基于SimulationX對(duì)轉(zhuǎn)向控制閥的開(kāi)發(fā)與研究

胡德利，武小偉，何 松，趙建軍，楊述慶，王 進(jìn)

（1. 雷沃重工股份有限公司，山東 濰坊 261206；2. 山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

SimulationX是德國(guó)ITI公司開(kāi)發(fā)的一款基于標(biāo)準(zhǔn)物流對(duì)象建模語(yǔ)言modelica的分析評(píng)價(jià)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)各部件相互作用的權(quán)威軟件，具有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)［1-2］。

某推土機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向控制閥，如圖1所示，由兩聯(lián)閥組成，上聯(lián)為轉(zhuǎn)向控制閥，下聯(lián)為制動(dòng)控制聯(lián)。

圖1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向控制閥

通過(guò)操縱搖臂拉桿2使搖臂與調(diào)節(jié)螺栓9分別推動(dòng)轉(zhuǎn)向閥芯5和制動(dòng)閥芯13壓縮彈簧4、7、12、15，A腔與B腔相通，油液進(jìn)入轉(zhuǎn)向離合器；D腔與F腔相通，油液進(jìn)入制動(dòng)助理器。通過(guò)彈簧作用力獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)向壓力與制動(dòng)壓力［3］。調(diào)整螺栓9伸出量與搖臂2的行程差，獲得制動(dòng)閥芯與轉(zhuǎn)向閥芯運(yùn)動(dòng)的先后順序，因此在實(shí)際操作中因調(diào)節(jié)螺栓9調(diào)整不當(dāng)或磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向離合器還沒(méi)有切斷動(dòng)力，制動(dòng)器過(guò)早制動(dòng)而損壞。

1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)以上缺陷，本文對(duì)機(jī)械式轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一款液控轉(zhuǎn)向控制閥，如圖2所示，由轉(zhuǎn)向閥體1、軸2、彈簧3、轉(zhuǎn)向閥芯4、螺塞5、制動(dòng)閥體6、制動(dòng)閥芯7、活塞8、通油塊9 組成。

先導(dǎo)油液通過(guò)螺塞5進(jìn)入液控轉(zhuǎn)向閥推動(dòng)轉(zhuǎn)向閥芯4右移，使A腔中油液進(jìn)入B腔，轉(zhuǎn)向油路連通。B腔中部分油液通過(guò)油道b與通油塊9進(jìn)入制動(dòng)控制閥聯(lián)。

2 動(dòng)力學(xué)分析

現(xiàn)分析各閥芯運(yùn)動(dòng)狀況，對(duì)閥芯進(jìn)行受力分析，圖3為轉(zhuǎn)向閥閥芯受力情況，圖4為制動(dòng)閥芯受力情況。

圖2 液控轉(zhuǎn)向控制閥

圖3 轉(zhuǎn)向閥芯受力分析

操縱先導(dǎo)手柄后，轉(zhuǎn)向閥芯右端受到先導(dǎo)力Fa，推動(dòng)閥芯左移，使A腔與B腔接通，油液進(jìn)入轉(zhuǎn)向離合器，另一部分油液通過(guò)油道b在閥芯左側(cè)產(chǎn)生dFx的推力，方向向右。

當(dāng) FadFx時(shí)閥芯達(dá)到平衡，此時(shí)轉(zhuǎn)向離合器達(dá)到工作壓力。

油液通過(guò)E腔，進(jìn)入制動(dòng)閥體6的K腔，推動(dòng)制動(dòng)閥芯7。

圖4 制動(dòng)閥芯受力分析

F1/N——制動(dòng)閥芯左端受到的力

dPx/N——轉(zhuǎn)向離合器反饋壓力

A1/mm2——dPx作用的閥芯面積

F2/N——制動(dòng)閥芯右端受到的力

P1/bar——泵口壓力

A2/mm2——P1作用的閥芯環(huán)形面積

dPy/bar——制動(dòng)器反饋壓力

A3/mm2——dPy作用的閥芯面積

φB/mm——制動(dòng)閥芯外徑

φC/mm——制動(dòng)閥芯內(nèi)徑

初始狀態(tài)時(shí)，dPy=0，當(dāng)F1=F2時(shí)閥芯達(dá)到平衡，此時(shí)dPy=P1達(dá)到最大。

當(dāng)制動(dòng)閥芯不動(dòng)dPy=0，將1～5公式代入得到：

即當(dāng)dPx達(dá)到公式（6）值時(shí)制動(dòng)閥芯打開(kāi)，油液才能進(jìn)入制動(dòng)助力器，因此只要選擇合適的兩個(gè)直徑比即可保證離合器切斷動(dòng)力后制動(dòng)器才開(kāi)始工作，系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

圖5 液壓原理圖

3 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證改善后的效果，本文根據(jù)圖5所示的液壓原理圖，利用Simulation X對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真測(cè)試。

為了仿真簡(jiǎn)化只對(duì)一側(cè)進(jìn)行仿真，mass1-轉(zhuǎn)向閥芯質(zhì)量，mass2-制動(dòng)閥芯質(zhì)量，mass3-制動(dòng)裝置質(zhì)量，mass4轉(zhuǎn)向裝置質(zhì)量，pistonArea1-轉(zhuǎn)向閥芯右側(cè)作用面，pistonArea5-轉(zhuǎn)向閥芯右側(cè)作用面，pistonArea2-制動(dòng)閥芯左側(cè)作用面ΦB，pistonArea3-制動(dòng)閥芯右側(cè)作用面ΦC，pistonArea4-活塞8作用面，等于ΦC。圖6～8所示。

圖6 仿真邏輯圖

利用表1所示的階梯控制信號(hào)模擬操縱手柄開(kāi)關(guān)。仿真時(shí)間為2s。

表1 控制信號(hào)參數(shù)表

仿真完成后，查看轉(zhuǎn)向離合器與制動(dòng)器中壓力隨時(shí)間變化趨勢(shì)，結(jié)果如下：

圖7 兩壓力變化隨控制信號(hào)變化情況

圖8 制動(dòng)閥芯位移與轉(zhuǎn)向離合器壓力變化情況

通過(guò)仿真得到：

當(dāng)ΦB/ΦC=2時(shí)能獲得較好的制動(dòng)閥芯開(kāi)啟壓力值。

轉(zhuǎn)向離合器與制動(dòng)器中壓力隨著控制信號(hào)的變化而變化，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向控制。

當(dāng)轉(zhuǎn)向離合器中壓力達(dá)到一定值后，本仿真中壓力值約為20bar，此時(shí)離合器已切斷動(dòng)力，制動(dòng)閥芯才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)器開(kāi)始充油制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離合器解除動(dòng)力后制動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于SimulationX軟件對(duì)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證了液控操縱閥的可行性，并獲得制動(dòng)閥芯左右端面積比值，從根本上解除了離合器還沒(méi)有切斷動(dòng)力，制動(dòng)器就開(kāi)始制動(dòng)的故障隱患。