基于SimulationX的推土机转向制动阀仿真研究

2015-04-16宋宝

液压与气动 2015年11期

, 　, 宋宝, , 　

(山推工程机械股份有限公司研究总院，山东济宁　272073)

引言

推土机主要应用于大型工程项目建设中，工况相对恶劣，为提高推土机的操作舒适性，要求推土机在恶劣工况条件下仍然能够平稳换挡、转向，避免离合器受到较大压力冲击。而转向制动阀是实现推土机转向制动控制的关键部件，其工作性能对推土机的转向制动操作舒适性起着关键作用[1]。

本研究以国外某大型推土机的转向制动阀作为研究对象，分析其工作原理、性能参数等内容，然后基于SimulationX软件仿真平台，建立阀的仿真模型，研究各参数对系统性能的影响，为今后产品设计及性能优化提供了数据参考及理论依据[2]。

1　转向制动阀数学模型的建立

转向制动阀的主要功能是调节系统主油路通往转向离合器和制动离合器的供油压力曲线，使离合器压力平稳上升或下降，防止离合器受到异常压力冲击，提高离合器寿命[3]。其工作原理图如图1所示。

转向制动阀由右转向阀、右制动阀、左制动阀、左转向阀和停车制动阀组成，左右转向阀和左右制动阀为对称结构。本研究以一侧转向阀及制动阀进行分析，分别建立其工作中详细数学模型。一侧转向制动阀结构如图2所示。由于阀芯与阀体之间为间隙配合并有润滑油膜，摩擦力相比较小，本研究所建立的数学模型忽略摩擦力的影响。

1.右制动阀　2.右转向阀　3.左转向阀　4.左制动阀　5.锁车阀图1　转向制动阀原理图

图2　转向制动阀结构图

1.1　转向阀工作原理

操纵转向杆，向左推动阀芯m1，通过弹簧k1将力传递到阀芯m2，阀芯m2压缩弹簧k2，使进油腔与转向离合器腔打开，离合器腔压力pRC开始上升，此时阀芯m2所受作用力达到平衡，受力如下：

F2+k2x2+pRC×A2=

(1)

式中，F1—— 弹簧1预紧力, N

F2—— 弹簧2预紧力, N

x1—— 阀芯m1位移, m

x2—— 阀芯m2位移, m

k1—— 弹簧1弹性系数, N/m

k2—— 弹簧2弹性系数, N/m

pRC—— 转向离合器压力, Pa

A2—— 转向活塞作用面积, m2

m2—— 阀芯2质量, kg

阀芯m1在操纵力的作用下向左运动，此时离合器腔油液压力pRC反馈到助力腔A1中，与弹簧1达到受力平衡。此时，阀芯m1受力分析如下：

(2)

式中，FC—— 转向操纵力, N

A1—— 转向助力腔作用面积, m2

m1—— 阀芯1质量, kg

1.2　制动阀工作原理

系统工作之后，主油路油液即进入制动离合器腔，此时，制动离合器腔压力pRB与弹簧4的作用力达到受力平衡，可得到初始状态下制动离合器的压力pRB。如下：

F4+k4x4=pRB×A4

(3)

操纵制动杆，向左推动阀芯m3，通过弹簧k3将力传递到阀芯m4，阀芯m4压缩弹簧k4，使制动离合器腔与回油口相通，离合器腔压力pRB开始下降，此时阀芯m4所受作用力达到平衡，受力如下：

F4+k4x4-pRB×A4=

(4)

式中，F3—— 弹簧3预紧力, N

F4—— 弹簧4预紧力, N

x3—— 阀芯m3位移, m

x4—— 阀芯m4位移, m

k3—— 弹簧3弹性系数, N/m

k4—— 弹簧4弹性系数, N/m

pRB—— 制动离合器压力, Pa

A4—— 制动活塞作用面积, m2

m4—— 阀芯4质量, kg

阀芯m3在操纵力的作用下向左运动，此时系统主压力pTM反馈到助力腔A3中，与弹簧3达到受力平衡。此时，阀芯m3受力分析如下：

F3+k3(x3-x4)+pRB×A4=

(5)

式中，FB—— 制动操纵力, N

A3—— 制动助力腔作用面积, m2

m3—— 阀芯3质量, kg

2　转向制动阀仿真模型的建立

根据上述建立的转向制动阀数学模型，在仿真软件SimulationX中分别建立转向阀及制动阀的仿真模型。除转向制动阀模型外，还需要建立液压泵主系统油路仿真模型、转向离合器及制动离合器仿真模型。根据系统的侧重点不同，在建立上述模型时进行了以下几点简化[4]： ① 用理想动力源模型代替了实际上随不同操作有压力波动的液压泵； ② 用固定弹性系数的弹簧模型代替了实际上随压缩量变化弹性系数不断变化的离合器中碟簧。转向阀及制动阀的位移由信号模块1控制，信号曲线根据实际操纵下阀芯的位移进行设定。对搭建好的仿真模型进行了封装[5]，最终建立的仿真模型如图3所示。