为了研究盾构机安全预警技术及研制盾尾密封系统的泄漏监测系统,针对盾尾密封油脂腔的实际结构与工况,建立全尺度三维仿真模型并进行模型简化与验证,基于计算流体力学方法,分析正常状态下盾尾密封油脂腔的压力分布规律。在压力分布规律的特点下,设计结构参数、材料特性参数和边界条件为可变参量,采用拉丁超立方抽样方法构建响应面模型分析变量对压力分布的影响。结果得到油脂腔的轴向和周向的压力分布规律,以及不同参数影响下的压力变化特性。油脂腔压力分布特性研究可为之后基于压力监测的泄漏监测系统的研制、传感器的布设以及局部全尺寸实验台的研制提供理论依据。

为了获得确保盾尾密封装置安全运行的压力控制方案,通过密封结构原理按照实际工程比例建立了一个有限元仿真分析模型,并将通过实验获得的材料参数带入到分析软件中进行流固耦合仿真,针对仿真分析结果提出了盾构机盾尾密封结构安全合理的压差控制范围。该系统的压差控制方案可以为盾尾密封油膜承载特性分析等系统安全性研究提供重要的数值基础。

为了研究盾尾密封系统中盾尾密封刷的磨损现象,分析磨损对其密封性能的影响,并根据影响规律提出盾尾刷磨损判据。基于多孔介质理论,构建CFD模型,研究不同磨损情况下的盾尾刷对油脂腔压力、油脂泄漏量的影响,提出盾尾密封刷磨损判据。结果表明,同样的注脂压力下随着掘进距离的增加,当油脂腔内压力逐渐降低时,磨损正在发生。若油脂腔内压力下降为初始值的75%或油脂泄漏率持续升高达到初始泄漏率的3倍以上时,盾尾刷已经磨损而失去密封能力,需要及时更换。

针对提升装置同步误差影响盾构管片拼装工作效率与质量的问题，提出双比例阀提升液压缸同步控制方法．建立双比例阀同步提升系统的数学模型，对双比例阀PID控制与模糊PID控制的同步控制性能进行仿真对比分析．在盾构电液控制系统综合实验台上进行单比例阀同步提升实验、双比例阀普通PID同步提升实验与双比例阀模糊PID同步提升实验，结果表明，单比例阀普通PID同步误差在一0．002～＋0．020m，双比例阀普通PID同步误差在一0．010～0．006m，双比例阀模糊PID同步误差在一0．004～0．005m，双比例阀模糊PID的控制可显著提高盾构管片拼装机提升液压缸同步控制精度．

为研究盾构掘进时各物理参数之间的相互影响，进而确定相适应的工作参数，设计开发了全断面盾构掘进机综合模拟试验台．其中，用于模拟真实盾构掘进的缩尺盾构主要由刀盘系统、推进系统、螺旋输送机系统等组成．根据实验的需要，设计了缩尺盾构的机械结构，详细说明了结构设计的思想以及缩尺盾构的工作过程．设计了缩尺盾构的液压系统，详细说明了液压系统的工作原理、功能特点和选型计算．利用AMESim软件对刀盘液压系统和推进液压系统进行仿真分析．仿真结果显示，刀盘转速和缩尺盾构的推进速度都可以实时控制，所设计的液压系统能够满足实验需要．

为研究闭式液压系统内主要工作参数对液压油温度的影响,确定系统在不同工作条件下所需的最佳补油量,根据系统内部主要元件的产热和散热关系,建立系统热平衡数学模型,并构建系统数值模拟模型;通过对比热平衡数学模型计算结果与数值模拟结果,验证数学模型的有效性,分析环境因素和工作参数对系统内稳态油温的影响,在此基础上确定针对特定系统的补油量的计算公式和闭式系统内部油温的预测方法。研究结果表明:所建立的系统热平衡模型是有效的,所推导的补油量计算公式可精确计算出闭式液压系统所需的补油流量,避免采用传统经验法估算不准引起的能量损失或散热不足现象。