【正文】 （414）對公式414積分，左邊的積分從調壓開始到結束（，），右邊的積分限從開始壓力到結束壓力（，），得當時，并將公式46和47的和代入公式，可得調壓總時間為 （415） 按公式415，如已知結構參數和、值，可以計算總調壓時間。當時， （419）當時， （420） 調壓閥油壓的變化規(guī)律計算比較麻煩，由于時間較短，一般可用、兩點所連直線表示。根據離合器的工況和結構，合理設計調壓閥的調壓曲線。初步設計調壓閥芯和蓄能器柱塞的直徑分別為20和26，其對應的面積為；。但減小將減小主壓力閥的通流能力，增大直徑又會增加主壓力閥的結構尺寸，因此要從彈簧彈性系數方面考慮。主閥芯受力平衡方程為 （425） 式中：—主閥彈簧預壓縮量； —主閥閥口最大開口長度； —液流流經主閥閥口的速度方向角，因主閥為滑閥，因此； —主閥閥芯油壓作用面積。當閥芯結構確定后，為了減小減壓閥的壓力穩(wěn)定性，通常選擇較小值或較大的，但增加會增加閥的結構尺寸。 設計結果根據離合器油缸的充油流量為，充油時間,調壓時間為，以及速度離合器先于方向離合器的換擋要求。按照系統(tǒng)組成，分別建立調壓閥芯、蓄能器柱塞的數學模型[3638]。 閥控液壓缸穩(wěn)定性分析 液壓系統(tǒng)建模，為了便于研究，將液系統(tǒng)進行簡化。（1）對閥的流量進行線性化為方程為： （59）式中：—負載流量； —滑閥流量增益； —滑閥流量壓力系數； —滑閥閥芯位移量；（2）液壓缸流量方程：液壓缸的流量方程為：， （510）式中，—活塞的面積； —活塞位移； —液壓缸內泄漏系數； —液壓缸外泄漏系數； —有效體積彈性模量； —液壓缸進油腔的容積；式中：—進油腔的初始容積；將兩式合并可得流量方程為： （511）（3）液壓缸與負載的力平衡方程：液壓動力元件的動態(tài)特性受負載特性能的影響。時的穿越頻率大于幅頻特性在0dB時的穿越頻率，由對數特性的穩(wěn)定性判據可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。通過實際設計經驗的積累和理論分析，AMESIM軟件可以幫我們節(jié)約大量的建模時間和精力。快速充油階段。同樣與設計曲線相符。 蓄能器背腔油壓曲線，在0~，是充油階段，調壓閥各閥芯處于原位狀態(tài)，；~，是調壓階段，離合器油壓增加，調壓閥閥芯克服彈簧預緊力逐步關小調壓閥開口，直到完全關閉開始進入調壓狀態(tài)，然后彈簧壓縮量逐漸增加，當工作壓力達到壓力設定閥的設定壓力時，；，蓄能器彈簧逐漸復位，為下一次換擋做準備。通過對比可以看出，快換擋調壓階段時間為1，充油時間和階躍升壓時間不變。蓄能器彈簧的壓縮曲線也可以看出，在充油階段彈簧已經開始壓縮，很快進入調壓階段。分析過程與計算結果和仿真圖形是相符的，因此我們在設計和調整調壓閥的調壓曲線時，通過調整這三個參數便可得到想要的結果。 換擋油壓重合曲線從試驗分析可知，離合器充油升壓變化規(guī)律的分析計算與試驗得到的結果是相符合的，但是在不同的工況下會差別很大。 試驗得到離合器結合油壓曲線 仿真得到離合器油壓曲線換擋過程是離合器結合和分離的過程，為了保證換擋過程平穩(wěn)，離合器結合與分離需要有一定的重疊[4950]。、。因此要研究節(jié)流口前充油階段的油壓對整個調壓曲線的影響，由于充油階段的油壓高，換擋開始時便能克服蓄能器彈簧的預緊力推動調壓閥芯關閉蓄能器背腔回油箱通道，所以蓄能器在充油階段便開始起調壓作用，彈簧變硬，壓力在0~。（2）快慢換擋功能過程實現快換擋功能的是快換擋油路，執(zhí)行元件是二級閥，根據第三章和第四章的分析和設計，建立快換擋模型，并進行仿真。根據第三章講述的調壓閥的工作原理，背腔的油壓變化過程是與離合器油壓變化相對應，(1)在0~，此時是離合器快速充油階段，蓄能器背腔油壓回油箱，壓力為零；（2）~，是調壓閥的調壓階段，蓄能器背腔油壓隨著系統(tǒng)油壓緩慢上升；（3）~，離合器階躍升壓階段，蓄能器背腔油壓和系統(tǒng)油壓相通，背腔油壓迅速上升。,，壓力升壓平穩(wěn)，與設計油壓曲線的調壓階段相符合，因此調壓閥的設計過程及閥的參數選取是合理的。 系統(tǒng)模型1—油泵；2—主壓力閥；3—電磁閥；4—換擋閥；5—離合器油缸；6—壓力設定閥；7—排油閥；8—調壓閥；11和12—節(jié)流孔 仿真結果分析（1）充油升壓過程分析根據設計液壓原理圖和設計的各功能元件的參數建立仿真模型，是慢換擋時的離合器工作油壓曲線。該庫被看作是液壓元件建模的工程語言，因為是基于結構單元建模，因此模型層次的理解非常清晰直觀。 