主梁式TBM推进系统基于AMESim的仿真分析

主梁式TBM推进系统的主要作用是在掘进时为主机向前移动提供推进力以及换步时使撑靴鞍架快速向前移动,它是TBM施工过程中所必须的关键部件之一。针对敞开式TBM推进系统在实际施工中的不同工况,利用AMESim软件所提供的液压、平面机构和其它子模型库,建立了推进系统的整体运动模型,并在此基础上进行了仿真与分析。     

TBM撑靴两端先接触围岩仿真分析

TBM撑靴表面接触压力分布不均,不能提供更大的支撑力,采用有限元方法研究撑靴和围岩接触表面的法向应力的分布规律,以及法向应力与施加载荷的关系。结果表明:在撑靴两端先接触围岩的模型中,撑靴和围岩接触区域两端的法向应力较大,中间区域的法向应力较小;接触表面的法向应力随施加在撑靴上的法向载荷的增加而非线性增加。这为后续优化撑靴结构、提高法向应力的分布均匀性提供了参考。     

变约束条件下硬岩掘进机推进系统动态特性

硬岩掘进机在复合地质条件掘进时刀盘的波动载荷引起撑靴支撑刚度的变化,它们的耦合严重影响硬岩掘进机动态特性。应用Lagrange法建立硬岩掘进机推进机械系统动力学模型,研究岩石变形和不同撑靴支撑刚度下TBM进行直线和曲线推进时动态特性响应。结果表明,直线掘进时,岩石的变形和失效导致TBM掘进速度发生变化,掘进方向的位移变小,曲线掘进时撑靴与岩石的接触刚度变化对运动特性影响更为明显。     

新型TBM撑靴与围岩接触数值模拟分析

建立了中间与两侧支承载荷共同作用下的新型撑靴与围岩有限元接触模型,对新型TBM撑靴与围岩接触进行了数值模拟分析,运用MATLAB得到了撑靴与围岩接触表面综合应力与综合位移分布特性。结果表明:在极限载荷条件下,变形主要集中分布于θ=0°~20°(θ为接触面沿周向角度)范围内,最大值出现在中间支撑液压缸球面副对应的凹槽两侧接触区域,以此为中心向四周扩散减小,撑靴末端区域综合应力值约为1 MPa,综合位移约为0.1mm。     

基于断裂力学的TBM撑靴液压缸O形圈断裂分析

为研究全断面岩石隧道掘进机（TBM）的撑靴液压缸中O形圈的断裂原因,采用断裂力学分析了不同泊松比和初始裂纹情况下,O形圈可承受的最大应力,并采用ANSYS仿真分析了在某型号TBM实际工作情况下的O形圈的受力情况。结果表明,在TBM工作过程中,由于工作条件的复杂,O形圈的局部应力会超出裂纹迅速扩展时能够承受的最大应力,进而使O形圈断裂。根据理论分析和仿真结果得出,为了避免O形圈断裂,TBM撑靴液压缸的O形圈应严格控制微裂纹并选择较大泊松比。     

基于现场测试的硬岩掘进机振动特性

硬岩掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)在滚刀破岩力的强冲击激励下振动剧烈。从激励、结构和边界条件等方面分析TBM的振动机理,指出TBM动力学理论建模的难点,提出基于现场振动测试研究TBM振动特性和指导理论建模。根据施工环境,确定TBM现场振动测试方案,包括测试系统组成、测点布置和数据采集,应用于实际工程中TBM掘进振动加速度测试,基于现场测试数据分析TBM的振动特性。结果表明,主轴承附近电机测点的振动加速度有效值达20~30m/s~2,主梁、撑靴测点的振动加速度达到3~6m/s~2,刀盘驱动系统的振动频率较高,支撑-推进系统的振动频率较低,TBM子结构表现为多模态耦合振动。现场测试揭示了振动机理,为TBM动力学建模分析和减振设计提供了技术依据。     

TBM撑靴系统双球面零件的静力学分析

介绍了隧道硬岩掘进机TBM的结构组成以及基本工作原理,对TBM撑靴系统双球面零件进行受力分析及外形设计后,我们运用ANSYS Workbench有限元分析软件对它进行了结构静力学分析,得出双球面零件的变形、应力、安全系数图解,据此对双球面零件进行了结构方面的分析。然后对比双球面零件上的油槽处于不同位置时的仿真结果,得出比较合理的双球面零件的结构。目的是通过这方面的研究,为国内TBM的设计提供参考,同时为后续进行性能方面的改善提供理论依据。     

