排管机负载敏感液压系统管道效应分析.pdf

学兔兔 液压-液力 Hydrostatics and Hydrodynamics 排管机负载敏感液压系统的管道效应分析* 占自涛，沙永柏，刘晓利，朴 冲 吉林大学机械科学与工程学院 摘 要I针对排管机液压执行机构与液压泵源之间需要长管道远距离布置的特点，对此类型排管机负载敏感液压系统的数 学模型和试验进行分析，确定管道效应对系统稳定性和响应快速性等动态特性的影响及影响因素，并结合深部探测实际工况 对排管机液压系统的具体要求，运用AMESim软件模拟管道效应对负载敏感液压系统的影响。仿真结果揭示管道长度与管 道内径对负载敏感液压系统动态特性的影响规律。运用上述规律，合理地选择和布置排管机液压系统的管路，可在一定程度 上规避管道效应带来的不利影响。 关键词：管道效应；排管机；负载敏感；动态特性 流体传输管道本质上是—个多自由度分布参数系绷一， 其准确模型是与频率相关的耗散摩擦模型。该模型中含 有复杂的贝塞尔函数和双曲函数脚，给模型的解析和应用 带来了极大的不便，因此在分析液压系统动态特性时，一 般都忽略管道效应。但随着技术的不断进步，特别是随着 负载敏感技术的不断应用，对液压系统动态特性的要求 不断提高。负载敏感系统内部往往存在反馈控制回路，使 得管道对系统稳定性、快速性等动态特性的影响作用日 益凸显，尤其是负载敏感泵与负载以及管路之间的耦合 作用很容易引起输出压力和流量的脉动，轻则影响执行 器的控制性能，重则导致管道破裂或变量泵提前损坏嗍。 排管机是实现钻杆自动传送技术的关键设备，主要 完成起下钻操作中的夹紧、提放、搬运等工作[51。排管机悬 挂在钻机2层台上，如图1所示，而液压泵源在钻台面 上，泵源与液压执行机构之间的最大管路长度约为30 m 左右，大大超过常规负载敏感液压系统中两者之间的距 图1 钻机上正在作业的排管机 ·基金项目：国家深部探测技术与实验研究专项资助项目(SinoProbe一09—05) 作者简介：占自涛(1989_-一)，男，在读硕士，研究方向：岩土工程机械、液压传动。 5O I工霏缸拭1 2。 ’2 学兔兔 和械 第45卷I第2期 总第484期 离。因此，管道效应成为排管机液压系统中不可忽略的组 成部分，对系统特性特别是动态特性有很大的影响，对此 1 排管机负载敏感液压系统 进行分析具有现实意义。 图2给出了排管机负载敏感液压系统的原理图。根 国内针对工程机械带多路执行器的负载敏感系统分 据文献[6】，当管道长度超过一定值时需要考虑管道效应， 析较多，但对类似排管机这种带长管道的石油机械液压 这种关系由式(1)确定，表示为： 系统鲜见分析。基于此，本文在精确管道模型的理论和实 践分析基础上，建立排管机负载敏感液压系统的AMES- n 1／／ V y im仿真模型，分析长管道对系统性能的影响，为排管机液 式中：o为压力波传递速度，m／s；／为管道长度，m；t 为不考 压管道的选择与布置提供参考依据。 虑管道效应时阶跃上升时间，s；w 为不考虑管道效应的 4 1．油箱 2．负载敏感液压泵 3．压力表 4．负载敏感比例换向阀组 5，6，11，12，21，22．压力继电器 7．平移马达 8，9．泄漏 油口 1O．回转马达 13，16．伸展液压缸 14，l5，l7，2