基于AMEsim的全液壓制動壓力特性的仿真分析

蔣 耀，羅艷蕾，韓世鵬

(貴州大學(xué)，貴州貴陽550000)

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基于AMEsim的全液壓制動壓力特性的仿真分析

蔣 耀，羅艷蕾，韓世鵬

(貴州大學(xué)，貴州貴陽550000)

為了研究影響全液壓制動系統(tǒng)制動壓力特性的影響因素，首先介紹了輪式裝載機全液壓制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后通過AMEsim軟件對單回路制動系統(tǒng)進行建模仿真，分析了不同元件的不同參數(shù)對液壓制動壓力的影響，得到了相關(guān)仿真曲線，為全液壓制動系統(tǒng)實際設(shè)計時提供了一些參考。

全液壓制動系統(tǒng) AMEsim 壓力特性 液壓仿真

0 引言

隨著工程機械行業(yè)對裝載機制動系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性要求的不斷提高，全液壓制動有取代氣頂液制動的趨勢[1-2]。由于國內(nèi)尚未掌握全液壓制動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致相關(guān)進口液壓產(chǎn)品價格昂貴。所以，實現(xiàn)全液壓制動系統(tǒng)國產(chǎn)化顯得尤為重要。目前，國內(nèi)對制動閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化仿真和制動閥的靜動態(tài)特性做了一定的研究[3-5]，同時對制動回路的比例特性和制動系統(tǒng)的安全性有大量的研究[6-7]。

本文以單回路制動系統(tǒng)為研究對象，利用AMEsim[8]軟件對其建立模型，對制動過程中不同元件的參數(shù)設(shè)置改變，仿真得到不同元件的參數(shù)對制動壓力的影響，為國內(nèi)今后的全液壓制動系統(tǒng)的設(shè)計提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持。

1 全液壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

全液壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 全液壓制動系統(tǒng)

液壓泵在電動機的驅(qū)動下工作，油液經(jīng)過過濾器向充液閥充液，此時的充液閥相當(dāng)于一個控制開關(guān)，它的啟閉由蓄能器內(nèi)部壓力所支配的，當(dāng)蓄能器內(nèi)部壓力低于人為設(shè)定的下限壓力時，充液閥的內(nèi)部的單向閥打開，來自油泵的油液會經(jīng)過充液閥向蓄能器充液，當(dāng)蓄能器內(nèi)部的壓力達到人為設(shè)定的最大壓力時，充液閥內(nèi)部的單向閥閉合，此時充液閥會停止充液，而蓄能器內(nèi)部的壓力在單向閥的作用下得到保持，為制動過程提供了動力源。當(dāng)踩踏腳踏板時，制動閥接口打開，連接蓄能器和制動缸，油液經(jīng)過制動閥流向了制動缸，從而實現(xiàn)了有效的制動。

2 基于AMEsim的單回路制動系統(tǒng)的建立

2.1 元件模型的建立

2.1.1 信號激勵模型

圖2 信號激勵模型

需要實施制動時，踩踏腳踏板即可，如圖2。

實際制動中，使腳踏板的位移增量逐步增加，可以使仿真與實際更加吻合。

2.1.2 單回路制動閥模型

在研究制動閥結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用AMESim的 HCD庫相關(guān)元件的相關(guān)元素構(gòu)成閥體模型(圖3)。

圖3 單回路制動閥模型

2.1.3 蓄能器模型

圖4 蓄能器模型

從HCD庫中可以得到蓄能器模型，如圖4。

2.1.4 制動器模型

在了解了制動器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過其工作原理建立如圖5的模型。

圖5 制動器模型

2.2 系統(tǒng)模型的建立

在分析了制動回路工作原理后，建立了單回路制動系統(tǒng)的仿真模型，如圖6所示。

圖6 單回路制動閥制動回路仿真模型

2.3 部分仿真參數(shù)的設(shè)定

根據(jù)一些理論計算和相關(guān)資料的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的部分仿真參數(shù)如表1。

