基于AMEsim的雙回路液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)切換閥的仿真分析

陳　靜，戴其華

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇泰州　225300）

基于AMEsim的雙回路液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)切換閥的仿真分析

陳靜，戴其華

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇泰州225300）

文章根據(jù)雙回路液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖，搭建了切換閥的AMEsim仿真模型，對(duì)切換閥的運(yùn)動(dòng)換向性能進(jìn)行了仿真分析，研究確定了影響切換閥換向性能的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供所需的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

雙回路液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；切換閥；AMEsim

切換閥作為雙回路液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，當(dāng)系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常副泵作用時(shí)，切換閥在彈簧作用下自動(dòng)換向，旁通輔助助力缸的兩腔，以減小應(yīng)急工況時(shí)的負(fù)荷，從而使車輛實(shí)現(xiàn)應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向。該閥的研究為國(guó)內(nèi)雙回路液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自主研發(fā)與應(yīng)用提供了有益的參考，在工程實(shí)際中有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

1　切換閥工作原理

如圖1所示，切換閥是只有一個(gè)控制油口K2的液動(dòng)換向閥，在切換閥換向前，壓力為p1的油經(jīng)應(yīng)急閥再經(jīng)油道進(jìn)入切換閥，作用在切換閥閥芯左端，由于液壓力p1大于閥芯右端的彈簧力F2，所以閥芯克服彈簧阻力向右移動(dòng)，使油液經(jīng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器流入輔助動(dòng)力缸，實(shí)現(xiàn)重型商用車多橋助力轉(zhuǎn)向。

當(dāng)主泵系統(tǒng)出現(xiàn)問題（故障），主泵壓力油路切斷，切換閥閥芯左端液壓力p1=0，切換閥閥芯在彈簧彈力F2的作用下回位，切斷輔助助力缸回路，停止多橋轉(zhuǎn)向助力[1]。

圖1　切換閥

2　切換閥的AMEsim模型搭建

為了能夠更準(zhǔn)確地分析切換閥的性能，在閥的運(yùn)行過程中，利用AMEsim的HCD庫(kù)和液壓庫(kù)搭建仿真模型[2]，如圖2所示，模型包括四個(gè)部分：動(dòng)力元件——壓力源（模擬液壓泵壓力）、執(zhí)行元件——液壓動(dòng)力缸（模擬轉(zhuǎn)向器）、控制元件——切換閥和輔助元件（油管、油缸、節(jié)流裝置等）。

圖2　切換閥模型

（1）動(dòng)力元件——壓力源。切換閥系統(tǒng)只有一個(gè)動(dòng)力源，即液壓主泵，系統(tǒng)正常工作時(shí)，主泵提供一定壓力，使切換閥動(dòng)作，相應(yīng)閥口開啟，來自動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的液壓油直接流進(jìn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助動(dòng)力缸；系統(tǒng)在應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，主泵壓力為0，切換閥閥口關(guān)閉，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助動(dòng)力缸被旁通。壓力源參數(shù)設(shè)置同應(yīng)急閥液壓主泵設(shè)置。

（2）執(zhí)行元件。液壓動(dòng)力缸是一執(zhí)行元件，用它來模擬動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助動(dòng)力缸。我們用轉(zhuǎn)向阻力來模擬轉(zhuǎn)向阻力矩，設(shè)置為5000N。

（3）控制元件。該系統(tǒng)里的控制元件就是切換閥，它也是一個(gè)由多個(gè)元件組合而成的模型，如圖3所示，切換閥閥芯在主泵液壓油作用下克服彈簧彈力向左運(yùn)動(dòng)，A2、T2打開，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器壓力油經(jīng)P2進(jìn)入閥腔，從A2流出進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助缸，再?gòu)妮o助缸流出經(jīng)B2流入閥腔，最后經(jīng)T2回油箱。若主泵出現(xiàn)故障，則P1=0，閥芯在彈簧彈力下復(fù)位，A2、T2關(guān)閉，動(dòng)力輔助缸被旁通，油液從B2、T3回油箱。參數(shù)設(shè)置如表1所示。

