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。

为了减小硬岩掘进机(TBM)工作过程中产生的随机振动对其液压系统中的液压直管道位移和应力的影响,建立了随机振动环境下液压直管道设计模型,并采用实验验证了模型的正确性。分析了管道结构参数对液压直管道应力响应和位移响应的影响规律,发现液压直管道应力响应和位移响应随管道内径和管道长度的变化趋势是相反的,而随着管道壁厚的增大,管道最大位移响应和最大应力响应均增大。采用基于遗传算法的多目标优化算法对随机振动环境下两端固支液压直管道的结构参数进行优化设计,对比分析了设计前后管道的应力响应和位移响应,结果表明,设计后的管道最大位移均方值降低了约16.21%,最大应力均方值降低了21.04%。研究结果可为随机振动环境中液压管道的抗振设计与选型提供理论依据。

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.