基于键合图及Simulink的换管机回转液压系统动态仿真分析

　　1　引言

　　研究液压系统的动态特性需要考虑其非线性因素。因此采用古典控制理论中的传递函数法对液压系统进行动态特性分析具有一定局限性。功率键合图法是一种处理多种能量范畴的工程系统动态分析法[1],能够考虑系统中的非线性因素。用图形方式描述系统中各元件间的相互关系,反映元件间的负载效应及系统中功率流动情况,表示出与系统动态特性有关的信息[2]。Simulink(Dynamic System Simulation)是一个支持线性和非线性系统的动态系统建模、仿真和综合分析的软件包,它提供了一个建立模型方块图的图形用户接口,可以立即看到系统的仿真结果[3]。

　　2　液压系统工作原理

　　本文以更换地下管线的换管机的回转液压系统为例,对其进行动态仿真分析。图1为换管机液压系统原理图。

　　2·1　装杆

　　初始状态下,各换向阀均处于中位,各液压缸均为收回状态。当系统建立压力时,将第一根拉杆放入夹紧装置中,调整换向阀19使前夹紧缸23伸出,夹紧拉杆一端(阴螺纹);调整换向阀17使液压马达21正转,动力头上所带阴螺纹与拉杆阳螺纹一端咬合上紧后,液压马达21压力上升,调整换向阀17使其停止转动;调整换向阀19使前夹紧缸23收回,松开拉杆;再调整换向阀16使主液压缸20伸出,到达前夹紧处时停止;然后调整换向阀18使后夹紧缸22伸出,夹紧拉杆的另一端(阳螺纹);使液压马达21反转,动力头上所带阴螺纹与拉杆阳螺纹松开,动力头停止转动,主液压缸20收回至初始位置。将第二根拉杆放在夹紧装置中,并使第二根拉杆的阴螺纹与第一根拉杆的阳螺纹手动旋合对中;调整换向阀17使液压马达21正转,螺纹旋合上紧后,液压马达21停止转动;使主液压缸20伸出,到达前夹紧处时停止;夹紧缸22伸出夹紧第二根拉杆的一端(阳螺纹);使液压马达21反转,松开咬合螺纹;主液压缸20后退至初始位置,准备安装下一个拉杆,重复上述过程,直至装杆过程结束。

　　2·2　卸杆

　　装杆过程结束后,后夹紧缸22处于伸出状态,其余液压缸均是收回状态。调整换向阀16使主液压缸20伸出,运动至前夹紧处;调整液压马达21正转,旋合上紧螺纹;调整换向阀18,后夹紧缸22收回;然后调整换向阀16使主液压缸20后退至初始位置;调整换向阀19、18使前夹紧缸23和后夹紧缸22伸出,分别夹紧旋合一起的两根拉杆,当油液压力达到单向顺序阀的调定压力后,经顺序阀进入卸扣缸24,以实现机械卸扣;调整换向阀17使液压马达21反转,松开两拉杆的咬合螺纹;再次执行上一步的动作(夹紧缸22仍处于伸出状态),使拉杆与动力头的咬合螺纹松开;取出拉杆。重复上述操作,卸杆过程结束。