圖3　控制元件（切換閥）

表1　切換閥參數(shù)設(shè)置表

3　動(dòng)態(tài)仿真分析

3.1切換閥換向性能分析

下面我們來分析切換閥的動(dòng)態(tài)特性[3-4]。為研究閥的換向性能，主泵壓力源設(shè)置為14MPa，壓力信號(hào)分段設(shè)置，每個(gè)階段時(shí)間間隔為5s，仿真時(shí)間15s，仿真步長(zhǎng)為0.1s；副泵壓力源設(shè)置為11MPa。

液壓主泵輸入壓力信號(hào)曲線如圖4所示，0～5s壓力為14MPa，5～10s壓力為0，10～15s壓力為14MPa，5～10s段用來模擬出現(xiàn)故障的主泵。

圖4　液壓主泵輸入壓力信號(hào)曲線

圖5是主泵壓力信號(hào)下的切換閥閥芯位移曲線。由（a）圖中可知，隨著主泵壓力的建立，切換閥逐漸開啟，圖（b）中可以看出切換閥在0.1s時(shí)最大位移達(dá)到5mm，但在切換后有一點(diǎn)波動(dòng)，之后切換閥閥芯在5mm的位置靜止；5s后主泵出現(xiàn)故障壓力為0，切換閥隨之關(guān)閉閥芯位移為0；主泵故障消失，切換閥在主泵壓力下又隨之打開。

圖5　切換閥閥芯位移曲線

3.2系統(tǒng)壓力分析

圖6（a）（b）所示為液壓缸（模擬動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助缸）壓力和位移曲線。圖中可以看出，當(dāng)主泵出現(xiàn)故障后，液壓缸（模擬動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輔助缸）壓力和位移逐漸降為0，這說明主泵出現(xiàn)故障后切換閥閥芯復(fù)位，切斷主泵回路，液壓輔助缸被旁通[5-6]。這與前面分析的切換閥工作原理完全相符。

圖6　液壓缸壓力和位移曲線

4　結(jié)語

通過對(duì)切換閥運(yùn)動(dòng)特性的仿真分析，可以看出切換閥運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)較弱，液動(dòng)閥響應(yīng)速度快，能滿足工程實(shí)際要求。

[1]陳靜,高飛，王春宏，等.重型商用車雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)淺析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2014(2):5-8.

[2]付永領(lǐng),祁曉野.系統(tǒng)建模和仿真實(shí)例教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3]朱成實(shí),陳寄貴.基于AMESim電液換向閥動(dòng)態(tài)特性仿真分析[J].沈陽化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，27(3):54-57.

[4]梁曉娟.基于AMESim三位四通閥動(dòng)態(tài)仿真研究[J].煤礦機(jī)電，2009(5):34-35.

[5]李剛,胡漢春.AMEsim液壓系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)仿真研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012(23)：70-71.

[6]肖祖輝，李笑，關(guān)婷，等.基于AMEsim的超聲汽化蒸汽驅(qū)動(dòng)的膀胱動(dòng)力泵建模及仿真[J].液壓與氣動(dòng)，2014(11)：24-28.

（責(zé)任編輯楊荔晴）

Simulation Analysis of Double Loop Steering System Switching Valve based on AMEsim

CHEN Jing, DAI Qi-hua
(Taizhou Polytechnic College，Taizhou Jiangsu 225300,China)

In this paper,the AMEsim simulation model of the switching valve is built,and the performance of the valve is simulated and analyzed according to the principle of the hydraulic steering system of the double circuit, the optimal structural parameters of the performance of the switching valve are studied，which provides the data and theoretical basis for the product design.

double circuit hydraulic steering system;switching valve;AMEsim

U463.44+2

A

1671-0142（2016）02-0050-03

陳靜（1982-），女，江蘇泰州人，講師.