基于AMESim的窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)，首先擬定窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖，該液壓系統(tǒng)由定量泵、電磁溢流閥、電磁換向閥、液壓鎖、雙單向節(jié)流閥、單向順序閥、調(diào)速閥及液壓缸等元件組成，液壓系統(tǒng)每個(gè)支路獨(dú)立動(dòng)作實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的工作循環(huán)；然后利用AMESim仿真軟件對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：AMESim；窨井清挖機(jī)械手；液壓系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP241 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " "文章編號(hào)：1671-0797（2023）02-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.02.012

0 " "引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市人口日益增多，隨之產(chǎn)生的城市垃圾問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，但相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，我國(guó)的窨井清淤技術(shù)還不夠完善，城市排水系統(tǒng)中的問(wèn)題也是復(fù)雜多變，比如干燥炎熱天氣會(huì)產(chǎn)生大量的毒氣，在陰雨天氣又會(huì)由于積水無(wú)法流通造成城市管道堵塞，從而影響人們的正常生活。

目前，我國(guó)在管道清淤方面還處于起步探索階段，大多數(shù)地區(qū)仍為人工清淤，主要依靠大鐵勺、鐵叉、夾具等。工人在井下作業(yè)時(shí)工作效率低，有些窨井狹窄、危險(xiǎn)性大，并且由于常年累積，里面充滿有毒氣體，易發(fā)生危險(xiǎn)。相較而言，機(jī)械清淤更具優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)的機(jī)械清淤仍存在很多問(wèn)題，比如需要人機(jī)配合清淤，采用機(jī)械為主、人工為輔的清淤方式，在面對(duì)窨井中出現(xiàn)的一些不易清理的雜物或遇到黏稠度較大的淤泥時(shí)，還會(huì)造成抓斗卡住等一系列存在安全風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題[1]。鑒于此，本課題設(shè)計(jì)了一種用于窨井清挖的機(jī)械手液壓系統(tǒng)，并利用AMESim仿真軟件對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 " "擬定窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖

1.1 " "窨井清挖機(jī)械手結(jié)構(gòu)

窨井清挖機(jī)械手結(jié)構(gòu)[2]如圖1所示。

1.2 " "窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)擬定

窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

2 " "窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)仿真

2.1 " "液壓系統(tǒng)建模

在AMESim仿真軟件中搭建液壓回路如圖3所示。

2.2 " "仿真模型的參數(shù)設(shè)置

各回路的主要參數(shù)如表1所示。

2.3 " "動(dòng)態(tài)特性仿真分析

2.3.1 " "舉升缸仿真分析

舉升缸的速度和位移曲線如圖4和圖5所示。

2.3.2 " "水平伸縮缸仿真分析

水平伸縮缸工進(jìn)和退回的速度和位移曲線如圖6和圖7所示。

2.3.3 " "井下伸縮缸仿真分析

井下伸縮缸工進(jìn)和退回的速度和位移曲線如圖8和圖9所示。

2.3.4 " "平行四邊形機(jī)構(gòu)缸仿真分析

平行四邊形機(jī)構(gòu)缸工進(jìn)和退回的速度和位移曲線如圖10和圖11所示。

2.3.5 " "抓斗液壓缸仿真分析

抓斗液壓缸工進(jìn)和退回的速度和位移曲線如圖12和圖13所示。

2.3.6 " "液壓系統(tǒng)整體位移曲線

液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件整體位移曲線如圖14所示。機(jī)械手動(dòng)作順序如下：首先舉升缸運(yùn)動(dòng)，達(dá)到指定高度后處于中位保壓狀態(tài)；然后水平缸運(yùn)動(dòng)，達(dá)到指定位置后處于中位保壓狀態(tài)；接下來(lái)井下伸縮缸進(jìn)入井內(nèi)，平行四邊形機(jī)構(gòu)定位，抓斗抓取，井下伸縮缸退回抓斗松開，卸掉垃圾；最后水平缸和舉升缸退回完成一次抓取。

仿真結(jié)果表明，該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行。

3 " "結(jié)語(yǔ)

本課題提出了窨井清挖機(jī)械手液壓系統(tǒng)方案，并利用AMESim仿真軟件對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了方案的可行性。此窨井清挖機(jī)械手極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了清淤效率，不需要工人親自下井進(jìn)行清理，能夠防范井下可能發(fā)生的安全事故，提高工作安全性，在我國(guó)城市環(huán)保和建設(shè)方面都具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 高安禮.窨井清掏機(jī)器人研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2009.

[2] 樊鴻偉.窨井清淤機(jī)械手的設(shè)計(jì)與研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2016.

收稿日期：2022-09-29

作者簡(jiǎn)介：王杰（1972—），女，河北黃驊人，工學(xué)碩士，教授，從事流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的研究及教學(xué)工作。