液压换管机液压系统可靠性设计与动态仿真研究

　　现代的非开挖地下管线施工法是一种环境友好的施工方法，其中裂管法就是在液压动力机强大的牵引力作用下，切割刀头沿着旧管道将其切开，连接在切 割刀头后的扩张器紧接着将切开的旧管道撑开并挤入周围的土层，以便回拖头将新管拉入旧管所在的位置。目前，处于国际领先水平的是美国 PIM 公司的Consplit 裂管器和丹麦生产的T 系列裂管器。文中讨论的HG-80TN 液压换管机就属于采用裂管法的换管设备，其额定拉拔力为80 t，可换管直径为200 ～400 mm，换管能力120m / h。它是一种全液压工程机械，但是液压系统故障难以诊断，这也成为液压换管机使用中的难点。液压系统可靠性表现为在设计时克服系统的先天不足，在使用过程 中规范操作^[1]。所以在进行液压系统方案设计时就应进行可靠性设计，并将该思想贯穿于系统设计、生产、安装、调试、运行的整个过 程中。ADAMS / Hydraulics 模块是 ADAMS 中一个对液压系统进行仿真的扩充模块，利用 ADAMS/Hydraulics模块可以在同一界面下建立机械系统与液压回路之间相互作用的模型并在计算机中设置系统的运动特性，进行各种静态、模态和 瞬态的分析。

　　作者进行换管机液压系统方案的可靠性设计，通过ADAMS/Hydraulics 模块^[2]建立主伸缩回路液压系统模型，验证设计系统的可行性，为国内换管机技术研究及优化提供了理论参考。

　　1 液压换管机液压系统可靠性设计

　　液压系统设计中的可靠性主要体现在系统结构合理性、元件选型合理性及参数匹配合理性。设计换管机液压系统时，通过计算、仿真实验研究测试新设计元件各个结构参数对系统动态性能的影响，确定参数的最佳匹配，其他可靠性设计主要体现在以下几个方面:

　　( 1) 采用开式串联液压系统结构

　　在串联机构中，执行机构的运动速度不随外界负载的变化而变化，并且各个机构可以实现同时动作而不受干扰。假如液压系统是由n 个子系统和部件组成的串联结构，第i 个子系统和部件的可靠性记为cei，则系统的可靠性为 。可见一个系统结构越简单，串联环节越少，其可靠性必然越高。该系统采用串联结构，也是本着结构越简单越好的原则。

　　( 2) 主伸缩液压缸、前后夹紧液压缸全部采用双缸同时工作

　　此结构使得拉杆在运动过程中受力平衡，提高运行稳定性。另外单缸作用时，缸体积大，工作压力大，运动泄漏问题会影响缸的运动速度; 采用双缸作用，工作压力降为单缸的一半，运动泄漏容易治理。

　　( 3) 主回路调速采用电液换向阀

　　防止换向阀在快速动作时产生液压冲击，系统主回路采用电液换向阀，通过控制先导阀的压力和流量来减缓滑阀的换向速度，减慢换向阀换向前的流速。