胡波　張振東　王小燕

摘要：

分析了雙回路制動(dòng)閥的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程，探討了雙回路制動(dòng)閥上、下閥芯對(duì)其前、后橋輸出口的遮蓋量對(duì)動(dòng)態(tài)工作特性的影響.基于AMESim液壓/機(jī)械多場(chǎng)耦合仿真平臺(tái)建立了雙回路制動(dòng)閥的仿真模型，研究了遮蓋量變化對(duì)制動(dòng)壓力輸出特性的影響規(guī)律以及單回路制動(dòng)安全性能.搭建了全液壓制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)具有不同遮蓋量的制動(dòng)閥樣品的制動(dòng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)試.實(shí)測(cè)結(jié)果表明：遮蓋量與制動(dòng)空行程成正相關(guān)，與前、后橋的最大制動(dòng)壓力成負(fù)相關(guān)；雙回路制動(dòng)閥的前、后回路相互獨(dú)立，當(dāng)其中一條回路失效時(shí)，另一條回路仍能正常工作.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有良好的一致性，驗(yàn)證了該仿真模型的有效性.

關(guān)鍵詞：

全液壓制動(dòng)系統(tǒng)； 雙回路制動(dòng)閥； 遮蓋量； AMESim仿真； 制動(dòng)壓力輸出特性

中圖分類號(hào)： TH 137.52+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：

The dynamic movement process of dual circuit braking valve was analyzed.The influence of the overlapping lengths between the upper core and the rear output port as well as the lower valve core and the front output port on its dynamic characteristics was investigated.According to the simulation model of dual circuit braking valve built by AMESim software，the effects of overlapping length on the braking output pressure characteristics and the safety of single circuit brake valve were studied.The experimental bench with a full hydraulic braking system was established to determine the braking valves output characteristics with different overlapping lengths.The experimental results showed that there were positive correlations between overlapping lengths and the length of braking spare travelling process.And the overlapping lengths were negatively correlated with the maximum output pressure.Each circuit could work independently.Therefore，when one circuit lost efficacy，the other could work well.The experimental results were consistent with the simulation results，which verified the great validity of the simulation model and its simulation method.

Keywords：

full hydraulic braking system； dual circuit hydraulic braking valve； overlapping length； AMESim simulation；brake pressure output characteristics

全液壓制動(dòng)系統(tǒng)具有制動(dòng)力矩大、制動(dòng)靈敏、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，與氣液制動(dòng)系統(tǒng)相比具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，已成為工程機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢(shì).由于目前國(guó)內(nèi)并未完全掌握全液壓制動(dòng)系統(tǒng)的核心技術(shù)，仍依靠國(guó)外進(jìn)口的系統(tǒng)元件，造成系統(tǒng)成本昂貴、升級(jí)困難.因此，實(shí)現(xiàn)全液壓制動(dòng)系統(tǒng)元件的國(guó)產(chǎn)化非常重要.雙回路制動(dòng)閥作為全液壓制動(dòng)系統(tǒng)壓力輸出的控制元件，其性能的優(yōu)劣直接影響車(chē)輛制動(dòng)的安全性.目前國(guó)內(nèi)學(xué)者只對(duì)國(guó)外雙回路制動(dòng)閥樣品的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)研究[1-4]，尚未深入開(kāi)展不同關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)雙回路制動(dòng)閥性能影響規(guī)律的研究.

本文建立了雙回路制動(dòng)閥工作過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，分析了閥芯受力平衡以及動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并基于AMESim液壓/機(jī)械多場(chǎng)耦合仿真平臺(tái)，建立了制動(dòng)閥的液壓仿真模型，通過(guò)變參數(shù)仿真和實(shí)驗(yàn)研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)制動(dòng)閥性能的影響規(guī)律.研究對(duì)于雙回路制動(dòng)閥的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值.

1雙回路制動(dòng)閥工作原理

1.1工作過(guò)程分析

雙回路制動(dòng)閥的液壓原理圖如圖1所示，其中：A1、A2分別為前、后橋輸出口；T1、T2分別為前、后橋回油口；P1、P2分別為前、后橋進(jìn)油口；F為踏板力，N.雙回路制動(dòng)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其中：Xu為上閥芯對(duì)P1的遮蓋量；Xd為下閥芯對(duì)P2的遮蓋量.

雙回路制動(dòng)閥具有上、下兩個(gè)閥芯（近制動(dòng)踏板端為上閥芯，遠(yuǎn)制動(dòng)踏板端為下閥芯），其工作過(guò)程可分為三個(gè)階段：制動(dòng)空行程階段、比例制動(dòng)輸出階段、制動(dòng)撤銷(xiāo)階段.

制動(dòng)空行程階段是指上、下閥芯在F作用下左移，制動(dòng)閥的前、后橋輸出口A1、A2分別與回油口T1、T2由接通到逐漸斷開(kāi)，并與進(jìn)油口P1、P2由斷開(kāi)到臨界接通的過(guò)程.

比例制動(dòng)輸出階段是指隨著閥芯位移逐漸增大，A1、A2分別開(kāi)始與P1、P2接通，雙回路制動(dòng)閥開(kāi)始輸出制動(dòng)壓力，制動(dòng)輸出壓力與閥芯位移成比例關(guān)系.當(dāng)閥芯位移達(dá)到最大值時(shí)，制動(dòng)輸出壓力達(dá)到最大值并保持不變.

當(dāng)F撤銷(xiāo)時(shí)，閥芯在復(fù)位彈簧的作用下右移，雙回路制動(dòng)閥A1、A2分別與T1、T2接通，前、后橋制動(dòng)器中的液壓油回流至油箱，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束.

