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。

针对TBM掘进过程中存在的强振动对其上液压系统及元件工作性能的影响,以直动式溢流阀为研究对象,建立阀的Simulink仿真模型,分析基础振动及结构参数对溢流阀动态特性的影响规律。研究结果表明直动式溢流阀的调定压力波动幅值随基础振动的振幅增大而线性增大,当频率等于80 Hz时,波动幅值达到最大,当频率超过80 Hz时,压力波动幅值随频率的增大而微弱减小;设计合理的受控腔容积能改善阀的动态特性;减小阀芯质量能显著减小因基础振动引起的压力波动,提高阀的稳定性。

针对硬岩掘进机(TBM)在掘进过程中产生的振动影响液压元件内泄漏的问题,分析基础振动及结构参数对溢流阀阀口泄漏量的影响规律.以安装在TBM基础上的直动式溢流阀为研究对象,建立基础振动下溢流阀的阀口泄漏量数学模型.通过计算基础振动引起的溢流阀阀口泄漏量,确定溢流阀发生阀口泄漏时的临界入口压力.结果表明阀口泄漏量随着基础振动振幅及频率的增大而近似线性增大;当弹簧刚度小于1.3×105 N/m时,阀口泄漏量随着弹簧刚度的增大而增大;当弹簧刚度为1.3×105 N/m时,阀口泄漏量达到最大值;减小弹簧刚度和阀芯质量可以显著减少因基础振动引起的阀口泄漏故障,从而提高溢流阀的工作稳定性.

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。