氣動矛電算模型的建立及其應(yīng)用

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1、維普資訊http://www.cqvip.com2oo3年12月沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報v01．N。．第22卷第4期JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec2003文章編號：1003—1251(2003)o4一oo46一o4氣動矛電算模型的建立及其應(yīng)用于曉琳，閻明印，鄭秀琴(1．~Kt32業(yè)學(xué)院機(jī)械工程分院，遼寧沈陽110168；2．沈陽統(tǒng)一企業(yè)有限公司)摘要：分析氣動矛結(jié)構(gòu)原理，以氣體動力學(xué)和氣體熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立數(shù)學(xué)模型，并為電子計(jì)算機(jī)程序模擬氣動矛內(nèi)部工作的動力過程和分析動力參數(shù)提供了理論依據(jù)和方法．關(guān)鍵詞：氣動矛；數(shù)學(xué)模型；電算模擬中圖分類

2、號：TB122文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A氣動矛實(shí)質(zhì)上是一種氣動沖擊器，它以壓縮空鋪PE管、PVC管和鋼管；適合在狹小空間內(nèi)施工等氣為動力，適用于非開挖鋪設(shè)管線，俗稱地老鼠或特點(diǎn)，可收到較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益．本文旨地下火箭，其結(jié)構(gòu)主要由鋼質(zhì)外套(矛體)、活塞和在，建立氣動矛工作原理的數(shù)學(xué)模型，并以數(shù)學(xué)解配氣裝置組成．矛體內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動，不斷沖析的形式，揭示氣動矛內(nèi)部工作的復(fù)雜過程，再通擊矛頭，矛頭在土層中擠壓周圍土層，形成鉆孑L并過計(jì)算機(jī)仿真電算實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)．帶動矛體前進(jìn)．形成鉆孑L以后可以直接將待鋪管線拉人，也可通過拉擴(kuò)法將鉆孑L擴(kuò)大，以便鋪設(shè)更大1氣動矛的結(jié)構(gòu)Sn-r-作原理直徑的管道．

3、氣動矛的配氣裝置采用活塞式配氣結(jié)構(gòu)，依靠活塞上閥孑L與配氣閥的位置變化來實(shí)現(xiàn)配把活塞的運(yùn)動過程按沖程、返程分段，如圖1氣．由于氣動矛的設(shè)備簡單，操作方便，投資少；可所示．圖1氣動矛結(jié)構(gòu)簡圈氣動矛采用后腔始終通高壓空氣的活塞式配流段后，前腔排氣受阻，這時前腔內(nèi)氣體受壓，前腔氣機(jī)構(gòu)，依靠密封環(huán)形成配氣通路，在活塞的運(yùn)動壓力稍有增加，活塞繼續(xù)加速．當(dāng)后閥孔越過內(nèi)密過程中，通過活塞上后閥孑L的開啟和關(guān)閉來配氣．封環(huán)后，前后腔相通，后腔高壓氣體經(jīng)后閥孔向前沖程時，壓縮空氣從空壓機(jī)經(jīng)配氣閥的進(jìn)氣孑L進(jìn)人腔充氣．隨著活塞的運(yùn)動，前腔容積減小，壓力快速氣動矛的后腔．這時前腔通過前、后閥孑L與大氣相上升

4、．但是，由于從前腔進(jìn)高壓氣體開始到活塞沖通，前腔內(nèi)的壓力為大氣壓，后腔內(nèi)的壓力為壓縮擊氣動矛矛體這段距離很短，活塞仍以很高的速度氣體的壓力．前后腔氣體存在壓力差，活塞在前后撞擊矛體作功，完成沖程運(yùn)動．返程時，隨著活塞撞腔壓力差的作用下加速向前運(yùn)動．當(dāng)后閥孑L進(jìn)人節(jié)擊缸體速度降到零，此時前腔壓力基本和后腔壓力收稿日期：2003—06—24作者簡介：于曉琳(1978一)，女，黑龍江龍江縣人，碩士研究生維普資訊http://www.cqvip.com第4期于曉琳等：氣動矛電算模型的建立及其應(yīng)用·47·相等．由于前腔承壓面積大于后腔承壓面積，活塞式中：尺為鋼管前端中心線處的被動土壓力，尺作反向

5、的加速運(yùn)動，當(dāng)后閥孑L越過內(nèi)密封環(huán)后，前=y+2c~／；y為土的容重，kN／m；為被腔和后腔被隔離，前腔壓力逐漸降低，當(dāng)壓力低于動土壓力系數(shù)，=tan(45。+0／2)；日為管道中心某一值后，前腔作用力小于后腔氣體對活塞的作用的深度；c為土的粘聚力，kPa．力，活塞開始減速運(yùn)動，直到速度為零，完成一次循鋪設(shè)管線過程中所受的總阻力為環(huán)，此時后腔作用力大于前腔，活塞開始第二次循Fo=F+F(1)環(huán)，如此往復(fù)．2．2．2矛體運(yùn)動方程由于假設(shè)活塞與矛體之間的滑動摩擦力忽略2仿真電算數(shù)學(xué)模型的建立不計(jì)，因此矛體的運(yùn)動方程：M。警=PlS一F。(2)2．1氣動矛系統(tǒng)及關(guān)于氣動矛系統(tǒng)的假設(shè)式中：為矛

6、體質(zhì)量，kg；

7、p。為氣動矛前腔氣按照氣動矛的結(jié)構(gòu)和工作原理，把氣動矛的工體在沖程、返程不同階段的壓力，MPa；S為氣動矛作過程劃分為六個階段，針對活塞各階段的運(yùn)動特前腔活塞受力面積，m．點(diǎn)，分別建立動力微分方程、運(yùn)動微分方程和位移2．2．3氣腔內(nèi)氣體壓力動特性方程微分方程．為此，本文在認(rèn)真總結(jié)了各種電算模型由于假設(shè)②前腔與后腔均是發(fā)生絕熱變化，因的基礎(chǔ)上，作了如下假設(shè)：此在絕熱過程有：①空壓機(jī)的氣體為理想氣體，其壓縮過程和膨pv=const脹過程看成氣體絕熱過程且壓力恒定；式中：=Cp／c稱為絕熱指數(shù)或比熱比，空氣的②前腔與后腔均是發(fā)生絕熱變化；k=1．4；

8、p為氣腔內(nèi)氣體的絕對壓力

9、，MPa；為氣腔③氣動矛內(nèi)外泄漏均可忽略不計(jì)；內(nèi)氣體的比容，=Vim，即單位質(zhì)量所占的體積，④活塞與矛體之問的滑動摩擦力忽略不計(jì)．m／kg．2．2仿真電算數(shù)學(xué)模型P(V／m)=const上式兩邊對時間t求導(dǎo)，整理得：2．2．1鋪管過程中所受總阻力的計(jì)算¨dp,midY,一依據(jù)地層的力學(xué)參數(shù)，計(jì)算鋪設(shè)管線時所需的=k(d．·mi～一．)(3)．．總推力，即鋪設(shè)管線所受的阻力．主要包括矛體切式中：為氣腔內(nèi)氣體的體積；／7／,為氣腔內(nèi)氣削土層產(chǎn)生的正