操纵阀缓冲结构研究

温度曲线 图 2 通过试验数据分析 液压系统元件 和管路的压力均在设计范围之内 在环境温度为 3 3 时 液压系统热平衡温度为 7 6 左右 发热问题 得到有效解决 一 一 魁 赠 一 0 1 O 2 0 3 O 4 O 5 O 6 O 7 0 8 O 9 O 时 间t mi n 图2 高速行驶工况油液温度曲线 5 结束语 通过平地机液压系统 的热平衡试验 得到了液 压系统各点压力值及不同工况下的热平衡温度 经 过数据分析与热平衡计算 找到导致液压系统油温 偏高的主要因素 从降低功率损失和加大油冷却器 散热面积两个方面人手对系统进行改进 经过试验 验证 问题得到有效解决 在进行冷却系统设计时 热平衡计算是保证产 品可靠性 的一个关键环节 且要充分考虑液压系统 效率 实际作业环境及参数的精确度问题 参考文献 1 栾新立 栾文博 液压系统热平衡计算和冷却方式的设 计 J 拖拉机与农用运输车 2 0 0 8 2 5 9 6 0 2 王剑鹏 秦四成 田中笑 5 O型轮式装载机液压系统热 平衡分析与验证 J 工程机械 2 0 0 8 9 5 4 5 7 3 3 路甬祥 液压气动技术手册 M 北京 机械工业出版社 2 00 5 通信地址 山东省济宁市 3 2 7国道 5 8号 山推国际事业园山 推研究院 2 7 2 0 7 3 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 5 操纵阀缓冲结构研究 何贤剑 刘瑾 浙江海宏液压科技股份有限公司 摘要 为了实现车辆换挡平稳无冲击 需要对操纵阀换挡过程及影响因素进行研究 分析某种 操纵阀缓冲结构的工作原理 在 A M E S i m液压动力仿真软件环境中进行建模仿真 深入研究缓冲阀的 工作过程 通过台架试验分析不同节流孔径对缓冲性能的影响 研究成果可为相关液压领域研究提供 理论与实践帮助 关键词 换挡 缓冲结构 A ME S i m 仿真 台架试验 自动变速器 经过近 6 0多年 的发展之后 已广 泛应用于各种工程车辆及汽车上 工程车辆由于工 作环境恶劣 作业量大 工作 时间长 换挡频 繁 司 机的劳动强度非常高 同时 车辆在换挡过程中 往 往还会出现换挡冲击及动力中断的现象 为了实现 换挡平稳无冲击 提高换挡舒适性 需要对换挡过 程进行深入研究 l J 换挡过程 实际上是控制 两个不同离合器结合 和分离 的过程 结合和分离时间控制不 当 就会 出 现换挡不平稳现象 2 1 对于换挡过程 主要有两个方 面的要求 1 换挡过程要迅速 可以减少摩擦片的磨损 和发热 又可避免换挡过程中的动力 中断 2 换挡过程要 平稳 以减少换挡冲击 提高舒 作者简介 何贤剑 1 9 8 5 一 男 浙江人 助理工程师 硕士 研究方向 工程机械液压阀的设计研发 一 2 4一 加 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 适性 实际上这两个要求是相互矛盾的 为了兼顾 这两个方面 需要 折中考虑 一般换挡时间控制在 0 4 1 s 3 J o 对于动力换挡变速器 主要通过设计合理的 液压操纵系统来实现优 良的换挡品质 因此需要 对换挡缓 冲过程进行深入研 究 本文首先分 析本 公司生产的某种操纵阀缓冲结构及其原理 然后 在 A ME S i m液压动力仿真软件环境 中模 拟缓冲结 构的工作过程及性能影响因素 最后通过台架试 验来验证 1 工作原理分析 图 1 是该操纵阀的工作原理图 其中 双点划 线框代表该操纵 阀 具体工作原理为 调压 阀 3控 制进入变矩器 的油压并控制系统主压力 微调阀 6 控制主油路工作或者卸油 三位 四通电磁换 向阀 8 液动换向阀 9 二位三通 电磁换向阀 