面向高效推进的硬岩隧道掘进机前支撑刚度优化设计

隧道开挖主要由硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的刀盘系统破岩过程和推进系统的推进过程实现,但破碎硬岩时刀盘的振动可导致推进效率的下降,也可造成关键部件的破坏。以TBM的抑振减损、高效推进为目标,开展了对其刀盘振动影响较大的前支撑刚度等参数的优化设计。首先,建立了TBM刀盘系统与推进系统的集中参数模型,分析了主要部件在破岩激励下的响应;其次,分别以刀盘的振动烈度和机器的推进能效比为目标函数,对前支撑刚度和推进刚度开展多目标优化,得到了优化问题的Pareto前沿;最后,通过对Pareto前沿进行拟合和采样,获取对应不同工况的前支撑刚度的取值空间。研究成果对工程实际中TBM的减振增效、优化设计具有指导意义。     

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。     

基于EEMD和ICA方法的驾驶室内噪声源时频分析

为有效控制工程机械驾驶室内噪声,利用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)后的本征模函数作为稳定独立成分分析(independent component analysis, ICA)算法中的多个虚拟通道,提出了基于EEMD和ICA相结合的驾驶室内噪声盲源分离方法。通过分析仿真信号验证了EEMD-ICA方法研究复杂非平稳信号可行。结合相干分析、时频分析方法研究推土机驾驶室内噪声特性。结果表明,柴油机的1／2阶、1阶转动频率是驾驶室内相关零部件的振动辐射噪声的主要激励来源,柴油机的燃烧噪声也是室内噪声的来源。通过相干分析与时频分析相结合的技术可较准确实现噪声源定位,结合测试对象的相关常识可实现对噪声类型判别、噪声传入途径等复杂的问题进行研究,为进一步实现驾驶室内噪声治理、故障诊断,提供经济实用的分析手段。     

OTPA方法在压路机驾驶室振动分析上的应用

应用奇异值分解技术改进的工况传递路径方法,对某型号双钢轮压路机驾驶室的振动情况进行分析。采集压路机工况试验下的振动数据,建立从包含发动机、钢轮到驾驶室的4条振动传递路径模型。根据模型计算合成的输出信号与实测输出信号能够良好的吻合,验证模型的正确性。对合成信号进行频域分析,找到驾驶室振动的主要峰值频率。针对主要峰值频率,计算各振动路径贡献度,并相应地提出了具体的减振方案。为解决同类工程机械结构振动问题提供了工程指导。     

基于上车架模态分析的挖掘机驾驶室声振舒适性改进

针对某型号履带式液压挖掘机驾驶室怠速时声振舒适性较差的问题,对其进行测试并分析发动机、驾驶室两级悬置的隔振性能及上车架的振动,确定怠速时上车架受发动机激励产生共振。对上车架结构进行改进,并通过有限元模态分析预测了改进效果。试制样件后再次测试,发现驾驶室内噪声明显下降,上车架的低频共振基本消除。以怠速时驾驶员右耳耳旁噪声的响度、粗糙度和抖动度为指标,对驾驶室的声振舒适性进行了客观评价。结果表明,上车架改进后的各参数较改进前均有所下降,驾驶室的声振舒适性得到改善。     

基于欠定盲源分离的结构模态参数识别

针对欠定情况下传统盲源分离(blind source separation,简称BSS)算法无法有效识别结构模态参数的问题,研究了一种不受传感器数量限制的BSS算法。算法主要分为振型矩阵估计与单模态信号分离两步。首先,利用各阶模态响应信号在时频域中的聚类特性估计结构的模态振型;然后,在已知振型矩阵的基础上,通过L1范数最小化算法分离出多个单模态信号;最后,利用单模态参数识别方法提取各阶模态的频率与阻尼比。经仿真与实验验证,本研究方法可以准确识别出结构的各阶模态参数,同时对测量噪声不敏感,具有很好的噪声鲁棒性,在工程实践中具有一定的应用价值。     

基于壁板声学贡献度分析的挖掘机驾驶室形貌优化

以某型号履带式液压挖掘机的驾驶室为研究对象,建立有限元模型并通过仿真和对比测试验证其可靠性。在此基础上,对驾驶室进行壁板声学贡献度分析,确定对驾驶员耳旁噪声贡献较大的板件。对目标板件以形貌优化代替常用的阻尼处理方法,通过加强刚度抑制其振动,进而仿真预测驾驶室内噪声的降低情况。对比形貌优化和阻尼处理后相应的驾驶员耳旁噪声声压级信号,发现形貌优化能够取得与阻尼处理相当的效果,并对两种方法各自的降噪机理和特点进行初步探讨。     

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

波纹芯体夹层板分频段隔声性能的多参数优化

应用遗传算法与梯度算法相结合的混合优化算法,在结构质量及整体刚度约束下,分两个频段对波纹芯体夹层板在中置点声源激励下平均透射声功率进行单参数和多参数优化分析,其中优化目标函数,即夹层板透射声功率用谱元法和Rayleigh积分进行建模计算。优化结果表明,单参数和多参数优化都能明显改善波纹芯体夹层板在高频段（701 Hz～1 500 Hz）的隔声性能,但两种方法在低频段（1 Hz～700 Hz）效果均不显著,证明单纯针对结构参数优化能够有效地抑制由局部模态引起的透射声峰值,但是对结构整体模态引起的透射声峰值影响有限。进一步对比表明,对具有多个结构参数的波纹芯体夹层板,其隔声性能多参数联合优化结果明显优于单参数优化结果。