针对工程机械工作过程中产生的强振动引起电磁换向阀阀芯瞬态液动力和电磁力变化,进而影响电磁换向阀压力-流量特性和换向时间的问题,建立基础振动下电磁换向阀的动力学仿真模型,并通过实验验证模型的正确性。运用多目标遗传算法对振动环境下电磁换向阀的主要结构参数进行优化设计。研究结果表明阀的最佳设计参数是阀芯质量为0.005kg,阻尼系数为22.03N s/m,弹簧刚度为2384.8N m;优化后,基础振动下电磁换向阀流量波动失效区域降低80%,流量降低区域全部消失,换向时间延长区域降低62%。该研究可为基础振动下电磁换向阀的选型和设计提供依据。

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。

根据管道减振原理,设计一种新型管道液压抗振支承。该液压管道支承通过弹簧、弹簧片对振动能量进行吸收,并具有结构简单、安装方便的优点。建立振动环境下液压管道振动的数学模型,通过仿真分析安装抗振支承前后管道应力的波动响应,并进行实验验证。结果表明该抗振支承能有效减小管道应力和流体波动,减振后管道应力最大值和流体压力平均波动幅值分别减小了14.80%、40.49%,有关结论能为在基础振动环境下的管道抗振提供一定的依据和参考。

在硬岩掘进机(TBM)掘进过程中,液压胶管长期处于振动环境会引起胶管的疲劳破坏,因此液压胶管的选型对TBM设计及施工具有重要意义。运用经典层合板理论建立缠绕式和编织式两种液压胶管在振动载荷和油压载荷下的数学模型。仿真试验研究得到了油压及振动参数对胶管疲劳寿命的影响,结果表明(1)在无基础振动环境下,缠绕式胶管疲劳寿命优于编织式胶管;在有基础振动条件下,编织液压胶管疲劳寿命优于缠绕液压胶管;(2)当胶管发生疲劳破坏后,胶管疲劳寿命与振幅呈近似线性关系,振动频率越靠近胶管共振频率,胶管寿命越低;可知在同等基础振动条件下,编织式液压胶管的疲劳寿命均高于缠绕式液压胶管的疲劳寿命。

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。