推土機變速調壓閥的控制特性

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(山推工程機械股份有限公司研究總院, 山東 濟寧　272073)

引言

液力式推土機其變速調壓閥(以下簡稱調壓閥)在整機中的作用為：當進行換向或換擋時會引起變速箱離合器貼合，調壓閥能夠控制變速箱離合器腔壓力，使其趨于比例控制，從而使得變速箱離合器中的摩擦片貼合更平滑，避免換擋沖擊，使得駕駛人員操作更舒適。

1　調壓閥結構介紹

圖1為某機型推土機調壓閥結構示意圖，當執(zhí)行變速操縱，由泵至離合器油腔的通道被打開，油流入離合器腔，快回閥芯1借助腔內壓力左移，此時油口A與油口B相連，其目的為釋放閥套4右端背壓。

當離合器腔油液注滿之后，壓力開始升高，此時離合器腔油液會通過快回閥1的節(jié)流口a流向右腔，由于壓力面積差使得快回閥閥芯1向右移動直至A口和B口關閉。油液同時會流經調壓閥芯3的節(jié)流口b，流入油腔C并推動活塞2。發(fā)生此情況時，反作用力會引起閥芯3壓縮彈簧5、6向左移動。同時， 流經快回閥1的油液會流經節(jié)流口c，流入油腔A， 并成為閥套4的背壓。背壓會使閥套4向左移并壓縮彈簧7和推動閥芯3。調壓過程是通過調壓閥閥芯和調壓閥閥套間的環(huán)形節(jié)流口所完成。

1.快回閥閥芯　2.活塞彈簧　3.調壓閥閥芯　4.調壓閥閥套 5～7.調壓閥彈簧　8.止動塊圖1　某推土機調壓閥結構示意圖

2　數(shù)學模型建立

過程一：設閥套4左移x，閥芯3相對閥套4左移y(mm)；去A腔流量Qa、C腔流量Qc、T口泄漏流量Q泄漏(m3/s)；P口壓力pd，A腔壓力pa，C腔壓力pc(MPa)。

已知P口流量Q(m3/s)；彈簧5～7剛度分別為：k5、k6、k7(N/mm)；安裝載荷分別為：a、0、b(N)。

由流量連續(xù)性方程得：

Qc+Qa+Q泄漏=Q

(1)

由薄壁孔節(jié)流方程得：

(2)

對閥芯受力分析得：(因彈簧2載荷很小以下計算不予考慮)

(3)

對閥套受力分析得：(過程一彈簧6未參與)閥套受彈簧7、閥芯的作用力，其中閥芯對閥套的力等于彈簧5的力，所以：

(4)

當閥芯與閥套抬肩打開后有：

(5)

式中：Cd為節(jié)流系數(shù)，薄壁孔取0.62；A為節(jié)流口過流面積(a、b、c過流面積相等)；ρ為油液密度；Aa為閥套橫截面積；Ac為活塞腔橫截面積；A泄漏=πd(y-c)10-3(m2)；其中，d為閥芯直徑(m)；c為閥芯與閥套抬肩(mm)；Cd泄=0.85(閥口出為銳邊)。

設閥芯相對閥套移動最大距離為y1(mm)，此時進C腔流量為0(下一時刻相對閥套右移)。

即：

Qc=0

(6)

因此閥套移動距離x非常小，為計算y1可將x≈0進行近似計算將式(1)、(3)、(4)、(6)代入式(2)、(5)得：

聯(lián)立以上等式，代入實際參數(shù)算得：

Qa=1.48×10-5m3/s，y1=3.44 mm

過程二：閥芯、閥套同時左移(閥芯相對閥套右移)，閥套移動e(mm)后碰觸止動塊8調壓結束。

此時流經A腔流量：

由C腔流至P口流量：

(8)

由流量連續(xù)性方程得：

Qa-Qc+Q泄漏=Q

(9)

閥套移動體積：(閥套半徑r1，響應時間t)

(10)

閥芯移動體積：(閥芯半徑r2)

(11)

已知：x=e

(12)

聯(lián)立式：(5)、(7)～(12)，代入實際參數(shù)計算得：t=0.31

3　基于SimlationX調壓閥特性仿真

利用SimulationX仿真軟件進行模型搭建，模型如圖2所示，各項參數(shù)與數(shù)學模型一致。

圖2　基于SimulationX的調壓閥模型

調壓閥壓力動態(tài)響應曲線仿真結果如圖3所示，得到響應時間約為0.35 s(第一次波谷至波峰的時間)，該結果與數(shù)學仿真結果相近，驗證了數(shù)學模型的準確性。同時對該機型進行了實車測試，其測試結果如圖4所示，響應時間為0.3 s。

圖3　調壓閥壓力動態(tài)響應曲線

圖4　調壓閥壓力響應實測曲線

該機型推土機存在換擋振動大的問題與測試結果吻合。如圖5所示：保持原系統(tǒng)其他參數(shù)不變，節(jié)流口a、b、c直徑由d=1.2 mm變?yōu)閐=0.8 mm，觀察壓力響應曲線變化，仿真結果增大阻尼能夠延長響應時間。如圖6所示，保持原系統(tǒng)其他參數(shù)不變，將彈簧6的剛度由10.5 N/mm變?yōu)?7 N/mm后，仿真結果響應時間減短。因為該機型推土機存在操作舒適性差的問題，所以對響應時間做延長處理，增大阻尼(減小節(jié)流口過流面積)后得到圖7響應曲線，振動消失，操作舒適性得到很大提高。

圖5　不同阻尼的影響

圖6　不同剛度的影響

圖7　改變阻尼后響應時間實測曲線

4　結論

對某推土機變速調壓閥動態(tài)響應時間進行數(shù)學分析并通過SimulationX進行仿真研究。同時對仿真結果進行整機實測，測試結果驗證了仿真的正確性與準確性，并且解決了該機型換擋沖擊大的問題。通過控制不同系統(tǒng)阻尼和彈簧剛度，研究其對壓力響應特性的影響結果，為改善調壓閥參數(shù)提供了手段。

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