冻箱中取出,在开槽模具的浇灌槽中注入热水,使开槽模具与“冰盘”接触表面温度升高,卸模相对容易很多。

1.1.2 热压法

虽然带有浇灌槽的开槽模具已经使得卸模相对容易,但是仍然存在两个问题:①卸模时间较长,由于浇灌槽比较狭窄,注水时需要用针管挨个注入;②卸模后,沟槽附近冰面会有小幅凸起。这对后期抛光是不利的。所以最终采用热压法进行开槽。开槽模具实物图如图2所示,开槽原理图如图3所示,预先给开槽模具加热到一定温度,等冰冻固结磨料冻制好后便可立即进行开槽。

2 试验方法

试验采用平均粒度为2μm的微米级α-Al2O3冻制冰冻固结磨料抛光垫,抛光液的磨料质量分数为5%,分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮,混合后加入去离子水配成悬浊液,然后采用GenZ-68K型超声仪进行磨料的超声分散。分散完成后加入双氧水并用乙二胺将pH值调节到10.5,最后通过模具进行抛光垫的冻制。抛光垫冻制好后用热压法对其开槽,开槽后实物如图4所示。

试验中,以抛光前后微晶玻璃的每分钟厚度变化作为抛光去除率的评价标准,以微晶玻璃抛光后表面粗糙度Sa来表征抛光质量。冰盘抛光前,先用W14金刚石固结磨料抛光盘对微晶玻璃进行预抛光,再进行微米级冰冻固结磨料粗抛光。本试验采用正交试验法,通过对试验方案的统计分析得出最佳的设计方案。各因素水平如表1所示,按L9(34)正交表安排试验。

试验中微晶玻璃的厚度变化难以准确测量,将单位时间厚度变化公式进行如下转换:

undefined

式中,MRR为研磨抛光去除率,nm/min;h为加工前工件初始厚度,mm;h1为加工后工件初始厚度,mm;t为研磨抛光时间,min;M0为研磨抛光前工件初始质量,g;Mi为研磨抛光后工件质量,g;C为微晶玻璃密度与表面积的乘积的倒数,此试验中C=0.091 540 54mm/g。

在室温下,通过BS224S型分析天平测量微晶玻璃的质量,按照正交试验安排进行抛光后,用去离子水清洗微晶玻璃后烘干,再测量其质量。

3 结果与分析

3.1 正交试验结果

各试验因素在开槽与未开槽情况下对抛光速率的影响,结果如表2所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为水平1、水平2、水平3情况下的平均值,R为极差。

对表2的极差进行分析可知,本次试验在开槽的情况下,各因素对抛光速率的影响由大到小的顺序为主轴转速、偏心距、抛光时间、抛光压力。而未开槽时对抛光速率影响最大的为抛光压力。由表2可知,获得最大材料去除率的优化试验组合为A2B3C3D1,即优化后的抛光工艺参数为:抛光压力0.05MPa,主轴转速200r/min,偏心距105mm,抛光时间30min。

3.2 试验因素分析

冰盘抛光从溶液制备到冰盘冻制再到上机抛光是一个非常耗时的过程,为了节约人力、物力,试验中没有采用单因素的试验方法,而是设计了正交试验,力求得到固定工况下的最优参数。将表2中的各因素水平对去除速率的影响趋势绘制成曲线图,如图5所示。

3.2.1 抛光压力的影响

由图5a可知,未开槽时抛光压力对去除率的影响不严格遵循经典的Preston方程,主要原因在于当抛光压力较小时,微晶玻璃在冰盘上方转动,两者之间的摩擦使得冰盘融化,微米α-Al2O3颗粒参与抛光过程,此时在冰盘与微晶玻璃之间形成流体膜,实现了真正意义上的化学机械抛光。在压力增大后,冰盘与微晶玻璃之间的流体膜被压缩,抛光时产生的废液不能及时被排除,化学抛光作用减弱,从而去除率降低。

