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盾尾刷磨损对密封性能的影响分析与优化
| 论文题名： | 盾尾刷磨损对密封性能的影响分析与优化 |
| 关键词： | 隧道盾构机;盾尾密封刷;磨损特性;承载特性;油脂压力;密封性能;结构优化 |
| 摘要： | 随着盾构法施工技术的不断发展，盾构隧道工程施工所面对的挑战也在不断的提升。目前盾构机施工正朝着大直径、长距离和高环境压力的方向发展，施工中可能存在的风险不容小觑。盾尾密封系统是保证盾构机安全掘进的关键系统之一，而盾尾密封刷的密封能力决定了盾尾密封系统是否能够可靠工作。磨损是盾尾密封刷密封失效的主要原因之一，本文基于结构分析方法和流体动力学分析方法研究了盾尾密封刷的承载特性及油脂流域的压力分布特性，通过流固耦合方法分析了油脂流域的周向压差对盾尾密封刷磨损的影响，使用注脂口设计与控制方法和油脂腔分区控制方法对油脂流域的周向压差进行了优化。主要开展的研究工作如下： （1）通过对盾尾刷的力学性能曲线进行分析，基于悬臂梁模型计算得到盾尾密封刷的弹性模量。参照盾尾刷模型进行建模与结构仿真分析，验证了弹性模量结果的准确性。通过研究盾尾刷的磨损特性得到了影响盾尾刷磨损的主要因素，并针对影响因素进行了盾尾刷的承载性能分析，为盾尾刷的磨损优化提供参考。 （2）基于流体动力学分析方法研究了盾尾刷背侧油脂压力的分布特性，得到了对应油脂压力的分布规律，为注脂口的压强控制提供参考。针对理想状态下和实际工况下的盾尾密封系统模型进行了盾尾密封油脂的周向压强分布规律研究，基于流固耦合方法分析了油脂周向压力差对盾尾密封刷磨损的影响。 （3）针对不同磨损情况下的盾尾密封刷进行了流体动力学分析，得到了盾尾刷磨损对盾尾密封性能的影响规律，并提出了盾尾刷磨损的监测判据。通过分析油脂域周向压差的产生原因，从盾构机的设计阶段、掘进姿态的改变入手，对注脂口进行了分布设计和压强控制、对油脂腔进行了分区控制。针对所提出的三种减小油脂周向压差的方法，分别进行了建模及相应的仿真验证，结果表明使用设计与控制方法之后，盾尾密封油脂域的周向压差有明显减小，能够保证盾尾刷磨损的均匀性，避免部分盾尾刷的过度磨损造成盾尾刷的过早损坏而影响盾尾刷的密封性能。 |
| 作者： | 孙开欣 |
| 专业： | 机械设计 |
| 导师： | 孙伟;李涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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