1 0共 同作用 以 实现前进 后退及高低挡速度切换功能 缓冲阀7 在其 中起着关键作用 它的性能决定着换挡品质 的 器 1 过滤 器2 溢 流阀3 调压 阀4 5 节 流阀6 微 调 阀 7 缓冲阀8 三位四通电磁换向阀9 液动换向阀l O 二 位三通电磁换向阀 图 1 操纵 阀工作原理 图 优劣 本文主要针对缓冲阀 7进行深入研究 缓 冲阀 7的详细结构及尺寸如图 2所示 主要 由缓冲阀芯 1 弹簧 2 活塞 3 及节流小孔 4组成 整个调压缓冲过程简述如下 1 缓冲阀芯2 弹簧3 活塞4 节流小孔 图 2 缓冲 阀结构 尺寸 图 1 1 初始阶段 初始阶段也就是快速充液过程 由于该阶段压 力偏小 使得作用在缓冲阀芯 A端的力克服不了弹 簧 的预压缩力 因此缓冲阀不参与工作 1 2 缓冲阶段 在经历初始阶段后 主油路基本充满油 随之 P 口压力快速上升 直到对 A端的作用力克服弹簧 的预压缩位移量 和开 口压缩位移量所产生的弹簧 力 缓冲阀阀芯右移 关闭 P口与 P g 口之间的油道 该 过程 阀芯移动 了 6 5 mm 未考虑 阀芯 的惯性作 用 然后 液压油通过节流小孑 L 4 使得 A端与 B 端 的压力差逐渐减小 由于 B端的受力 面积大于 A 端的受力面积 直到作用在 B端的力超过作用在 A 端的力 活塞左移 同时推动缓冲阀芯左移 当缓冲 一 2 5 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 阀阀芯左移至 P口与 P 口接通的瞬间 随着油液的 再次进入 P 口压力重新上升 到压缩 弹簧关 闭 P 口与 P 口的通道时结束 如此循环往复 当缓冲阀 芯与活塞相接触时 缓冲过程结束 该阶段因为 A B两端作用面积不同 使得节流d T L 两端始终 存在压差 也就是 A端 的压力始终大于 B端的压 力 缓冲初始时 A端压力 P p l F l S 4 k l 0 d 2 1 缓冲结束时 A端压力P p 2 F J S 4 k 2 慨o 1 T d 2 2 式 中 F 2 分别为首次和最后一次阀芯移动关闭 P 口与 P 口时所对应的弹簧力 N S 为缓冲阀芯 A端 面积 m k为弹簧刚度 k l 1 9 N mm x 为 弹簧的 预压缩量 x o 1 9 m m x 分别为 弹簧首次与最后 一 次 P口与 P s 口关 闭时 阀芯位 移量 戈 6 5 mm x 2 2 0 m m d 为缓冲阀芯 A端面直径 d 0 0 1 8 IT I 代人以上各值 得 p 1 0 3 9 3 M P a P 2 1 0 2 5 M P a 1 3阶跃升压阶段 缓冲结束后 缓冲阀阀芯与活塞一起向左移 动 直至活塞 c端面与阀体 D端面接触 P与P 口 油道接通 压力跃升至调压阀调定的压力 此后 节 流小孔 4的前后压差趋于零 2 A M E S i m仿真分析 A M E S i m软件最早 由法国 I ma g i n e 公司于 1 9 9 5 年推 出 为多学科复杂系统提供仿真平 台 发展到 现在为 R1 0版本 在 A ME S i m环境 中 用户可 以很 方便地建模 并在此基础上进行深入分析和仿真计 算 使用户省去繁琐的数学建模 从而专注于物理 系统本身的设计 4 J 2 1 缓冲阀建模 根据图 2的结 构尺寸 在 A ME S i m软 件环境 中 搭接缓 冲阀 A ME S i m模型如图 3所示 其 中泵 流量为 2 5 L m i n 调压 阀压力 1 5 MP a A ME S i m子 模型详细参数如表 1 所示 图3 缓冲阀A ME S h n模型 2 2 缓冲过程仿真 参数设置完成之后 进行系统仿真 可得 P 口 调压曲线如图 4所示 