文章分析了在辅助油缸推力作用下管片纵向的受力特点,根据受力特点提出相应的三维有限元数值模拟方法,并对均匀施加油缸推力和偏心施加油缸推力进行了分析对比。结果表明,辅助油缸的推力对施工阶段管片的位移、应力有明显的影响,辅助油缸的推力作用是管片在TBM施工状态下最不利的工况,特别是推力所作用的那一环管片,因为该环没有受到来自围岩和豆砾石回填层的紧箍作用,将产生不均匀的压缩变形和环向的张开变形,偏心的辅助油缸推力加剧了对管片的不利影响,不均匀轴向压缩变形和环向张开变形增大,拉应力分布区域增大,螺栓孔部位应力更加集中。

清渣机械臂采用阀控液压缸系统,具有建模不确定性与强非线性特征。为提高清渣机械臂运动的准确性,提出一种轨迹追踪运动控制方法。基于清渣机械臂缩尺试验台模型,根据改进D-H法建立清渣机械臂运动学模型,基于拉格朗日法建立清渣机械臂非线性耦合动力学模型。针对动力学模型的建模不确定性,使用径向基函数神经网络逼近模型中的未知项,神经网络中的权值使用自适应方法进行在线调节。建立清渣机械臂仿真模型进行验证,结果表明,该方法可以确保清渣机械臂轨迹追踪过程具有较小的误差。

针对隧道掘进机(TBM)在施工现场因空间限制无法满足调试所需较大空地的问题,设计一种用于TBM洞内快速拆装变位的举撑液压系统。该液压系统由4组顶升单元构成,通过4组顶升单元同步运动实现TBM的起吊和举撑;液压顶升单元由4根四级液压缸、液压控制系统、激光位移传感器和机架构成。基于AMESim建立四级液压缸、变量泵和比例节流阀以及整个顶升单元的液压仿真模型,通过仿真分析负载下液压缸运动的速度、位移和压力曲线。结果表明改变比例节流阀的输入信号可以实现四级液压缸速度的变化;泵出口压力可由比例溢流阀调整;在2.5×105 N的额定负载下,四级缸的换级工作腔压力逐级上升;随着换级,活塞杆伸出速度逐渐上升。与理论计算对比显示,建立的TBM洞内快速拆装液压系统顶升单元的AMESim仿真结果和理论值基本吻合。

城市建设隧道工程施工过程中,隧道掘进机是隧道工程掘进过程中必不可少的施工设备,隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备,是当前世界范围内最先进的隧道施工设备。隧道掘进机系列油缸中的推进油缸缸径大、行程长、工作压力高、各项性能比较好,是非常关键产品,由于隧道施工作业环境比较恶劣,为了确保油缸作业的安全性、可靠性,必须做好推进油缸的设计工作。文章分析了隧道掘进机系列油缸的技术特点,以及油缸结构的特点,希望对隧道掘进机系列油缸中的推进油缸的设计有一定的借鉴和参考。

为从不同工况、动态、静态等状态下分析主驱动密封润滑系统对主驱动轴承的保护效果,提出一些可以供掘进机主驱动设计、使用参考的建议。首先,制作透明的主驱动密封油脂扩散装置,通过油脂计量阀进行油脂注入,分别设置不同的迷宫长度、迷宫间隙和润滑量,进行油脂扩散弧长的计量,从而验证油脂的扩散与主驱动迷宫设计对主驱动保护的异同。然后,以某主驱动润滑系统模拟试验台为基础,采用不同的密封润滑剂形式、润滑剂量和刀盘转速相结合,从不同角度对主驱动密封的温度上升原因进行分析,并提出合适的密封工作温度建议。最后,针对部分TBM机型密封失效原因进行分析,并提出可以根据不同机型进行主驱动密封润滑系统设计的思路,以保证主驱动密封系统的良好性能。

为解决隧道掘进机主驱动高压密封技术难题,指导高压工况下密封系统参数设计,通过搭建Φ5 m级主驱动密封试验台,采用静态试验与动态试验相结合的方法,验证密封试验台的可行性,并深入研究转速、承压状态与冷却水流量对唇形密封与聚氨酯密封2种高压密封系统运行温度的影响。结果表明:1)静态试验下,高压密封系统逐级加压至2 MPa可保持稳定,验证了2种密封系统的高承压能力;2)唇形密封与聚氨酯密封的动态试验显示,高转速会降低承压密封的稳定性,在高压下影响显著增强;3)转速对密封系统温度有较大影响,与密封系统温升呈正相关,并且承压越高,密封系统温升越大;4)2种密封系统在转速1.5 r/min附近可均衡系统稳定性与发热量要求,聚氨酯密封结构的冷却水流量控制在50 L/min较优。

通过对某工程应用的隧道掘进机主驱动密封系统洞内修复过程进行总结,形成了一套安全、高效、简便的隧道掘进机主驱动密封系统洞内修复技术。该技术的运用极大节省了检修时间,保障了主驱动密封系统的修复质量,有效规避了由于密封系统失效导致的长时间停机现象,对提高隧道掘进机施工效率具有重要意义。

针对在工业性试验中出现放缆不畅、卷缆装置底板损坏的问题,分析了故障原因,基于螺纹插装阀和电磁换向阀技术,设计了一种悬臂掘进机自动收放缆的卷缆系统,并进行了卷缆系统参数计算及优化。实际生产应用结果表明:摆线马达启动扭矩压差1MPa、减速机减速比改为20、取消背压溢流阀,卷缆系统可以安全可靠的进行收放缆工作;增加卷缆装置安装底板数量及螺栓防松,完全实现可靠的无人化自动卷缆。为研发隧道悬臂掘进机卷缆系统提供一定的理论依据及实践支持。

隧道掘进机以其安全、快速、经济、环保的优势广泛应用于地下隧道的掘进,其中液压推进系统在掘进机上占有重要的地位,它控制着掘进机整体向前掘进。在恶劣的工况下,推进油缸会受到非周期性的振动,以螺纹为连接方式的导向套在受到振动之后容易发生松动,从而导致推进油缸不能正常工作。针对这类情况,设计出一种新型导向套防松结构,并基于有限元软件ANSYS Workbench进行仿真分析,验证了设计的合理性,提高了掘进机的安全性和可靠性。

在秦岭道隧道工程中引进的全断面隧道掘进机上，锚杆孔用钻机是Ｔｏｍｒｏｃｋ公司生产的孔用钻机，其液压系统设计有独特之处，文中介绍了这种钻机的系统及工作情况。