针对硬岩掘进机在掘进过程中切割硬岩地质会产生强冲击振动的工况,分析了液压系统中的先导式溢流阀的数学模型,建立了该阀在强振动环境下的动力学仿真模型.获得不同工作条件下,先导式溢流阀先导阀芯的动力学行为规律.仿真结果表明当系统稳定时,先导阀芯受干扰小,系统会衰减振动至稳定;但当干扰幅值超过临界值时,系统会进入极限环的吸引域,产生周期性振动;通过增加先导阀阀口直径、弹簧刚度和减小先导阀半锥角,可增强溢流阀的抗干扰能力.

利用液压控制理论和SIMULINK控制系统仿真软件以DQ-18型地下运矿卡车(地下汽车)液压动力转向系统为例计算并仿真铰接车辆液压动力转向系统的动态特性仿真结果为设计液压动力转向机构提供理论依据。研究结果表明:负载质量决定液压转向系统的响应速度响应速度与负载质量成反比。为改善液压转向系统的动态特性应减少转向油缸负载质量同时缩短转向系统液压管路的长度以减少液压管路中油液质量;液压系统的有效液体体积弹性模数对液压系统的动态响应速度影响很大严格控制液压系统中空气的含量同时液压管路采用钢管以及缩短液压胶管的长度以改善系统的动态特性。该液压动力转向系统仿真模型针对不同的液压转向系统只需改变个别参数就可对液压转向系统进行仿真和优化设计。

针对硬岩掘进机在掘进过程中产生的随机振动对先导式溢流阀的影响,建立阀在振动下的动力学模型。仿真分析了随机振动参数与阀体结构参数对先导式溢流阀动态特性的影响规律。研究表明,当先导式溢流阀受到横向或纵向随机振动时,随着白噪声方差增大,压力超调量基本不变,稳态下压力波动幅值呈波动性增加。随着白噪声均值增大,压力超调量逐渐增加,但稳态下压力波动幅值基本不变,横向振动对阀动态特性的影响程度要大于纵向振动。通过增大主阀前腔容积,先导阀弹簧刚度与先导阀前腔容积可以改善阀在随机振动下的动态特性。

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。

TBM掘进机在掘进过程中会产生基础振动。当振动频率过快和振幅过大时会导致电磁换向阀阀芯位移超调量过大、阀芯自启和位移波动幅值过大,对稳定性影响较大。采用缓冲装置很难实现稳定性控制,需要对阀的结构参数进一步优化。根据阀芯力平衡方程分析三种情况下的电磁换向阀动态特性,重点研究基础振动和阀结构参数对阀超调量、位移波动幅值的影响规律。在Matlab/simulink上建立振动环境下电磁换向阀仿真模型,仿真验证各振动参数和阀结构参数对阀动态特性的影响规律,然后进行仿真优化,最后对仿真优化结果进行验证。结果表明：基础振动和阀结构参数会改变阀动态特性;优化后的模型能减小电磁换向阀阀芯位移波动幅值和位移超调量,提高阀的稳定性和振动适应性,为基础振动环境下电磁换向阀的选型和抑振提供基础理论参考。

液压胶管在硬岩掘进机（TBM）液压系统中大量使用，管内流体动力学行为影响系统的安全可靠性。为了得到振动环境下管内流体压力沿管长方向的衰减特性，基于复合材料经典层合板理论和流固耦合理论，建立缠绕式胶管轴向振动的流固耦合模型，得到沿胶管管长方向压力损失的数值计算公式，通过仿真与实验研究振动参数、结构参数和流体参数对压力衰减特性的影响，研究结果表明：沿程压力损失的幅值随着基础振动振幅的增加呈线性增长，随振动频率的增加而增加；随胶管管长和管径的增加，沿程损失波动的程度减弱；随流速的增加，沿程压力损失的波动比减小，流体黏度对沿程压力损失波动的影响较小。研究结果可为TBM管系设计和抗振设计提供理论依据。

利用液压控制理论和SIMULINK控制系统仿真软件,以DQ 18型地下运矿卡车(地下汽车)液压动力转向系统为例,计算并仿真铰接车辆液压动力转向系统的动态特性,仿真结果为设计液压动力转向机构提供理论依据。研究结果表明负载质量决定液压转向系统的响应速度,响应速度与负载质量成反比。为改善液压转向系统的动态特性,应减少转向油缸负载质量,同时缩短转向系统液压管路的长度以减少液压管路中油液质量;液压系统的有效液体体积弹性模数对液压系统的动态响应速度影响很大,严格控制液压系统中空气的含量,同时液压管路采用钢管以及缩短液压胶管的长度,以改善系统的动态特性。该液压动力转向系统仿真模型针对不同的液压转向系统,只需改变个别参数,就可对液压转向系统进行仿真和优化设计。

为研究强振动环境对二通插装阀工作性能的影响建立了振动环境下的二通插装阀结构模型及AMESim仿真模型分别分析振动条件及插装阀结构参数对其动态特性的影响规律。研究表明：基础振动会引起插装阀阀口流量及阀芯开度出现波动现象;阀芯在稳态时的波动程度随基础振动幅值线性增加振动频率大于20Hz后波动程度明显。较小的阻尼孔径会使流量上升至最大值的时间增加但通过阀口的流量更平稳;插装阀在开启状态时阀芯波动值与阀芯质量呈正相关关系;改变插装阀的面积对改善流量波动现象效果有限;增加弹簧刚度可以改善流量波动现象但会使通过阀口的流量减小。