而在开槽情况下,这一情况发生了改变,去除率随压力的增大呈先增大后减小的变化趋势。由于抛光垫表面开有沟槽,压力较小时,冰冻固结磨料抛光垫与微晶玻璃的磨削效率低,机械抛光作用较小,去除率不高,在压力增大后,与未开槽情况不同的是抛光垫表面可以通过沟槽形成流体膜,不会产生化学抛光不足的情况,而机械抛光作用进一步增强,从而去除率提高。但是,当压力过高时,冰盘与微晶玻璃完全贴紧,融化及磨削产生的游离状态磨料积压于沟槽中,而很难在冰盘和微晶玻璃间形成液体膜,所以去除率下降。

3.2.2 主轴转速的影响

由图5b可知,未开槽时,主轴转速对微晶玻璃的去除率影响不大。而开槽后,随着主轴转速的增大,去除率明显增大,这是因为开槽后,绝大部分废液通过所开沟槽运送出去,主轴转速的增大使得冰盘表面离心力变大,这更有利于废液的排除与液体膜的形成。此外,开槽后冰冻固结磨料表面形成的“刃边”对工件有类铣削作用,转速提高后机械抛光效果增强,所以抛光效率提高。

3.2.3 偏心距的影响

由图5c可知,随着偏心距的增大,去除率也逐渐增大,基本呈一个线性增大的过程。这与朱永伟等[11]的研究结果相吻合。其主要原因是偏心距在一定范围内,当偏心距增大时,微晶玻璃相对于冰冻固结磨料抛光垫的线速度增大,并且工件各点的运动轨迹范围也将不断增大。因此,冰冻固结磨料化学机械抛光作用增强。开槽后,偏心距对去除率的影响更大,这是因为开槽后,绝大部分废液通过所开沟槽运送出去,开槽情况下的抛光液更新速率本来就高于未开槽的情况,偏心距的增大,使得离心力变大,这更加速了抛光液的更新速率,使得抛光效率提高。

3.2.4 抛光时间的影响

由图5d可知,随着抛光时间的增加,微晶玻璃的去除率逐渐降低。因为在抛光的初始阶段,由于微晶玻璃的表面形貌较差,微晶玻璃同冰冻固结磨料抛光垫之间的摩擦作用较大,接触区的温度也较高,因此,该过程中化学机械抛光作用强烈;随着抛光时间的增加,微晶玻璃的表面逐渐变得更好,且抛光垫的表面也较为平坦,从而造成了去除速率的降低。

3.3 去除率平均值比较

为了验证开槽情况下去除率是否比未开槽情况有所提升,比较两种情况下的平均去除率。设undefined、undefined分别为开槽时和未开槽时的平均去除率,则

undefined (2)

undefined (3)

式中,xi、yi分别为开槽时和未开槽时第i次的去除率。

由式(2)与式(3)比较可知,开槽后的平均去除率是未开槽时的1.42倍。

3.4 表面形貌比较

根据研究,固结磨料抛光垫开槽主要对工件去除速率有较大改善,但工件表面形貌作为衡量抛光质量的重要指标仍不可忽略。试验中,在对微晶玻璃进行冰冻固结磨料抛光后,利用三维轮廓仪(ADE MicroXAM)观察其表面形貌。开槽情况与未开槽情况下的表面粗糙度Sa对比情况如表3所示。

由表3可知,开槽情况下微晶玻璃的表面粗糙度Sa的平均值为16.40nm,而未开槽情况下为17.48nm,工件表面粗糙度值没有太大改善。这是因为冰冻固结磨料抛光垫开槽后,虽然能使工件表面应力更加均匀,避免应力集中的现象,从而改善整体平坦化程度;但是“刃边”的出现使得工件表面出现划痕,从而影响局部表面形貌,使得粗糙度值改善不明显。开槽情况下出现划痕的表面形貌如图6所示。

