分析排管机负载敏感液压系统的管道效应

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1、学兔兔www.xuetutu.com液压-液力HydrostaticsandHydrodynamics排管机负载敏感液压系统的管道效应分析*占自涛，沙永柏，刘晓利，朴冲吉林大学机械科学与工程学院摘要I针对排管机液压执行机构与液压泵源之间需要长管道远距离布置的特点，对此类型排管机负载敏感液压系统的数学模型和试验进行分析，确定管道效应对系统稳定性和响应快速性等动态特性的影响及影响因素，并结合深部探测实际工况对排管机液压系统的具体要求，运用AMESim软件模拟管道效应对负载敏感液压系统的影响。仿真结果揭示管道长度与管道内径对负载敏感液压

2、系统动态特性的影响规律。运用上述规律，合理地选择和布置排管机液压系统的管路，可在一定程度上规避管道效应带来的不利影响。关键词：管道效应；排管机；负载敏感；动态特性流体传输管道本质上是—个多自由度分布参数系绷一，其准确模型是与频率相关的耗散摩擦模型。该模型中含有复杂的贝塞尔函数和双曲函数脚，给模型的解析和应用带来了极大的不便，因此在分析液压系统动态特性时，一般都忽略管道效应。但随着技术的不断进步，特别是随着负载敏感技术的不断应用，对液压系统动态特性的要求不断提高。负载敏感系统内部往往存在反馈控制回路，使得管道对系统稳定性、快速性等动

3、态特性的影响作用日益凸显，尤其是负载敏感泵与负载以及管路之间的耦合作用很容易引起输出压力和流量的脉动，轻则影响执行器的控制性能，重则导致管道破裂或变量泵提前损坏嗍。排管机是实现钻杆自动传送技术的关键设备，主要完成起下钻操作中的夹紧、提放、搬运等工作[51。排管机悬挂在钻机2层台上，如图1所示，而液压泵源在钻台面上，泵源与液压执行机构之间的最大管路长度约为30m左右，大大超过常规负载敏感液压系统中两者之间的距图1钻机上正在作业的排管机·基金项目：国家深部探测技术与实验研究专项资助项目(SinoProbe一09—05)作者简介：占自涛

4、(1989_-一)，男，在读硕士，研究方向：岩土工程机械、液压传动。5OI工霏缸拭12。’2学兔兔www.xuetutu.com和械第45卷I第2期总第484期离。因此，管道效应成为排管机液压系统中不可忽略的组成部分，对系统特性特别是动态特性有很大的影响，对此1排管机负载敏感液压系统进行分析具有现实意义。图2给出了排管机负载敏感液压系统的原理图。根国内针对工程机械带多路执行器的负载敏感系统分据文献[6】，当管道长度超过一定值时需要考虑管道效应，析较多，但对类似排管机这种带长管道的石油机械液压这种关系由式(1)确定，表示为：系统鲜见

5、分析。基于此，本文在精确管道模型的理论和实践分析基础上，建立排管机负载敏感液压系统的AMES-n1／／Vyim仿真模型，分析长管道对系统性能的影响，为排管机液式中：o为压力波传递速度，m／s；／为管道长度，m；t为不考压管道的选择与布置提供参考依据。虑管道效应时阶跃上升时间，s；w为不考虑管道效应的41．油箱2．负载敏感液压泵3．压力表4．负载敏感比例换向阀组5，6，11，12，21，22．压力继电器7．平移马达8，9．泄漏油口1O．回转马达13，16．伸展液压缸14，l5，l7，26，27．双向平衡阀18．升降液压缸19，24．

6、夹持液压缸2O，23．液压锁25，28．调垂液压缸29，31．截止阀3O，32．过滤器图2排管机负载敏感液压系统的原理图阀控缸系统固有频率，Hz；k为由阀1：3开度决定的系数；泵)之间的反馈管道P0，泵源与主阀(负载敏感比例换向为油液弹性模量，MPa；A为液压缸有效作用面积，m2；mt阀组)之间的驱动管路P1，主阀与马达之间的管路P2，主为负载质量，kg；为液压缸等效容积，m3。阀与液压缸之间的管路P3(参见图3)。故分别对上述4根据排管机现场作业情况及其液压原理图，由式(1)处液压管道进行分析。分析可知：长管道主要集中于梭阀网络

7、与泵源(负载敏感2们4j工缸拭J51学兔兔www.xuetutu.com液压·液力HydrostaticsandHydrodynamics梭PO图3考虑管道效应的排管机负载敏感液压系统AM蟹m仿真模型结合理论模型P-蜘和大量试验分析可知：影响排管机d~=13rnnl，=9．5n1．1n，以=8mm。图图7为马达和液压负载敏感液压系统动态特性的参数包括：管道长度L与缸速度仿真曲线。内径d；比例阀压力流量系数Kc；执行器总泄漏c；负载惯500性质量；黏性阻尼曰；油液密度p和弹性常量等。当比例阀、执行器、负载特性确定后，较大的影响因素就

8、400是管道的￡与d，需要指出的是，不同执行器对管道效应的敏感程度可能不同，需要进一步仿真分析。．g3O0函0o2仿真与结果分析loo针对上述分析结果，根据排管机负载敏感液压系统原理图，借助PdV~ESim软件搭建如图3的仿真图，为简单O起见，执行