基于AMESim的钻机负载敏感液压系统仿真分析

　　随着液压技术的不断发展和应用领域的不断扩大, 液压传动与控制系统越来越复杂, 传递动力范围更大、控制精度更高, 系统柔性化与系统各种性能要求更高, 这些都对液压系统的设计提出了更高的要求。传统的以完成执行机构预定动作循环和满足系统静态性能要求的设计方法已不能满足要求。因此, 对液压传动与控制系统进行动态特性研究, 了解和掌握系统的动态工作特性和参数变化, 进一步改进和完善系统, 提高系统的工作可靠性及响应特性是非常必要的。

　　1 背景

　　传统的全液压钻机一般采用定量泵+溢流阀的控制系统, 由于能量损耗大, 有逐渐被新型的具有节能性能的液压控制系统取代的趋势。很多国外技术先进的钻机生产商都采用了负载敏感控制、泵转速控制等比较先进的控制系统, 但国内只有煤炭科学研究总院西安研究院等少数几家生产厂家研发出了具有负载敏感传动控制的全液压钻机。

　　全液压钻机液压系统主要由回转和给进两个基本回路组成。其中回转回路主要为钻具提供回转动力,在给进回路提供的给进力的配合作用下, 实现了钻具的钻进。其中回转回路主要用于克服钻具的负载转矩, 因此其压力就与回转负载的变化相适应。

　　传统的液压系统, 当由于孔内的地层情况比较复杂, 负载变化剧烈频繁时, 回转压力就会有相应的大幅度的快速波动; 同时随着泵压力的变化, 其内泄量也不断变化, 其输出流量大幅频繁波动, 回转速度也不断大幅波动; 在松软地层中, 常常会发生抱钻、卡钻等事故, 会造成系统高压溢流, 能量损失大、发热严重。

　　当回转回路采用负载敏感控制系统后, 减小了回转速度波动和液压系统的溢流损失。但为了进一步分析采用负载敏感控制系统对钻机回转性能的影响, 对系统进行动态的仿真分析, 进一步地分析其特点, 是十分有意义的。

　　2 研究方法的选择

　　研究液压系统动态特性的主要方法有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法。传递函数分析方法是基于经典的控制理论的一种研究方法, 其应用范围一般是线性系统, 遇到非线性系统常常不考虑其非线性或简化成线性系统, 因而具有一定局限性, 也不可避免地出现误差。

　　模拟仿真法是用模拟计算机或是模拟电路来进行液压系统动态特性的模拟与分析, 该方法具有接近实际情况、系统参数调整和调试简单以及运算速度快等优点, 最大缺点是运算精度低。

　　试验研究法可以直观地、真实地了解液压系统的动态特性和参数变化, 但这种方法周期长、费用大,且往往不具有通用性。