汽车瞬时压力控制系统充液管道参数研究*

2023-10-21杨慧荣

装备机械 2023年3期

□ 杨慧荣

河南工业贸易职业技术学院汽车工程学院郑州 451191

1 设计背景

液压瞬时压力控制系统将蓄能器作为液压系统的辅助动力源,应用较小流量的液压泵,为蓄能器进行供油。当机构执行制动动作时,由蓄能器通过连接的充液管道向执行机构供应大量的油液,保证机构能在最短的时间内完成制动动作。若充液管道的通径过小,会延长机构的动作时间,使系统压力损失增大,并且会产生较大的冲击,缩短充液管道和液压元器件的使用寿命。若充液管道的通径过大,则会增加成本,导致整体装置结构庞大,并且容易产生气穴现象。

对充液管道选择的理论和应用日益成熟,但是在现代煤矿生产中,要求液压制动保护装置在降低制动时间的基础上,还要尽可能减小制动时的压力峰值,以降低对机架的冲击,因此需要进一步研究充液管道参数对液压系统和制动时间产生的影响。根据断带保护装置的结构特点和系统要求来调整充液管道的各项参数,总结出适合类似结构和系统的充液管道的参数设置方案,可以达到在满足执行机构快速运动的基础上降低液压冲击、振动及提高经济性的要求。

笔者采用理论分析、计算机仿真和现场试验相结合的方式,研究汽车瞬时压力控制系统充液管道参数,分析充液管道参数对汽车瞬时压力控制系统和制动时间的影响,为在实际生产中断带保护系统充液管道的选择提供依据。

2 参数合理选择

在汽车瞬时压力控制系统充液管道中,流体的伯努利方程为:

(1)

∑hw=∑hf+∑hs

(2)

式中:Ws为轴功;z1、z2为充液管道截面所在的高度;p1、p2分别为截面z1、z2处的流体压强;μ1、μ2分别为截面z1、z2处的流体速度;ρ为流体密度;g为重力加速度;∑hw为充液管道阻力;∑hf为充液管道沿程阻力;∑hs为充液管道局部阻力。

流体在充液管道内的流动可视为层流,由此充液管道沿程阻力为:

∑hf=32lv/d2

(3)

式中:l为充液管道长度;d为充液管道直径;v为流体黏度。

根据所用管接头的设备属性,可以查出当量直管阻力,得到充液管道局部阻力为:

∑hs=hg

(4)

式中:h为截面z1、z2处的高度差。

3 仿真分析

3.1 原理

汽车瞬时压力控制系统液压原理如图1所示。油泵为系统的运行提供动力。控制元件包括比例溢流阀、溢流阀、节流阀、单向阀等,对系统起到一定的保护作用。执行元件为制动器油缸,直接负责制动器的制动和松闸动作。采用蓄能器对系统进行补压,能起到延长保压时间和减缓系统冲击的作用,满足应急要求。这一制动控制方式能够实现制动过程平稳安全,可靠性高。

图1 汽车瞬时压力控制系统液压原理

3.2 充液管道长度对制动特性影响

汽车瞬时压力控制系统中,采用容量为50 L的蓄能器为系统供油,按照液压设计原则,蓄能器的预充油压力为系统溢流阀调定压力的75%,确定蓄能器的充油压力为6 MPa。经计算,满足系统工作条件的充液管道最小内径为16 mm,根据在实际应用中所选充液管道的最小内径应稍大于系统所需最小内径的原则,在选择充液管道直径为18～26 mm的条件下,分析充液管道的长度分别为1 m、6 m、10 m时汽车瞬时压力控制系统产生的压力变化情况。应用AMEsim软件仿真得到在充液管道不同长度时充液管道入口和出口压力曲线,分别如图2、图3所示。压力变化是液压作用的宏观表现,由图2、图3可见,波动的压力曲线反映出制动是一个复杂的作用过程。充液管道长度越长,波动趋势越不明显,这是因为压力波动沿着管道进行衰减,充液管道长度越大,衰减越明显。

图2 充液管道不同长度时入口压力曲线

图3 充液管道不同长度时出口压力曲线

充液管道不同长度时的压力峰值见表1。由表1可以看出,在充液管道直径大小确定的情况下,充液管道入口和出口的压力峰值会随着充液管道长度的增大而逐渐增大,但是压力峰值增大的幅度相对于长度增大来说并不明显。可见,减小充液管道的长度对于减小系统的压力峰值并没有显著作用。当然,在充液管道直径不变的情况下,应根据汽车瞬时压力控制系统的布置情况和降低成本的原则,尽量选择布置长度较短的充液管道。

表1 充液管道不同长度时压力峰值

3.3 充液管道直径对制动特性影响

在仿真中,研究充液管道不同直径时对制动特性的影响。将充液管道直径依次设置为18 mm、20 mm、22 mm、24 mm、26 mm,应用AMEsim仿真软件,可以得到充液管道不同直径时充液管道入口和出口压力曲线,进而可以得到充液管道不同直径时的压力峰值,见表2。由表2可知,随着充液管道直径的减小,充液管道入口和出口的压力呈现越来越剧烈的变化趋势,压力峰值增大,因此,入口处使用的充液管道直径越小,入口和出口的压力波动就越大,造成的压力损失也就越大。