曲线主要模拟缓冲阶段和阶 跃升压阶段 0 2 s 为左端 电磁铁得电 2 3 s 为中位 卸压 3 5 s 为右端电磁铁得电 从图中曲线可得出 缓冲阶段从 0 3 9 0 M P a 开始 到 1 0 5 7 M P a 结束 之 后压力跃升到 1 5 M P a 与之前的理论计算值基本 吻合 缓冲时间 0 6 5 S 左右 节流d qL 前后压力曲线如图 5所示 在调压阶 段 明显可见压力曲线上下波动着升高 主要原因 一 26一 是 由于节流fl L 4 存在时间滞后作用 当 P口与 P 口油道关 闭后 P 腔压力通过节流小孔 4进入活塞 腔 B端 造成 P g 口压力略微下降 当作用在 B端 的力超过作用于 A端的力时 P 口压力停止下降 同时促使阀芯左移 直到 P口与 P 口重新接通 P 口压力重新开始上升 由于 A端面积小于 B 端 使 得节流小孔前端压力始终大于节流小孔后端 的压 力 即在缓冲阶段节流小孔内一直有油液流动 直 到缓冲结束 小孔前后压差才趋于零 阀芯位移 曲线如图 6所示 由于惯性作用 阀 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 出 口 图 7 缓冲阀节流孔径对 口压 力影响 曲线 mm 0 7 mm和 0 8 m m 从图中可明显看出 不同的 孔径对系统缓冲时间影响比较大 其中孔径 0 6 m m 的缓冲时间较长为 1 2 7 s 孔径 0 7 m m时为O 8 9 S 孔径 0 8 m m时为 0 6 5 S 4 台架试验 通过前面的理论与仿真分析之后 在 台架试验 台上对节流孔 4进行了 3组不 同孔径 的对 比试验 孔径分别为 0 6 m m 0 7 m m 0 8 m m 试验 曲线如图 8 图 9 图 1 0所示 1 7 O 1 3 6 罨 1 O 2 R 出0 6 8 M 0 3 4 O 0 0 1 7 O l 3 6 娄1 0 2 奋o 6 8 口 0 3 4 0 o 0 28一 l 2 2 l 2 6 l 3 O l 3 4 l 3 8 时间 图 8 咖 8 n i n i 节流小孔压 力曲线 时 间 图 9 鳓 7n l n l 节流小孔压力曲线 1 7 O 1 3 6 罨 1 O 2 H 鼍0 6 8 口 山 0 3 4 0 0 0 叠 一 一 雾 耄 一 毒 罨 霉 I 5 8l 6 3 3 6 8 5 7 3 7 7 8 9 时间 图 l O 伽 6n u l l 节流小孔压力曲线 从图 8 一图 1 0中可得出 缓冲开始压力均为0 4 0 9 MP a 缓冲结束压力 为 1 0 3 6 M P a 与理论和仿真数 值接近一致 其中 伽 8 m m的节流小孑 L 缓冲时间为 O 4 2 S 蜘 7 m m 的缓 冲时间为 0 5 S 40 6 m m 的缓 冲时间为 0 7 9 S 缓冲时间较仿真相 比偏小 原因主 要有两点 一是仿真忽略了油温对油液黏度的影 响 二是阀芯 节流小孔及弹簧等均存在加工误差 但试验结果能充分验证理论与仿真建模 的正确性 并为缓冲阀的方案设计提供理论指导 且省去台架 试验相对费时费力的麻烦 5 结论 车辆要实现优 良的换挡品质 就需要对换挡 过程进行深人研究 本文通过对本公 司生产 的某 种操纵阀缓冲结构进行理论分析 然后在 A M E S im 动力仿真软件环境中进行建模仿真 同时结合台 架试验 对缓 冲过程及其影响因素进行了深入 分 析和对 比试验 试验结果充分验证 了理论 与仿 真 建模的正确性 和优越性 参考文献 1 1李东兵 工程车辆 自动变速器换挡品质控制研究 D 长 春 吉林大学 2 0 0 7 2 苏永清 岳继光 萧蕴诗 等 影响轿车换挡品质主要因 素的分析与试验研究 J 汽车技术