针对硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)破岩掘进过程中产生的振动对比例调速阀性能的影响,建立基础振动下比例调速阀的选型准则。选择比例调速阀为研究对象,分析其工作原理,建立比例调速阀仿真模型,并对其进行试验验证,仿真分析基础振动参数对其流量波动特性的影响规律。以10%的流量偏差值为评定标准,结合实例分析确定TBM比例调速阀的稳定工作区域并建立其选型流程。结果表明基础振动会引起比例调速阀流量波动而导致其性能失效,新的选型流程满足TBM比例调速阀的工程实际要求。

根据管道减振原理,设计一种新型管道液压抗振支承。该液压管道支承通过弹簧、弹簧片对振动能量进行吸收,并具有结构简单、安装方便的优点。建立振动环境下液压管道振动的数学模型,通过仿真分析安装抗振支承前后管道应力的波动响应,并进行实验验证。结果表明该抗振支承能有效减小管道应力和流体波动,减振后管道应力最大值和流体压力平均波动幅值分别减小了14.80%、40.49%,有关结论能为在基础振动环境下的管道抗振提供一定的依据和参考。

针对在强振动环境下工作的液压管道,建立振动液压管道梁模型,并结合管道流固耦合横向振动模型建立管道的主动减振模型。运用特征线和差分计算方法求解该数学模型,并且研究主动振动相位差、频率、作用位置和幅值对管道振动的影响规律,得到各减振参数对管道最大幅值和最大应力的影响曲线。发现当振动相位差为π时能使管道的最大幅值和最大应力分别降低44.55%和39.69%,并且适当调整其他三个参数有更佳的减振效果。研究结果表明,使用主动减振方法能够有效减小管道的振动,为管道主动减振提供一定的理论参考。

针对硬岩掘进机(TBM)工作过程中产生的强振动影响液压空间管道工作性能的问题,基于双向流固耦合理论和有限元方法建立基础振动下空间管道仿真模型,分析基础振动参数和管道结构参数对管道应力特性的影响。根据应力与功率的关系,建立空间管道流体功率流数学模型,研究基础振动参数和管道结构参数对管道流体功率流影响规律。利用综合评分法与正交实验分析空间管道结构参数影响的主次顺序,优化管道结构参数使得管道最大主应力降低56.27%,提出基础振动下空间管道的设计流程。研究结果表明:影响管道最大应力和流体功率流的管道结构参数主次顺序依次为曲率半径、壁厚及内径,其中曲率半径75 mm、壁厚25 mm、内径5 mm为最佳结构参数组合,本文所提分析方法能为基础振动下空间管道设计与选型提供参考。

针对基础振动对电磁换向阀压力-流量特性的影响,采用控制阀口压差模拟压力损失的方法,同时考虑基础振动引起的阀芯瞬态液动力和电磁力的变化,建立了基础振动下的电磁换向阀的数学模型和仿真模型,实验验证了模型的准确性,分析了基础振动参数和结构参数对阀的压力-流量特性和流量波动的影响。研究表明：小流量、低压降电磁换向阀对基础振动的顺应性较好;基础振动下存在压力-流量特性降低区域和流量波动失效区域,压差为0.7 MPa时的压力-流量特性降低区域是0.4MPa时的45倍;弹簧刚度小于5kN/m时,减小阀芯质量、增大阻尼系数有利于降低流量波动幅值。该研究对基础振动下电磁换向阀的选型和设计提供了一定的理论参考。

针对全断面硬岩掘进机（TBM）掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现：基础振动下液压阀块流道的压降随时间做周期性波动,压降的波动幅值和平均值随着振动强度的增大而增大;在阀块内布置流道时,U型流道应避免!方向的振动,Z型流道应避免＂方向的振动,V型流道应避免#X向的振动.研究结果能为基础振动下液压阀块结构的设计提供理论依据.

针对硬岩掘进机（TBM）破岩掘进过程中基础振动对非对称推进液压缸动态性能的影响,建立了非对称液压缸在基础振动下的动态响应数学模型,利用AMEsim仿真分析了不同基础振动参数下液压缸动态特性的变化规律。结果表明：基础振动降低液压缸动态稳定性,当基础振动幅值和频率组合为（3 mm,50 Hz）、（5 mm,40 Hz）、（8 mm,30 Hz）时,液压缸压力波动值约为无基础振动时无杆腔压力稳定值20 MPa的10%,达到液压缸正常工作允许的压力波动临界幅值;活塞位移波动趋势与压力波动趋势一致,波动幅值与振幅或振频成正相关,为降低基础振动对液压缸动态特性影响提供依据。

针对硬岩掘进机(TBM)强振动环境下的液压弯管传递效率降低和损坏的问题,提出了以振动功率流的方法来研究管道的振动特性.首先,根据应力与功率的关系,建立了弯管振动功率流计算模型.然后,通过仿真分析探究了不同基础振动参数和弯管结构参数对弯管的应力影响规律,并给出了弯管的总功率和振动功率流的计算方法.最后,采用正交试验分析了弯管结构参数的影响主次顺序,优化了管道的结构参数并使管道振动功率流降低了30.52%,同时提出了基础振动下弯管的设计流程.结果表明,本文所提出的分析方法能为基础振动下弯管的设计和选型提供理论依据.

针对基础振动对TBM液压元件性能的影响,为TBM液压元件优化设计提供理论依据,选择直动式减压阀为研究对象,分析其工作原理,建立减压阀的动态响应数学模型,仿真研究基础振动幅值和频率对减压阀波动特性的影响规律,分析减压阀不同结构参数对压力波动的影响.结果表明：基础振动会引起减压阀出口压力波动,波动幅值随振动幅值增加而增大;当基础振动频率大于50Hz时,压力波动幅值随频率的增加明显增大;减小背压腔初始容积和回流通道直径能提高减压阀的动态稳定性.

针对硬岩掘进机（Tunnel boring machineTBM）破岩掘进过程中强振动对推进液压缸动态特性的影响，建立了推进液压缸轴向基础振动下的动态响应数学模型，并试验验证了模型的正确性。仿真研究了不同基础振动参数下液压缸失效区域，液压缸无杆腔压力波动幅值与轴向基础振动幅值成线性正相关，且在固有频率处最大，超过固有频率继续增大至90 Hz时压力波动幅值可视为定值。应用响应曲面法对液压缸结构参数进行了优化，优化后的液压缸正常工作能承受的基础振动幅值-频率范围较优化前拓宽了45%。利用响应曲面法对液压缸进行结构参数优化可为TBM推进液压缸设计和选型提供理论依据。