气动矛电算模型的建立及其应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2oo3年12月沈阳工业学院学报v01．N。．第22卷第4期JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec2003文章编号：1003—1251(2003)o4一oo46一o4气动矛电算模型的建立及其应用于晓琳，阎明印，郑秀琴(1．~Kt32业学院机械工程分院，辽宁沈阳110168；2．沈阳统一企业有限公司)摘要：分析气动矛结构原理，以气体动力学和气体热力学理论为基础，建立数学模型，并为电子计算机程序模拟气动矛内部工作的动力过程和分析动力参数提供了理论依据和方法．关键词：气动矛；数学模型；电算模拟中图分类

2、号：TB122文献标识码：A气动矛实质上是一种气动冲击器，它以压缩空铺PE管、PVC管和钢管；适合在狭小空间内施工等气为动力，适用于非开挖铺设管线，俗称地老鼠或特点，可收到较高的经济效益和社会效益．本文旨地下火箭，其结构主要由钢质外套(矛体)、活塞和在，建立气动矛工作原理的数学模型，并以数学解配气装置组成．矛体内的活塞作往复运动，不断冲析的形式，揭示气动矛内部工作的复杂过程，再通击矛头，矛头在土层中挤压周围土层，形成钻孑L并过计算机仿真电算实现优化设计．带动矛体前进．形成钻孑L以后可以直接将待铺管线拉人，也可通过拉扩法将钻孑L扩大，以便铺设更大1气动矛的结构Sn-r-作原理直径的管道．

3、气动矛的配气装置采用活塞式配气结构，依靠活塞上阀孑L与配气阀的位置变化来实现配把活塞的运动过程按冲程、返程分段，如图1气．由于气动矛的设备简单，操作方便，投资少；可所示．图1气动矛结构简圈气动矛采用后腔始终通高压空气的活塞式配流段后，前腔排气受阻，这时前腔内气体受压，前腔气机构，依靠密封环形成配气通路，在活塞的运动压力稍有增加，活塞继续加速．当后阀孔越过内密过程中，通过活塞上后阀孑L的开启和关闭来配气．封环后，前后腔相通，后腔高压气体经后阀孔向前冲程时，压缩空气从空压机经配气阀的进气孑L进人腔充气．随着活塞的运动，前腔容积减小，压力快速气动矛的后腔．这时前腔通过前、后阀孑L与大气相上升

4、．但是，由于从前腔进高压气体开始到活塞冲通，前腔内的压力为大气压，后腔内的压力为压缩击气动矛矛体这段距离很短，活塞仍以很高的速度气体的压力．前后腔气体存在压力差，活塞在前后撞击矛体作功，完成冲程运动．返程时，随着活塞撞腔压力差的作用下加速向前运动．当后阀孑L进人节击缸体速度降到零，此时前腔压力基本和后腔压力收稿日期：2003—06—24作者简介：于晓琳(1978一)，女，黑龙江龙江县人，硕士研究生维普资讯http://www.cqvip.com第4期于晓琳等：气动矛电算模型的建立及其应用·47·相等．由于前腔承压面积大于后腔承压面积，活塞式中：尺为钢管前端中心线处的被动土压力，尺作反向

5、的加速运动，当后阀孑L越过内密封环后，前=y+2c~／；y为土的容重，kN／m；为被腔和后腔被隔离，前腔压力逐渐降低，当压力低于动土压力系数，=tan(45。+0／2)；日为管道中心某一值后，前腔作用力小于后腔气体对活塞的作用的深度；c为土的粘聚力，kPa．力，活塞开始减速运动，直到速度为零，完成一次循铺设管线过程中所受的总阻力为环，此时后腔作用力大于前腔，活塞开始第二次循Fo=F+F(1)环，如此往复．2．2．2矛体运动方程由于假设活塞与矛体之间的滑动摩擦力忽略2仿真电算数学模型的建立不计，因此矛体的运动方程：M。警=PlS一F。(2)2．1气动矛系统及关于气动矛系统的假设式中：为矛

6、体质量，kg；

7、p。为气动矛前腔气按照气动矛的结构和工作原理，把气动矛的工体在冲程、返程不同阶段的压力，MPa；S为气动矛作过程划分为六个阶段，针对活塞各阶段的运动特前腔活塞受力面积，m．点，分别建立动力微分方程、运动微分方程和位移2．2．3气腔内气体压力动特性方程微分方程．为此，本文在认真总结了各种电算模型由于假设②前腔与后腔均是发生绝热变化，因的基础上，作了如下假设：此在绝热过程有：①空压机的气体为理想气体，其压缩过程和膨pv=const胀过程看成气体绝热过程且压力恒定；式中：=Cp／c称为绝热指数或比热比，空气的②前腔与后腔均是发生绝热变化；k=1．4；

8、p为气腔内气体的绝对压力

9、，MPa；为气腔③气动矛内外泄漏均可忽略不计；内气体的比容，=Vim，即单位质量所占的体积，④活塞与矛体之问的滑动摩擦力忽略不计．m／kg．2．2仿真电算数学模型P(V／m)=const上式两边对时间t求导，整理得：2．2．1铺管过程中所受总阻力的计算¨dp,midY,一依据地层的力学参数，计算铺设管线时所需的=k(d．·mi～一．)(3)．．总推力，即铺设管线所受的阻力．主要包括矛体切式中：为气腔内气体的体积；／7／,为气腔内气削土层产生的正