4 结论

(1)给冰冻固结磨料开槽可选用模具浇注法和热压法,最优方法为热压法。

(2)开槽情况下的去除率比未开槽时的去除率明显提高,平均提高40%左右;开槽时压力对去除率影响较未开槽时有所不同,呈先增大后减小的趋势。主轴转速对去除率的影响更大,但总体趋势不变。开槽时偏心距与抛光时间对去除率的影响与未开槽时相近。

(3)优化了开槽情况下微晶玻璃的最大材料去除率抛光工艺参数,本试验范围内优化结果为:抛光压力0.05MPa,主轴转速200r/min,偏心距105mm,抛光时间30min。

(4)开槽情况下微晶表面形貌与未开槽时比较略有改善,但划痕的出现使得表面粗糙度减小不明显。

摘要：采用成形模具热压法给微米级α-Al2O3冰冻固结磨料抛光垫开槽。设计四因素三水平正交试验,对开槽冰冻固结磨料抛光垫抛光微晶玻璃的工艺进行了研究,与同样试验条件下未开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光效果进行了对比分析。结果表明:开槽情况下的去除率比未开槽情况下的去除率提高40%左右,微晶玻璃表面形貌略有改善但出现划痕现象,主轴转速对材料去除率影响更为显著。

关键词：开槽,冰冻固结磨料抛光垫,微晶玻璃,去除率,正交试验

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开槽设计 篇7

由于我国大多数高速公路、地方干线公路、市政道路均采用沥青混凝土作为面层,因此开槽灌缝技术在我国交通公路、市政道路的预防性日常养护中正得到越来越广泛的应用。

1 裂缝处理方式技术性比较

1)根据交通部JTJ 073-96公路养护技术规范的规定:“缝宽在6 mm以内的裂缝,宜将缝内灰尘、杂物清除干净后,采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵;缝宽在6 mm以上的应剔除缝内杂物和松动的缝隙边缘,或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净,采用砂砾式或细粒式热拌沥青混合料封堵,也可用乳化沥青混合料填封。”上述方法即传统的裂缝处理方式,一般工艺较简单、操作方便,但由于不开槽而直接灌缝导致缝内杂物及缝边缘已老化松散的材料无法清理干净,裂缝宽度大小不一而导致灌缝材料灌入不均匀,热沥青或乳化沥青等灌缝材料因自身性质而与老面层无法粘结牢固等原因导致封水效果较差,使裂缝在处理后数月原灌缝位置便重新开裂,造成一年中至少灌缝两次,增加养护成本,而且频繁的道路养护作业造成道路通行不便,存在安全隐患。

2)开槽灌缝技术由于采用专用机械开槽、高压吹风机清缝、专用灌缝机灌缝,从而使缝内杂物及缝边缘老化材料能清理干净且缝宽均匀,特别是采用专用灌缝胶使灌缝料与老路面能结合紧密,封水效果好,从而大大延长道路使用寿命,将原来一年至少进行两次灌缝的道路路面养护延长到2年～3年进行一次灌缝养护,保证了道路的良好通行环境。

2 设备选用

新公牌LD-Z1000B沥青路面裂缝养护车,该设备由车体、装有旋转式碳钢切缝刀头的开槽机、吹风机、热气喷枪、灌缝机、养护安全标志等组成,为成套裂缝处理设备,具有高度的机动性和灵活性,能够实现“快速到位、快速修补、快速撤离”的三快要求,对道路的通行影响减少到最小;该设备具有恒温控制系统,使材料加热到设定温度后,能自动控温并进入保温状态,独特的加热管路系统,杜绝出料口灌缝料冷凝问题,即使在低温状态下也能保证施工作业的连续进行;该设备灌缝速度为5 m/min～20 m/min,加热时间为45 min～60 min,加热温度为190 ℃±5 ℃,不得超过205 ℃。

3 灌缝材料选择

为保证对裂缝的成功处理,宜选用足各牌SXL系列热用高分子聚合密封胶作为灌缝料,它能适应不同环境温度的变化,具有极佳的抗水损能力、良好的弹塑性、低温可操作性、较高的延展性、良好的热稳定性、低温柔性、较好的协调变形能力、可反复加热使用等。

