TBM直动式溢流阀内泄漏研究

作     者：章国亮 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张怀亮

授予年度：2014年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：基础振动 TBM 直动式溢流阀 阀口泄漏 缝隙泄漏 结构优化 

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。