工程車輛液壓制動(dòng)回油路堵塞現(xiàn)象分析

1、工程車輛液壓制動(dòng)回油路堵塞現(xiàn)象分析吳遠(yuǎn)迪北京科技大學(xué)，北京(100083)摘 要：本文給出了工程車輛液壓制動(dòng)閥的工作原理圖，經(jīng)過簡化建立了一個(gè)液壓盤式制動(dòng)回油路數(shù)學(xué)模型，并通過Matlab的Simulink，搭建了其仿真模型，以首鋼SGA170噸（載重）礦用車低速制動(dòng)系統(tǒng)（防止發(fā)熱過大，高速時(shí)采用電渦流制動(dòng)）為例，給出初始參數(shù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，通過結(jié)果分析，找出了可行的解決措施。關(guān)鍵詞：液壓制動(dòng)，回油路堵塞，Simulink仿真1. 引 言液壓制動(dòng)系統(tǒng)是一種可以提供更大液壓力，制動(dòng)反應(yīng)更加敏捷，更加穩(wěn)定的新型制動(dòng)系統(tǒng)。目前國內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的研究正處于起步階段，由于進(jìn)油油壓高，管路阻尼對(duì)系統(tǒng)影響不大，

2、而回油時(shí)油壓較低，管路的阻尼對(duì)回油過程有很大的影響，容易造成回油路堵塞，所以分析回油路的管路情況是很有必要的。實(shí)際應(yīng)用中，許多車常發(fā)生回油路堵塞的問題，針對(duì)這個(gè)問題，本文分析了各種因素，并通過Matlab的Simulink 仿真，找出各因素如何影響回油過程，進(jìn)而給出一些解決方案。2. 回油過程2.1 制動(dòng)閥的工作原理圖SGA170使用的雙回路全動(dòng)力液壓制動(dòng)閥，是制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，制動(dòng)閥的主要作用是及時(shí)控制制動(dòng)壓力，滿足車輛對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)及整車制動(dòng)力矩的要求。圖1所示正是制動(dòng)鉗與制動(dòng)盤松開的狀態(tài)，油液流回油缸。此時(shí)腳踏板松開，輸入壓力油截止，制動(dòng)輪缸依靠彈簧力復(fù)原。左面2根油路是來自蓄能器的高

3、壓油，制動(dòng)閥上方連接制動(dòng)腳踏板，踩下踏板，閥芯向下運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧，進(jìn)油路打開，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。2.2 制動(dòng)輪缸工程車輛自重、載重大，需要較大的制動(dòng)力矩，一個(gè)制動(dòng)盤上一般裝有多個(gè)制動(dòng)輪缸，且為柱塞缸。圖2為制動(dòng)輪缸與制動(dòng)盤的實(shí)物圖，柱塞的有效作用面積：，為柱塞直徑。圖1 液壓制動(dòng)回油路原理圖圖2 液壓制動(dòng)輪缸與制動(dòng)盤3. 回油路阻尼分析3.1 影響回油速度的因素研究長度為，斷面積為A的管路中的液流，管路中由于油液的摩擦、慣性及壓縮性所引起的壓力變化與流量的關(guān)系可分別描述為：. （1） （2） （3）各式中：管路兩端的壓力差；、分別為管路的液阻、液感和液容；液阻表征管路內(nèi)液體的摩擦作用，定義，為單位液阻，

4、層流時(shí)：；紊流時(shí)：；液感表征管路內(nèi)液體的慣性，定義為單位液感，；液容表征管路內(nèi)液體的彈性，定義為單位液容，；上述定義中：d管路內(nèi)經(jīng)；、K分別表示油液的動(dòng)力黏度、密度和體積彈性模量，設(shè)其中：；K=700MPa；為管路的摩擦阻力系數(shù)，光滑金屬圓管與液體流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，雷諾數(shù)，小于臨界雷諾數(shù)=2320，所以屬于層流，層流時(shí)金屬管的摩擦阻力系數(shù)=75/Re=0.0938。實(shí)際的回油管路長約為5m；回油管直徑為20mm;由于管路比較短，回油時(shí)間短可忽略不計(jì)，所以油壓損失。由以上3式可知，造成壓力損失的參數(shù)主要有：油液的黏度、密度、流動(dòng)速度、加速度和管道內(nèi)徑。下面分析不同參數(shù)對(duì)回油速度的影響。4. 回油路數(shù)