根據(jù)閥芯在不同工作階段的受力情況，可得到其受力平衡方程.當(dāng)制動(dòng)閥處于空行程階段時(shí)，閥芯受力平衡情況及動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程可表示為

綜上可得，上、下閥芯分別對(duì)進(jìn)油口P1、P2的遮蓋量Xu、Xd決定了制動(dòng)過(guò)程中空行程的長(zhǎng)短.此外，由式（4）可知，在雙回路制動(dòng)閥其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，Xu、Xd與雙回路制動(dòng)閥輸出壓力成比例關(guān)系.由于在雙回路制動(dòng)閥加工中主要是通過(guò)改變Xu、Xd調(diào)節(jié)不同的雙回路制動(dòng)閥的輸出壓力，因此，Xu、Xd是雙回路制動(dòng)閥的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù).

2雙回路制動(dòng)閥性能仿真

基于AMESim液壓/機(jī)械多場(chǎng)耦合仿真平臺(tái)建立的雙回路制動(dòng)閥仿真模型[5-6]如圖3所示.為了保證該仿真模型能正確進(jìn)行運(yùn)算，在模型中增加了蓄能器及前、后制動(dòng)器[7].主要仿真參數(shù)如表1所示.

2.1制動(dòng)壓力輸出特性

雙回路制動(dòng)閥仿真模型中閥芯位移輸入信號(hào)如圖4（a）所示，閥芯位移變化范圍為0～9 mm.雙回路制動(dòng)閥前、后橋輸出壓力仿真結(jié)果如圖4（b）所示，雙回路制動(dòng)閥的空行程為2 mm，滿足制動(dòng)輸出壓力響應(yīng)速度的要求.此后，經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的壓力脈動(dòng)階段，前、后橋制動(dòng)輸出壓力與閥芯位移成正相關(guān)，隨著閥芯位移的增大其輸出壓力相應(yīng)增大.由于上、下閥芯運(yùn)動(dòng)存在不同步性，因此在輸出壓力比例增大階段，后橋輸出壓力略小于前橋.當(dāng)閥芯位移達(dá)到最大值時(shí)，雙回路制動(dòng)閥前、后橋的制動(dòng)輸出壓力也達(dá)到最大值（10.4 MPa）并保持不變.

2.2制動(dòng)閥特性變參數(shù)仿真

利用AMESim仿真平臺(tái)中的批處理模塊對(duì)制動(dòng)閥上、下閥芯的Xu、Xd進(jìn)行了變參數(shù)仿真分析（閥芯位移輸入信號(hào)同2.1節(jié)），以確定Xu、Xd與前、后橋制動(dòng)輸出壓力之間的關(guān)系.Xu、Xd仿真參數(shù)如表2所示.

圖5為不同Xu、Xd時(shí)的仿真結(jié)果.隨著Xu不斷減小，雙回路制動(dòng)閥前橋輸出口A1的最大輸出壓力逐漸增大；隨著Xd不斷減小，雙回路制動(dòng)閥后橋輸出口A2的最大輸出壓力也逐漸增大.隨著Xu、Xd逐漸減小，雙回路制動(dòng)閥前、后橋的制動(dòng)空行程變小.因此，可通過(guò)改變Xu、Xd的大小改變雙回路制動(dòng)閥的空行程長(zhǎng)短和前、后橋的最大輸出壓力.

2.3單回路安全性仿真

將雙回路制動(dòng)閥仿真模型的其中一條回路斷開(kāi)，對(duì)另一條回路的輸出壓力特性進(jìn)行了仿真.仿真結(jié)果如圖6所示.當(dāng)一條回路失效時(shí)，另一條回路的制動(dòng)空行程以及前、后橋最大輸出壓力與未失效時(shí)基本一致，即能正常實(shí)施制動(dòng)，兩條回路相互獨(dú)立，從而提高了制動(dòng)安全性.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了對(duì)雙回路制動(dòng)閥的工作特性進(jìn)行分析，搭建了全液壓制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，如圖7所示.實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主要元件參數(shù)如表3所示.

3.1制動(dòng)壓力輸出特性

利用由舵機(jī)、搖臂及連桿等組成的制動(dòng)踏板控制機(jī)構(gòu)對(duì)踏板進(jìn)行勻速控制.制動(dòng)踏板控制機(jī)構(gòu)如圖8所示.雙回路制動(dòng)閥的前、后橋制動(dòng)輸出壓力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，制動(dòng)空行程約為2 mm.由圖9

4結(jié)論

（1） 通過(guò)對(duì)雙回路制動(dòng)閥閥芯的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行分析，得出雙回路制動(dòng)閥上、下閥芯對(duì)其前、后橋輸出口的遮蓋量為其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù).

（2） 對(duì)雙回路制動(dòng)閥上、下閥芯對(duì)其前、后橋輸出口的遮蓋量進(jìn)行了變參數(shù)仿真，發(fā)現(xiàn)該參數(shù)與雙回路制動(dòng)閥的空行程成正相關(guān)，與最大輸出壓力成負(fù)相關(guān)；此外，對(duì)雙回路制動(dòng)閥的單回路安全性進(jìn)行了仿真，結(jié)果顯示，雙回路制動(dòng)閥在其中一條回路失效的情況下，另一條回路仍能正常輸出壓力，表明雙回路制動(dòng)閥具有較高的安全性.

（3） 通過(guò)搭建全液壓制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)雙回路制動(dòng)閥的輸出壓力特性、單回路安全性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并對(duì)比了不同遮蓋量時(shí)的制動(dòng)輸出壓力特性.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有較好的一致性，說(shuō)明建立的仿真模型能對(duì)雙回路制動(dòng)閥的制動(dòng)特性進(jìn)行較準(zhǔn)確的模擬計(jì)算.研究為雙回路制動(dòng)閥的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)尤其是結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了一定的理論參考.

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