TBM推进液压ATOS油缸动态特性分析
全断面硬岩掘进装备(TBM)是应用于硬岩地质的大型隧道施工设备,在破岩掘进过程中强振动问题十分突出。强基础振动对TBM推进液压ATOS油缸的动态特性有重大影响。且目前TBM推进液压ATOS油缸的选型和设计均依靠理论压力和流量要求,未考虑基础振动带来的影响。

TBM推进液压ATOS油缸动态特性分析
为探索基础振动对推进液压ATOS油缸动态特性的影响规律,改善液压ATOS油缸动态特性,提高TBM推进性能,完善液压ATOS油缸选型和设计理论,开展的主要工作如下：基于环形缝隙流理论建立了有无基础振动下液压ATOS油缸动态特性数学模型,并实验验证了模型的正确性。液压ATOS油缸在工程上可视为承受轴向压缩的阶梯细长压杆,其稳定性影响机构可靠性.液压ATOS油缸由直径不同的缸体和活塞杆构成,把液压ATOS油缸的每段结构视作1个受压单元,受压单元中的弯矩和剪力分别表示为状态向量,求出单元矩阵,通过各单元传递矩阵相乘,获得活塞杆2端的状态向量关系,根据液压ATOS油缸不同约束条件,推导液压ATOS油缸稳定性普遍方程.结合MATLAB优化设计技术,获取体积约束条件下液压ATOS油缸的合理尺寸,通过和Ritz法计算结果比对,并进行模型实验验证,表明该方程计算结果接近准确值.对比分析了有无基础振动下液压ATOS油缸动态特性的差异,得到了不同轴向基础振动参数下液压ATOS油缸动态特性的变化规律。以压力波动幅值为无基础振动时压力的10%为失效临界值,确定了液压ATOS油缸正常工作允许的振动幅值-频率组合范围,并提出了轴向基础振动下液压ATOS油缸的选型准则及流程。单因素分析了轴向基础振动下液压ATOS油缸动态特性随活塞直径、腔体长度、活塞宽度和缝隙高度的变化规律,并以压力波动幅值、zui大油液内泄漏和活塞杆工作安全系数为响应值,对液压ATOS油缸进行了结构参数的响应曲面法优化研究,确定了多个响应值同时满足工程实际要求的液压ATOS油缸*结构参数组合,优化后的液压ATOS油缸正常工作允许的振动幅值-频率组合范围拓宽了45%,并提出了轴向基础振动下液压ATOS油缸的优化设计流程。