□ 楊慧榮

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學院 汽車工程學院 鄭州 451191

1 設(shè)計背景

液壓瞬時壓力控制系統(tǒng)將蓄能器作為液壓系統(tǒng)的輔助動力源,應(yīng)用較小流量的液壓泵,為蓄能器進行供油。當機構(gòu)執(zhí)行制動動作時,由蓄能器通過連接的充液管道向執(zhí)行機構(gòu)供應(yīng)大量的油液,保證機構(gòu)能在最短的時間內(nèi)完成制動動作。若充液管道的通徑過小,會延長機構(gòu)的動作時間,使系統(tǒng)壓力損失增大,并且會產(chǎn)生較大的沖擊,縮短充液管道和液壓元器件的使用壽命。若充液管道的通徑過大,則會增加成本,導(dǎo)致整體裝置結(jié)構(gòu)龐大,并且容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

對充液管道選擇的理論和應(yīng)用日益成熟,但是在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中,要求液壓制動保護裝置在降低制動時間的基礎(chǔ)上,還要盡可能減小制動時的壓力峰值,以降低對機架的沖擊,因此需要進一步研究充液管道參數(shù)對液壓系統(tǒng)和制動時間產(chǎn)生的影響。根據(jù)斷帶保護裝置的結(jié)構(gòu)特點和系統(tǒng)要求來調(diào)整充液管道的各項參數(shù),總結(jié)出適合類似結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的充液管道的參數(shù)設(shè)置方案,可以達到在滿足執(zhí)行機構(gòu)快速運動的基礎(chǔ)上降低液壓沖擊、振動及提高經(jīng)濟性的要求。

筆者采用理論分析、計算機仿真和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方式,研究汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)充液管道參數(shù),分析充液管道參數(shù)對汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)和制動時間的影響,為在實際生產(chǎn)中斷帶保護系統(tǒng)充液管道的選擇提供依據(jù)。

2 參數(shù)合理選擇

在汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)充液管道中,流體的伯努利方程為:

(1)

∑hw=∑hf+∑hs

(2)

式中:Ws為軸功;z1、z2為充液管道截面所在的高度;p1、p2分別為截面z1、z2處的流體壓強;μ1、μ2分別為截面z1、z2處的流體速度;ρ為流體密度;g為重力加速度;∑hw為充液管道阻力;∑hf為充液管道沿程阻力;∑hs為充液管道局部阻力。

流體在充液管道內(nèi)的流動可視為層流,由此充液管道沿程阻力為:

∑hf=32lv/d2

(3)

式中:l為充液管道長度;d為充液管道直徑;v為流體黏度。

根據(jù)所用管接頭的設(shè)備屬性,可以查出當量直管阻力,得到充液管道局部阻力為:

∑hs=hg

(4)

式中:h為截面z1、z2處的高度差。

3 仿真分析

3.1 原理

汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)液壓原理如圖1所示。油泵為系統(tǒng)的運行提供動力。控制元件包括比例溢流閥、溢流閥、節(jié)流閥、單向閥等,對系統(tǒng)起到一定的保護作用。執(zhí)行元件為制動器油缸,直接負責制動器的制動和松閘動作。采用蓄能器對系統(tǒng)進行補壓,能起到延長保壓時間和減緩系統(tǒng)沖擊的作用,滿足應(yīng)急要求。這一制動控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)制動過程平穩(wěn)安全,可靠性高。

圖1 汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)液壓原理

3.2 充液管道長度對制動特性影響

汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)中,采用容量為50 L的蓄能器為系統(tǒng)供油,按照液壓設(shè)計原則,蓄能器的預(yù)充油壓力為系統(tǒng)溢流閥調(diào)定壓力的75%,確定蓄能器的充油壓力為6 MPa。經(jīng)計算,滿足系統(tǒng)工作條件的充液管道最小內(nèi)徑為16 mm,根據(jù)在實際應(yīng)用中所選充液管道的最小內(nèi)徑應(yīng)稍大于系統(tǒng)所需最小內(nèi)徑的原則,在選擇充液管道直徑為18～26 mm的條件下,分析充液管道的長度分別為1 m、6 m、10 m時汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力變化情況。應(yīng)用AMEsim軟件仿真得到在充液管道不同長度時充液管道入口和出口壓力曲線,分別如圖2、圖3所示。壓力變化是液壓作用的宏觀表現(xiàn),由圖2、圖3可見,波動的壓力曲線反映出制動是一個復(fù)雜的作用過程。充液管道長度越長,波動趨勢越不明顯,這是因為壓力波動沿著管道進行衰減,充液管道長度越大,衰減越明顯。

圖2 充液管道不同長度時入口壓力曲線

圖3 充液管道不同長度時出口壓力曲線

充液管道不同長度時的壓力峰值見表1。由表1可以看出,在充液管道直徑大小確定的情況下,充液管道入口和出口的壓力峰值會隨著充液管道長度的增大而逐漸增大,但是壓力峰值增大的幅度相對于長度增大來說并不明顯?？梢?減小充液管道的長度對于減小系統(tǒng)的壓力峰值并沒有顯著作用。當然,在充液管道直徑不變的情況下,應(yīng)根據(jù)汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)的布置情況和降低成本的原則,盡量選擇布置長度較短的充液管道。

表1 充液管道不同長度時壓力峰值

3.3 充液管道直徑對制動特性影響

在仿真中,研究充液管道不同直徑時對制動特性的影響。將充液管道直徑依次設(shè)置為18 mm、20 mm、22 mm、24 mm、26 mm,應(yīng)用AMEsim仿真軟件,可以得到充液管道不同直徑時充液管道入口和出口壓力曲線,進而可以得到充液管道不同直徑時的壓力峰值,見表2。由表2可知,隨著充液管道直徑的減小,充液管道入口和出口的壓力呈現(xiàn)越來越劇烈的變化趨勢,壓力峰值增大,因此,入口處使用的充液管道直徑越小,入口和出口的壓力波動就越大,造成的壓力損失也就越大。

表2 充液管道不同直徑時壓力峰值

4 結(jié)束語

汽車瞬時壓力控制系統(tǒng)充液管道入口和出口的壓力波動與充液管道的直徑和長度有關(guān),充液管道直徑越小,制動時間越長,充液管道入口和出口的壓力峰值越大;充液管道長度越長,制動速度越慢,充液管道入口和出口的壓力波動越大。

雖然增大充液管道入口、出口直徑對推動液體運動及流量補償起一定作用,但是也會影響充液管道液壓的穩(wěn)定性,增大充液管道直徑至一定值后,對降低充液管道壓力沖擊的作用并不大。