潜孔钻机回转液压系统键合图模型的仿真研究赵宏强1,2高斌1李美香1何清华1,2(1.中南大学机电工程学院，湖南长沙2.湖南山河智能机械股份有限公司技术中心，湖南长沙星沙开发区）摘要：考虑到液压系统建模的特点，选择了利用功率键合图法建立潜孔钻机回转液压系统的键合图模型，根据键合图变量间的逻辑关系，得到了系统的数学模型。在此基础上，利用MATLAB提供的Simulink软件包对数学模型进行了动态仿真，得到了泵的流量阶跃响应曲线和不同负载作用下马达进口压力曲线，仿真结果分析表明所建立模型的正确性，这为潜孔钻机回转液压系统的性能评估和优化设计提供了一个新的途径。关键词：潜孔钻机；回转液压系统；建模；功率键合图；动态仿真：TH137文件标示码：ASimulationonPowerBondGraphofRotatingHydraulicSysteminDown-The-HoleDrillZHAOHong-Qiang1,2,GAOBin1,LIMei-Xiang1HEQing-Hua1,2(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,,Changsha,Hunan;2.SunwardRDCenter,,Xingsha,Changsha,Hunan,China)Abstract：Consideringthespecialtyofhydraulicsystemmodeling,choosepowerbondgraphasthemethodofmodeling.Establishedthepowerbondgraphmodel,basedonlogisticalrelationsamongstsystemvariable,themathematicalmodelisexploited.Onthiscondition,thestepresponseofpumpoutletfluxandtheinletpressurechangingcurvesofhydraulicmotorareobtainedbyusingSimulinkTM,andtheseresultsprovedthetruthofthemodel.Theresultsprovideanewmethodfortheperformanceevaluationandoptimizationdesignofthissystem.Keywords:DTHDrill;RotatingHydraulicSystem;Modeling;PowerBondGraph;DynamicSimulation潜孔钻机是凿岩矿物和岩石的一种工程机械，它不仅广泛地应用于冶金、煤炭、化工等矿山机械生产中，而且也是地质、建筑、水电、交通和军事等工程部门施工中的主要设备。回转液压系统是潜孔钻机的重要的工作部分，其性能决定了整机的工作效率和负载能力。潜孔钻机在工作过程中，系统的负载处于动态变化状态，因此，对于液压系统，仅按照静态过程进行设计，往往不能很好的满足系统的需要，系统的动态性能优劣决定了机构的工作质量和可靠性。建立回转液压系统的数学模型并进行仿真是研究该系统动态特性的有效方法。由于液压系统通常都是非线性系统，与其它建模方法相比，采用功率键合图法能详尽的描述液压系统模型，与系统实际特征更相符，从而可更全面、更准确的揭示系统的动态特性及其各部分的动态变化规律，并能方便的由键合图推导出系统的数学模型[1]。本文正是在分析回转液压系统的工作原理的基础上，建立了系统的功率键合图模型，并对得到的数学模型进行了数字仿真，得到了不同负载下系统压力的变化规律。1回转系统的构成及其液压系统潜孔钻机回转液压系统主要由动力源、变量泵、多路换向阀、液压马达等组成，其液压系统如图1所示。系统的动力源可选择柴油机或电动机驱动，在启动系统后，在控制油路的作用下，液控多路换向阀3工作在上位，变量泵1提供的压力油通过换向阀为液压马达5提供动力，液压马达通过减速器带动钻杆转动，钻头在主机高风压的作用下进行冲击凿孔。潜孔钻机在工作过程中，经常遇到卡钻现象，当卡钻出现时，马达负载突然增大或减小，导致液压系统压力出现响应突变，产生冲击、噪声，甚至损坏液压元件。由于回转系统是直接工作机构，因此，其液压系统工作性能的优良对整个潜孔钻机的工作效率及整机性能的影响是至关重要的。图1潜孔钻机回转液压系统原理图Fig.1RotatinghydraulicsysteminDTHdrill2回转液压系统数学模型的建立潜孔钻机在工作过程中，出现卡钻现象时，可通过控制油路控制主机推进系统的提升来消除卡钻，卡钻现象消失后，钻杆重新推进恢复钻孔作业。在这个过程中，回转液压系统的压力流量变化剧烈，在设计系统时，总希望整个过程能平稳过渡，且能快速地达到稳定状态，这样一方面能减少冲击、振动和噪声，另一方面可以提高系统的快速性和稳定性。为此，建立一个系统的动态仿真模型，对系统进行即时动态仿真分析研究，可以大大...