5、學(xué)模型回油時(shí)柱塞受力圖如圖3所示，柱塞受到彈性元件對(duì)其施加的向左的回復(fù)力，回復(fù)過程中還受到活塞、活塞密封圈等與油液之間的阻尼力，油液與管路作用的沿程阻力，油液的慣性阻力?；钊膭?dòng)力學(xué)方程為： （4）式中：F回復(fù)力，與回復(fù)系數(shù)和位移x有關(guān)；活塞粘性阻尼系數(shù)；m活塞質(zhì)量；P管路油壓損失；S活塞面積；圖3 回油過程柱塞受力圖5. 仿真模型給出初始條件以及系統(tǒng)模型參數(shù)，如表一所示：經(jīng)過計(jì)算化簡動(dòng)力學(xué)方程，并利用Simulink建立起仿真模型：圖4 活塞運(yùn)動(dòng)仿真模型此時(shí)得出的活塞位移與速度變化曲線圖分別如圖5、6所示：表一：初始條件和仿真參數(shù)初始位移x(制動(dòng)間隙)0.002m回復(fù)系數(shù)K40 000N/m

6、1Ns/mm100kgPS初速度0m/s圖5 活塞位移變化圖圖6 活塞速度變化圖由5、6兩圖可見，活塞速度不大，但活塞最大位移為3.5mm，存在一定沖擊，如果制動(dòng)盤使用時(shí)間長，制動(dòng)間隙變大后，那么回位時(shí)間長達(dá)2秒以上，比預(yù)想的回位時(shí)間長，造成以上結(jié)果主要是因?yàn)榛貜?fù)系數(shù)過大，將K改為1000N/m，其他參數(shù)不變，仿真結(jié)果圖7所示：圖7 回復(fù)系數(shù)過小時(shí)活塞位移變化圖圖8 回復(fù)系數(shù)適當(dāng)活塞位移變化圖圖7顯示活塞回位時(shí)間大于10s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了期望值1s，此時(shí)回油路摩擦力和油液慣性力起主要作用，即油路出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。將K改為10000N/m，并通過加大管徑來降低P的值，結(jié)果如圖8所示，在0.4秒時(shí)活塞已經(jīng)

7、穩(wěn)定地回到原位，等待下一次制動(dòng)，此過程則完全滿足對(duì)活塞回位靈敏度的要求。6. 結(jié)論綜上所述，回油速度由沿程油壓損失、活塞粘性阻尼系數(shù)和回復(fù)力大小共同決定，活塞粘性阻尼力一般較小，所以沿程壓力損失和回復(fù)力是主要影響因素。彈簧剛度不可能太高，長時(shí)間使用會(huì)使彈簧剛度降低，管道老化，摩擦系數(shù)增大。所以要盡可能降低壓力損失P，由第四部分的分析可知，加大管道內(nèi)經(jīng)和減小管道摩擦阻力可以有效地降低P，從而達(dá)到快速穩(wěn)定地回位效果。參考文獻(xiàn)1 劉惟信汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算M，北京：清華大學(xué)出版社，2004。 2 丁守福, 杜長龍, 劉偉等基于Matlab計(jì)算機(jī)仿真在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用J 煤礦機(jī)械，2006

8、. 9: 2729.3 程振東, 田晉躍, 劉剛車輛全液壓制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)建模及仿真J 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2006, 3: 778780.The Analysis of the back oil road of the Construction vehicles hydraulic brakeWu YuandiThe university of Science and Technology of Beijing, Beijing, PRC,AbstractIn this paper, the work schematic of a construction vehicles hydraulic b

9、rake valve is introduced. After simplifying, a mathematical model of the back oil road of a hydraulic disc brake was built up. Through Matlab's Simulink, to build its simulation model. With Shougang SGA170 tons (Load) low-speed mine car braking system (to prevent excessive heat, when high-speed, eddy current brake will be used) as an example, to given the initial parameters. At last some viable solu