有关技术指标见表1。

4 施工工艺流程

封闭交通→开槽→清缝→灌缝→开放交通。

5 处理过程质量控制

5.1 裂缝开槽

根据经验,一般当裂缝宽度超过3 mm时必须进行开槽灌缝处理,开槽需由经过专业培训的操作人员进行,用带有旋转式碳钢切缝刀头的裂缝开槽机对准裂缝中线切割出均匀的正方形或长方形凹槽,宽度和深度的尺寸控制在10 mm～20 mm之间,槽的宽深比一般为1∶1,国外理论分析认为较大的宽深比可提高填缝料与裂缝两侧的粘结力和增强裂缝的修补效果。

5.2 裂缝清理

开槽完成后,用高压吹风机配合钢丝刷对裂缝周边及裂缝凹槽进行清理:1)将吹风机喷气嘴置于距离裂缝大约5 cm的位置初步清理缝内的杂物、石子、灰尘等;2)用钢丝刷清理凹槽表面,以便将缝边缘的老化松散材料清理干净;3)喷气嘴与裂缝的距离稍微远些,以便清除裂缝和周边所有松散颗粒和杂物,从而达到对裂缝的彻底清理。

5.3 灌缝

对裂缝进行清理后,用热气喷枪对裂缝的残渣进行最后清理,对裂缝壁进行烘干加温以清除潮气,确保密封胶与裂缝壁的紧密结合。

当密封胶加热到(195±5) ℃时,灌缝机紧随热气喷枪进行灌缝,以提高密封胶与路面的粘结性,从而达到最佳的灌缝密封效果。灌缝机上带有刮平器的压力喷头将密封胶均匀地灌入槽内,灌注时要自下而上充分填满,避免在下部产生孔洞,特别值得注意的是每条缝应连续灌注,在填缝材料灌注完成后可在表面撒砂子或细骨料。为达到较好的密封效果,理想的密封表面应比裂缝宽一点,并在裂缝表面及两侧形成一定厚度与宽度的T形密封层。

6施工过程中的关键点控制

1)开槽后,必须将槽口清理干净,不能让粉尘及杂物停留在槽内,特别是边缘老化松散材料应用钢丝刷清理干净;2)为了取得较好的密封效果,凹槽的深宽比不得超过2∶1,深宽比越低越好;3)对槽口内灌注密封胶后,应用刮板将缝口刮平,以形成路表封膜,并避免因密封胶流动而产生凹凸不平现象;4)禁止在路面潮湿或温度低于4℃的环境下施工,否则会降低密封胶的粘结力;5)为了保证密封胶与缝壁有较好的粘结力必须用热气喷枪清理缝壁,进行烘干加温;6)灌缝作业完成后开放交通的时间应超过30 min,并应在灌缝胶表面撒砂子或细骨料,以防止开放交通后车轮带走灌缝料。

7结语

开槽灌缝技术是一种比较先进的预防性养护措施,它与传统裂缝处理方式相比,能够很好地实现对沥青路面裂缝的有效处理,延长沥青路面的使用寿命,但由于前期需投入大批设备,成本较高,目前还没有在全国大面积铺开,但随着公路养护现代化、科学化的不断发展,必将有更多的养护单位采用该技术进行沥青路面裂缝处理。

摘要：指出传统裂缝处理方式只能对沥青路面裂缝进行暂时处理,不能治本,而开槽灌缝技术却能实现对裂缝的有效处理,从设备、灌缝材料的选用、裂缝的开槽、清理、灌缝等方面,对开槽灌缝技术的应用情况进行了论述。

关键词：开槽灌缝,裂缝处理,密封胶,公路养护新技术,沥青路面

参考文献

[1]JTJ 073-96,公路养护技术规范[S].

[2]马进福.高速公路沥青路面灌缝技术[J].山西建筑,2004,30(11):90-91.

[3]武建军,解全武.沥青路面开槽灌缝技术研究[J].山西建筑,2003,29(10):54-56.