基于ADAMS的80T液压裂管器液压系统建模与仿真分析

　　随着城市化建设的快速发展，地下管道因锈蚀、容量小等因素与城市化的发展进程已不相协调，改善这些不堪重负的管道，就面临管道的修复、扩容问题。而传统的地下管道更换方法是通过开挖地面然后再掩埋沟槽，然而由此产生的交通堵塞和改道以及令人不快的噪音和视觉污染，对人们的日常生活、活动和施工地周围的商业有着严重的影响[1]。基于这一背景，我们设计了新型的裂管器，用来替换或修复天然气管道、污水管道和管线，它是一种管道在线更换的设备，可对控制范围内的地下管道进行更换而不用对地面进行开挖，不仅能完成管道替换的工作，还可以增加管径。目前，在国外裂管器已经发展的相当成熟，美国和丹麦都已经研发出了适用于不同拉拔力的裂管器，但换管机在我国的研发还处于初级阶段，采用这种非开挖技术安装地下管道，不仅费用低、不破坏路面，而且还大大减轻了操作者的劳动强度。根据裂管器液压系统工作原理，在 Adams /Hydraulics 环境下对裂管器液压子系统进行仿真研究，取得了良好效果。

　　1 系统描述

　　1.1 系统主要参数

　　系统主要参数，如表1 所示。

　　1.2 系统工作简述

　　该液压裂管器的额定拉拔力为 80T，可换管直径 Ф(200~400)mm，换管速度为 100m/Hr。换管具体操作过程如下：首先开挖出放置裂管器以及刀具和新管的工作坑，然后分别将裂管器以及刀具放入各自坑中。这时调整裂管器四个支腿的调整机构，使裂管器动力头的中心与旧管的中心保持同一水平，并使裂管器整体保持水平。完成后将拉杆一节一节的通过裂管器输送到放置刀具的坑中，然后将刀具安装在拉杆上，新管安装在刀具后边。之后裂管器工作，将拉杆一节一节地卸下。在卸杆的过程中，拉杆拉动刀具和新管一起前进，即刀具在前爆裂旧管，新管随后安装。这样将所有拉杆拉出时，两坑之间的旧管就更换完毕。

　　1.3 液压系统工作原理图

　　80T 裂管器工作装置的液压系统原理，如图 1 所示。其特点在于多个液压油缸组成的液压回路结构紧凑、功能多样、且具有大行程、大推力等优点，系统中的 5 个三位四通手动换向阀分别控制 5 个不同的液压回路，可实现工作机构的协调动作。该系统包括主伸缩回路，夹紧回路(前后夹紧)，扭转回路，和由马达为执行机构的旋紧回路等 5 个液压回路，限于篇幅，本文仅对主回路液压系统进行仿真分析。

　　1.4 建立系统模型

　　根据80T裂管器的设计思想和工作装置液压系统的工作原理，可按工作装置的数量将上述液压系统划分为5个相对独立的的子系统，以简化研究对象，有主回路、前加紧回路、后加紧回路、扭转回路、动力头马达回路，各子系统除执行机构有所不同外，液压回路的其它部分的结构和工作原理基本是相同的，其中除动力头马达回路的执行机构为液压马达外，其它工作回路的执行机构均为液压缸。