全断面硬岩掘进机(Tunneling Boring Machine,简称TBM)在掘进过程中不可避免产生强冲击振动,振动会对插装阀组工作特性产生影响。为研究振动环境下插装阀组的工作性能,建立振动下插装阀组数学模型及AMESim平台仿真模型,研究分析二级先导插装阀组与三级先导插装阀组在基础振动下的抗振特性。结果表明:在基础振动下,插装阀组出口流量、出口压力以及阀芯开度会出现波动;插装阀组主阀芯波动比值均随着振幅与频率的增大而增大;在基础振动幅值小于5mm或基础振动频率小于40Hz时,二级插装阀组与三级插装阀组均受振动影响较小;当基础振动频率大于50Hz时,基础振动幅值大于8mm时,三级插装阀组有更优抗振特性,主阀芯波动比值保持在2%以下;二级插装阀组主阀芯波动比值增加明显,受振动影响较大。

针对TBM破岩过程产生基础振动对液压胶管内流体动态特性影响,根据层合板理论建立缠绕式液压胶管振动梁模型,并结合轴向流固耦合模型建立胶管轴向振动动力学模型。运用特征线法求解该数学模型,研究基础振动参数和胶管结构参数对流体响应特性影响,发现胶管出口压力波动幅值随基础振动振幅呈线性增加的趋势,随振动频率增加,在40Hz左右达到最大,此时振动频率接近系统固有频率;胶管出口压力峰值随液压胶管长度增加而减小,胶管内径在8mm到30mm变化时,其先增大后减小,随泊松比增大而增大。研究结果表明振动沿胶管轴向分量加强了流体与胶管互动效应,可为TBM液压管系设计和抗振提供理论依据。