不良地质下的敞开式TBM设备设计改造与应用

新疆某工程敞开式TBM在掘进过程中突遇不良地质,由于大量破碎围岩进入刀盘引起“卡机”,且撑靴处出现塌方,无法提供推进反力。为有效解决此类问题,增加钢管片支护设计,对敞开式TBM原有刀盘驱动、护盾、辅助推进、钢管片拼装器、超前钻注一体机等方面设计改造,大大加快了TBM设备应对不良地质段的掘进速度。敞开式+单护盾双模TBM相互转换模式,可轻松应对各类围岩掘进施工。     

复杂地质条件下TBM撑靴液压缸导向铜套微动损伤分析

为分析硬岩掘进机的撑靴液压缸在强振动工作环境下内衬铜套断裂的损伤机理,建立考虑撑靴与围岩接触刚度、缸筒和活塞杆接触面处等效刚度和液压油等效刚度的撑靴液压缸系统的集中参数动力学模型。研究不同支撑刚度条件下,撑靴液压缸导向套和内衬铜套接触面的法向力、切向力、法向压缩量和切向滑移量的变化规律。基于Hertz理论,分析掘进机在不确定地质条件下掘进时导向套与内衬铜套界面之间的接触载荷分布规律。根据连续介质损伤力学建立了内衬铜套结构含损伤材料本构模型,以液压缸动力学模型得到不同接触刚度下的内衬铜套接触面处的微动载荷为初始条件,分析了撑靴液压缸的内衬铜套的损伤演化规律。结果表明随着支撑刚度的增大,切向力和切向滑移减小,损伤的萌生和演化速率降低。适当提高围岩和撑靴之间的接触刚度,降低撑靴液压缸导向铜套的损伤概率。     

双护盾TBM主推进液压系统动态特性研究

以深圳市轨道交通10号线首次在孖岭站至雅宝站施工使用的双护盾TBM为研究对象。分析了双护盾TBM主推进液压系统的模型原理,推算出主推进液压控制系统的传递函数,并对该系统关键阀组和缸体进行了AMESim仿真建模,研究了主推进液压系统速度、压力、流量的动态特性关系,加强了双护盾TBM这种大型装备的主推进液压系统的动态特性理解,通过该研究可以为双护盾TBM液压系统优化改进提供参考。     

硬岩掘进装备支撑系统界面接触刚度非线性特性

隧道岩石表面形貌和岩石力学特性对撑靴接触界面刚度特性关系密切。根据隧道岩石形貌特点,采用分形数学模型分析不同分形参数与表面粗糙度之间的关系,通过投影方法建立三维隧道岩石粗糙表面数值分析模型。考虑岩石隧道表面粗糙度,岩石力学特性、撑靴数量以及复合岩层等工况,分析不同参数下撑靴载荷与法向接触刚度之间的关系。结果表明：掘进装备的支撑系统界面法向接触刚度随着法向力、分形维数、弹性模量的增大而增大,随着特征尺度系数的增大而减小;撑靴数量的增加会带来界面法向刚度增加。在相同载荷下,双撑靴的接触刚度接近单撑靴接触刚度的两倍;岩石成分比例相同时,其法向刚度最小;当岩石成分比例不同时,较小弹性模量岩石成分越高,其法向刚度越大;岩石成分比例不同的情况下,其法向刚度相差不大。     

TBM液压推进系统设计及同步控制特性研究

以深圳轨道交通8号线梧桐山隧道双护盾TBM为研究对象,对双护盾TBM的主推进液压系统进行系统设计,并分析了双护盾TBM的液压推进系统的工作原理,依托双护盾TBM同步控制试验平台对双护盾TBM推进油缸的同步控制特性进行研究,研究表明该文设计的这种双护盾TBM推进系统抗干扰能力强,响应迅速,稳态性能好,该文的研究可以为深圳地铁类似工程双护盾TBM设计提供有益的参考。     