表1 部分仿真參數(shù)設(shè)置

3 仿真結(jié)果分析

3.1 管路對制動壓力的影響

3.1.1 管路長度對制動壓力的影響

1-管路長度0.5 m；2-管路長度5 m；3-管路長度10 mm圖7 管路長度對制動壓力的影響曲線

設(shè)置仿真參數(shù)后，設(shè)定管路2長度分別為0.5 m、5 m、10 m，仿真出制動壓力的曲線，如圖7所示。

仿真曲線表明：管路2的長度的增加，制動壓力的上升時間隨之延長，系統(tǒng)制動的滯后性也隨之增加。因此在能夠滿足系統(tǒng)的情況下，減小管路長度。

3.1.2 管路直徑對制動壓力的影響

1-管路直徑3 mm；2-管路直徑10 mm；3-管路直徑17 mm圖8 管路直徑對制動壓力的影響曲線

設(shè)置仿真參數(shù)后，設(shè)定管路2的直徑分別為3 mm、10 mm、17 mm，得到仿真曲線如圖8。

結(jié)果分析：管路2直徑太大或者太小都會使制動壓力的上升時間增加，所以應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)墓苈分睆健?/p>

3.2 制動閥彈簧剛度對制動壓力的影響

1-Ki=30 000 N/m；2-Ki=40 000N/m；3-Ki=50 000 N/m圖9 改變矩形彈簧剛度

反饋彈簧和矩形彈簧是制動閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成。在設(shè)置基本仿真參數(shù)后，得到圖9、10二組曲線。

1-Kj=2 N/m；2-Kj=4 N/m；3-Kj=6 N/m圖10 改變反饋彈簧剛度

圖9顯示矩形彈簧剛度對制動壓力的影響，增大矩形彈簧剛度，矩形壓縮強度隨之增加，其作用在閥芯上的力就會增大，制動壓力隨之增大；圖10顯示增大反饋彈簧剛度，會使得反饋力也隨之增大，那么作用在閥芯上的力會減小，制動壓力也隨之減小。比較兩個圖可以發(fā)現(xiàn)，由于剛度的大小不同，導(dǎo)致矩形彈簧與反饋彈簧對制動壓力影響也不同。

3.3 制動缸面積對制動壓力的影響

1-活塞桿直徑為290 mm；2-活塞桿直徑為300 mm；3-活塞桿直徑為310mm圖11

如圖11是通過改變制動缸面積得到制動壓力隨制動缸面積變化的上升段和下降段的曲線；圖12是通過改變制動缸面積得到動摩擦片作用在制動盤上的力。

圖12 動摩擦片作用在制動盤上的力變化圖

圖11結(jié)論：制動缸面積的減小導(dǎo)致制動缸上升下降的時間同時提前，所以改變制動缸的面積影響不大。

圖12結(jié)論：制動缸中油液的體積由制動缸決定，當(dāng)制動缸面積減小時，進入制動缸的液壓油體積減少，使得動摩擦片作用在制動盤上的制動力降低，嚴重影響制動效果。

4 結(jié)論

通過對單回路制動系統(tǒng)的AMEsim的建模仿真，分析了管路直徑與長度、制動閥彈簧剛度、制動缸面積對制動壓力的影響，為全液壓系統(tǒng)相關(guān)元件的選型或研發(fā)時提供了一些依據(jù)。同時可以利用AMEsim軟件對全液壓制動系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化,具有一定的實際工程價值。

[1] 林慕義,寧曉斌.工程車輛全動力制動系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 劉海麗.基于AMESim的液壓系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

[3] 程振東,田晉躍,劉剛.工程車輛全液壓制動系統(tǒng)性能分析及仿真研究[J].工程機械，2005,36(12):50-53.

[4] 陳晉市,劉昕暉,王同建,等.全液壓制動系統(tǒng)液壓制動閥的動態(tài)特性[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,45(5):75-79.

[5] 張錦.全動力液壓制動系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性研究[D].太原：太原科技大學(xué),2008.

[6] 王展.全液壓制動系統(tǒng)仿真分析與實驗研究[D].長春:吉林大學(xué),2012.

[7] 劉銳.除冰車制動系統(tǒng)研究[D].成都:西華大學(xué)，2014.

[8] 侯琳.多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)仿真平臺—AMESIM軟件功能簡介[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2005(12):56-59.

Simulation and analysis of the pressure characteristics of full hydraulic braking system based on AMEsim

JIANG Yao，LUO Yanlei，HAN Shipeng

In order to study the influence factor of pressure characteristics of full hydraulic braking system, firstly introduced the structure and working principle of the hydraulic braking system of wheel loader, and then modeled and simulated the single circuit braking system using the AMESim software, analyzed influence of the different parameters of different components on hydraulic braking pressure, provided some references about designing full power hydraulic braking system.

full system, AMEsim, pressure characteristics, hydraulic simulation

TH137.9

A

1002-6886(2016)06-0078-04

蔣耀(1989-)，男，漢族，湖北隨州人，貴州大學(xué)機械工程學(xué)院，機械電子工程碩士研究生。

2016-05-30