TBM直动式溢流阀内泄漏研究

发布时间：2017-04-05 23:06

  本文关键词：TBM直动式溢流阀内泄漏研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硬岩掘进机(TBM)是专用于硬岩隧道施工的技术密集型重大装备。在掘进过程中,存在着不可避免的强烈振动,使得安装在TBM上的液压系统工作于强振动的恶劣环境中。直动式溢流阀作为TBM液压系统中重要的压力控制元件,受强振动的作用,阀芯与阀体容易发生相对运动,产生内泄漏。溢流阀一旦发生过大泄漏,即会影响溢流阀的动态性能,破坏缝隙油膜,降低溢流阀的使用寿命,严重时会导致溢流阀工作性能失效。为了减小直动式溢流阀的内泄漏,本文对直动式溢流阀的阀口泄漏和缝隙泄漏进行了深入研究,具体工作如下： 基于位移激振的强迫振动理论建立了基础振动下直动式溢流阀的阀芯运动微分方程,在此基础上建立了溢流阀阀口泄漏量模型,推导了溢流阀缝隙泄漏量计算模型,建立了溢流阀缝隙仿真模型。 利用MATLAB软件,确定了溢流阀发生阀口泄漏的临界入口压力,仿真研究了基础振动参数、固有参数等对溢流阀阀口泄漏量的影响规律,分析了阀口泄漏量对溢流阀动态特性的影响,在此基础上对溢流阀结构参数进行了优化,优化后的阀口泄漏量减小54.3%,调定压力最大差值减小了71.4%。 基于FLUENT软件,仿真了有无基础振动时溢流阀缝隙泄漏量,与理论值相比较,验证了缝隙仿真模型的正确性。随后分析了间隙的压力场、速度场的特征,研究了间隙厚度、间隙长度、基础振动参数等对缝隙泄漏量的影响规律,并对比分析了不同类型的平衡槽对溢流阀缝隙泄漏的影响,发现梯形槽在控制泄漏量和流场特性方面性能更优。 搭建了基础振动下直动式溢流阀内泄漏的测试平台,分别对有无基础振动作用下溢流阀的内泄漏进行实验研究,验证了直动式溢流阀阀芯运动方程及阀口泄漏模型的正确性。
【关键词】：基础振动 TBM 直动式溢流阀 阀口泄漏 缝隙泄漏 结构优化
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U455.3;TH137.521
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 课题来源12
• 1.3 溢流阀内泄漏研究现状12-15
• 1.3.1 溢流阀内泄漏量研究现状12-14
• 1.3.2 泄漏量对溢流阀动态特性影响研究现状14-15
• 1.3.3 溢流阀结构优化研究现状15
• 1.4 技术路线和研究内容15-17
• 2 基础振动下直动式溢流阀内泄漏模型建立17-31
• 2.1 直动式溢流阀内泄漏概述17-18
• 2.2 直动式溢流阀阀芯运动微分方程18-19
• 2.3 直动式溢流阀阀口泄漏量数学模型19
• 2.4 直动式溢流阀缝隙泄漏模型19-28
• 2.4.1 直动式溢流阀缝隙泄漏量数学模型19-23
• 2.4.2 直动式溢流阀缝隙泄漏仿真模型23-28
• 2.5 直动式溢流阀的动态特性数学模型28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 3 基础振动下直动式溢流阀阀口泄漏研究及结构优化31-48
• 3.1 直动式溢流阀阀口泄漏量的仿真31-34
• 3.1.1 阀口泄漏量的计算31-33
• 3.1.2 阀口泄漏时的临界入口压力确定33-34
• 3.2 基础振动参数对阀口泄漏量的影响34-36
• 3.2.1 基础振动振幅的影响34-35
• 3.2.2 基础振动频率的影响35-36
• 3.3 直动式溢流阀固有参数对阀口泄漏量的影响36-40
• 3.3.1 阀芯质量的影响36-37
• 3.3.2 弹簧刚度的影响37-39
• 3.3.3 阻尼系数的影响39-40
• 3.4 阀口泄漏量对直动式溢流阀动态特性的影响40
• 3.5 结构参数优化40-46
• 3.5.1 评判特性指标的确定41
• 3.5.2 结构参数对压力特性评判指标的影响分析41-43
• 3.5.3 正交试验和结果分析43-45
• 3.5.4 优化前后对比45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 4 基础振动下直动式溢流阀缝隙泄漏仿真分析48-64
• 4.1 仿真值和理论计算值的比较48-51
• 4.1.1 无基础振动时仿真值和理论计算值的比较48-50
• 4.1.2 有基础振动时仿真值和理论计算值的比较50-51
• 4.2 基础振动参数对缝隙泄漏量的影响51-54
• 4.2.1 有无基础振动时缝隙泄漏仿真对比51-53
• 4.2.2 基础振动幅值的影响53
• 4.2.3 基础振动频率的影响53-54
• 4.3 缝隙固有参数对缝隙泄漏量的影响54-56
• 4.3.1 缝隙长度的影响54
• 4.3.2 缝隙厚度的影响54-55
• 4.3.3 入口压力的影响55-56
• 4.4 开不同平衡槽的缝隙泄漏对比分析56-63
• 4.4.1 缝隙前后无压差的对比56-60
• 4.4.2 缝隙前后有压差的对比60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 直动式溢流阀内泄漏实验64-72
• 5.1 实验方案64-65
• 5.1.1 实验目的64
• 5.1.2 实验步骤64-65
• 5.2 实验系统及测试65-67
• 5.2.1 直动式溢流阀内泄漏实验测试原理65-66
• 5.2.2 液压实验系统66
• 5.2.3 电动振动系统66-67
• 5.2.4 信号采集和监测67
• 5.3 实验结果及分析67-71
• 5.3.1 无基础振动68
• 5.3.2 频率相同振幅不同的基础振动68-69
• 5.3.3 振幅相同频率不同的基础振动69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 论文总结72
• 6.2 工作展望72-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间主要的研究成果78-79
• 致谢79

【共引文献】

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