高压轴向柱塞泵滑靴副性能测试液压

为了测量35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能参数,需研制一套滑靴副性能测试液压系统。针对35 MPa的高压工作环境,设计出了一种高压轴向变量柱塞泵滑靴副性能测试液压系统,并建立了其AMESim仿真模型。通过仿真分析,得知该液压系统的卸压能满足工作要求,其卸荷性能良好,而且无论是卸压还是卸荷过程,液压冲击均得到有效的抑制,因而,该液压系统能够满足泵在35 MPa高压工况下平稳运行的要求,从而为提高35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能提供了前提保障。     

TBM刀盘电动-液压同步驱动系统研究

基于TBM刀盘驱动系统的工作原理,分析了不同刀盘驱动方式的优缺点,提出了采用电动-液压同步驱动方式,实现大扭矩的刀盘驱动。工程应用表明,这种方法实现了TBM刀盘电动和液压的同步驱动,为TBM刀盘驱动系统的改进提供参考。     

高压轴向柱塞泵滑靴副性能测试液压系统的研究

为了测量35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能参数,需研制一套滑靴副性能测试液压系统。针对35 MPa的高压工作环境,设计出了一种高压轴向变量柱塞泵滑靴副性能测试液压系统,并建立了其AMESim仿真模型。通过仿真分析,得知该液压系统的卸压能满足工作要求,其卸荷性能良好,而且无论是卸压还是卸荷过程,液压冲击均得到有效的抑制,因而,该液压系统能够满足泵在35 MPa高压工况下平稳运行的要求,从而为提高35 MPa高压轴向变量柱塞泵滑靴副的油膜性能提供了前提保障。     

液压风洞尾撑系统的设计

在简要分析机械传动式风洞尾撑系统的原理的基础上，介绍了液压风洞尾撑系统的原理及其设计。这对发展我国的液压风洞尾撑具有参考价值     

基于AMEsim的液压支架立柱自动增压阀的仿真研究

针对工作面液压支架初撑力不足的问题,深入研究液压支架自动增压系统的原理,设计了一种能够自动工作的增压阀,建立了初撑系统的AMESim仿真模型,给出了自动增压阀的增压效率与增压比及增压行程的内在联系,为实现增压阀的优化设计提供必要的理论数据与支持,仿真结果表明该自动增压阀兼有低压大流量升柱和高压小流量自动增压功能,能有效地提高液压支架初撑力,解决工作面液压支架初撑力的不足,为煤矿安全高效生产带来一定的便利条件.     

高速电梯水平振动主动控制研究

针对高速电梯的水平振动问题,开发了一种电梯液压主动导靴。在介绍其工作原理的基础上,给出了液压主动导靴以及电梯轿厢的数学模型,并设计了模糊控制器。仿真研究表明,所设计的电梯液压主动导靴与被动导靴相比,有较好的性能,能够有效地降低电梯的水平振动。     

一种高精度柱塞组件尺寸控制的研究

飞机液压系统作为飞机的重要组成系统之一,承担着整个飞机飞控系统、起落架系统以及反推系统等各系统液体驱动力的重要职责。根据生产实际需求,提出了一种在斜盘式轴向柱塞泵中,滑靴球窝研磨方案、柱塞组件的滑靴中,球窝和柱塞球头的轴向活动间隙的检测方案。而液压柱塞泵又是飞机液压系统的核心动力来源,其性能变化时刻关系着飞机液压系统乃至整个飞机的安全与健康状态。针对一种高精度滑靴球窝加工精度难保证和柱塞组件中滑靴球窝及柱塞球头的轴向活动间隙难以检测等瓶颈问题。通过研究分析提出了一种具有创新性、互换性和通用性的方案,即设计一种专用的圆柱形研磨工具和一种采用V型块定位的带表检测量具,经过生产现场验证,成功解决上述瓶颈问题,证明了此方案的可行性,同时提高了柱塞组件的制造和检测效率。     

液压支架初撑力自动调节控制系统的研究

针对目前多数液压支架在支护过程中的初撑力调节均采用人工调节方式,其存在调整周期长、初撑力调节精确性差等问题,提出了一种新的液压支架初撑力自动调节控制系统。该系统的应用能够实现对各个液压支架工作状态和初撑力参数的实时监测和调整,满足在支护过程中初撑力的自动调整,极大提升了支护稳定性和支护效率。