基于AMESim的窨井清挖機械手液壓系統設計

摘要：設計了一種窨井清挖機械手液壓系統，首先擬定窨井清挖機械手液壓系統原理圖，該液壓系統由定量泵、電磁溢流閥、電磁換向閥、液壓鎖、雙單向節流閥、單向順序閥、調速閥及液壓缸等元件組成，液壓系統每個支路獨立動作實現機械手的工作循環；然后利用AMESim仿真軟件對該液壓系統進行仿真，驗證了方案的可行性。

關鍵詞：AMESim；窨井清挖機械手；液壓系統

中圖分類號：TP241 " "文獻標志碼：A " "文章編號：1671-0797（2023）02-0042-04

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

0 " "引言

隨著我國經濟的迅猛發展，城市人口日益增多，隨之產生的城市垃圾問題也日趨嚴重，但相對于國外來說，我國的窨井清淤技術還不夠完善，城市排水系統中的問題也是復雜多變，比如干燥炎熱天氣會產生大量的毒氣，在陰雨天氣又會由于積水無法流通造成城市管道堵塞，從而影響人們的正常生活。

目前，我國在管道清淤方面還處于起步探索階段，大多數地區仍為人工清淤，主要依靠大鐵勺、鐵叉、夾具等。工人在井下作業時工作效率低，有些窨井狹窄、危險性大，并且由于常年累積，里面充滿有毒氣體，易發生危險。相較而言，機械清淤更具優勢，但我國的機械清淤仍存在很多問題，比如需要人機配合清淤，采用機械為主、人工為輔的清淤方式，在面對窨井中出現的一些不易清理的雜物或遇到黏稠度較大的淤泥時，還會造成抓斗卡住等一系列存在安全風險的問題[1]。鑒于此，本課題設計了一種用于窨井清挖的機械手液壓系統，并利用AMESim仿真軟件對該液壓系統進行了仿真驗證。

1 " "擬定窨井清挖機械手液壓系統原理圖

1.1 " "窨井清挖機械手結構

窨井清挖機械手結構[2]如圖1所示。

1.2 " "窨井清挖機械手液壓系統擬定

窨井清挖機械手液壓系統原理圖如圖2所示。

2 " "窨井清挖機械手液壓系統仿真

2.1 " "液壓系統建模

在AMESim仿真軟件中搭建液壓回路如圖3所示。

2.2 " "仿真模型的參數設置

各回路的主要參數如表1所示。

2.3 " "動態特性仿真分析

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 " "平行四邊形機構缸仿真分析

平行四邊形機構缸工進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 " "液壓系統整體位移曲線

液壓系統執行元件整體位移曲線如圖14所示。機械手動作順序如下：首先舉升缸運動，達到指定高度后處于中位保壓狀態；然后水平缸運動，達到指定位置后處于中位保壓狀態；接下來井下伸縮缸進入井內，平行四邊形機構定位，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。

仿真結果表明，該液壓系統設計方案可行。

3 " "結語

本課題提出了窨井清挖機械手液壓系統方案，并利用AMESim仿真軟件對該液壓系統進行了仿真分析，驗證了方案的可行性。此窨井清挖機械手極大地降低了工人的勞動強度，提高了清淤效率，不需要工人親自下井進行清理，能夠防范井下可能發生的安全事故，提高工作安全性，在我國城市環保和建設方面都具有重要意義。

[參考文獻]

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

[2] 樊鴻偉.窨井清淤機械手的設計與研究[D].唐山：華北理工大學，2016.

收稿日期：2022-09-29

作者簡介：王杰（1972—），女，河北黃驊人，工學碩士，教授，從事流體傳動與控制技術的研究及教學工作。