通過運通MATLAB里的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析功能，得到反應系統(tǒng)穩(wěn)定性的Bode圖。為了推導液壓動力元件的傳遞函數，首先要列基本方程，即換擋閥的流量方程、液壓缸流量連續(xù)性方程和液壓缸與負載的力平衡方程[4045]。調壓閥的結構確定后，研究調壓閥結構參數對調壓性能影響，通過改變彈簧彈性系數和預壓縮量和節(jié)流孔面積改變調壓性能，、。 調壓閥的動態(tài)性能研究 建立動態(tài)仿真模型，對調壓閥的調壓過程進行動力學分析，并建立數學模型。通過薄壁小孔的流量與其前后壓力差的關系式為 （428）式中，—薄壁小孔通流面積，其中； —節(jié)流孔的直徑； —小孔前后的壓力差； —油液密度； —流量系數。考慮到流量對減壓閥出口壓力的影響，在選擇閥的結構參數時，一般增加閥芯直徑和流經主閥口的速度方向角。 減壓閥力學分析和設計計算 減壓閥力學分析，根據減壓閥工作原理對減壓閥進行力學分析。忽略液動力的影響，簡化公式421，整理可得 （422） 設計分析根據主壓力閥的力學分析過程，要想得到合理的壓力控制功能，必須對影響壓力的參數進行分析，設計出合理的結構和參數。 設計結果按照調壓閥設計方法和設計步驟，根據ZL50裝載機變速箱實際工況設計調壓閥： (1) 根據ZL50裝載機的工作狀況，大于充油過程時的油壓，取，；(2)，；(3) 調壓閥的結構為節(jié)流型調壓閥。值應大于油缸充油時的壓力；應小于離合器摩擦副允許的最大滑摩油壓；(2)根據車輛換擋要求，選定調壓總時間應大于摩擦片滑摩時間，~。下面不同的結構形式，、2時的計算式。由公式42可得 （43）由公式41和42可得 （44） （45）調壓工作過程開始時，活塞位移,由公式44可得調壓開始的油壓為 （46）調壓工作結束時，活塞頂死，這時候的位移量，由公式44可得調壓結束時的壓力為 （47）由公式46和47可知，調壓開始和調壓結束時的油壓決定于蓄能器彈簧剛性、初始壓縮量、活塞總行程和蓄能器彈簧腔壓力。 下蓋板三維模型換擋操縱閥結構的優(yōu)缺點：優(yōu)點是，電液換擋油路上的各功能閥都集成在同一個閥體內，節(jié)約了安裝空間，極大的優(yōu)化了各功能閥的設計結構；整體鑄造閥體，減少了泄漏和液壓油在油路中的壓力損失；操作輕便靈活，減輕操作者勞動強度；離合器油缸的升壓過程平穩(wěn)，柔和，減少了沖擊和磨損，更好的保護離合器等零部件。換擋操縱閥采用液壓集成塊閥組，換擋操縱閥各功能元件按照一定規(guī)律布置在集成閥塊內。（2）工作原理在換擋瞬間，離合器油缸迅速充油，PG腔(和離合器油缸相連)油壓迅速下降，調壓閥閥芯、蓄能器柱塞和壓力設定閥閥芯在彈簧力作用下均處在原始位置。先導油壓經過減壓閥，壓力低于系統(tǒng)壓力，經過調壓閥的壓力油分成兩路，分別通過單向閥供給A組和B組，單向閥的作用是防止A和B組離合器接合油回流。節(jié)流孔O2：實現對進入蓄能器背腔的液流進行阻尼，通過調整節(jié)流孔的大小可以實現調壓時間的長短，它是與調壓閥和壓力設定閥組合實現其功能的。調壓油路的主要作用是調節(jié)離合器工作油壓升壓特性，使離合器工作油壓緩慢平穩(wěn)上升，減少換擋沖擊，提高換擋的可靠性和穩(wěn)定性。有時還要求供油量隨車速和負荷的增加而提高；c、控制壓力和流量的分配。主壓力閥在限制系統(tǒng)最高工作油壓的同時，將溢出的油液送入變矩器及其后的潤滑油路。 設計離合器工作油壓曲線由以上對裝載機離合器在換擋過程中的壓力和流量分析，[28]。（b）調壓階段根據裝載機在工作過程中傳遞的力矩的大小，可計算出離合器完全結合所需要的離合器油缸的壓力，在不考慮泄露和摩擦力和離心力的的情況下，離合器完全結合所傳遞的扭矩為： （24）式中： —傳遞的力矩； —摩擦系數，； —離合器活塞作用面積； —離合器油缸的壓力； —回位彈簧的彈性系數； —初始壓縮量； —活塞的最大位移； —有效作用半徑； —摩擦副數； —活塞密封件摩擦阻力。 設計換擋操縱閥功能和離合器工作油壓曲線 離合器充油升壓各階段計算對離合器在換擋過程中的各階段油壓及油壓變化規(guī)律進行分析如下：（a）充油階段，換擋要求充油時間為，ZL50裝載機變速箱離合器規(guī)格如表1所示。 （a） （b） 蓄能器結構及其緩沖特性蓄能器不僅能在油缸充油時起緩沖作用，在油缸放油時，蓄能器能維持一定的油壓，使離合器分離比較緩慢。 改善換擋品質途徑 調壓控制根據上述分析可知，接合過程中離合器工作油壓變化越大, 則輸出力矩擾動越劇烈。由于離合器輸出扭矩與油壓大小成正比，因此扭矩急劇上升，會產生很大沖擊。由以上分析，在離合器的結合過程中，對換擋品質起決定作用的是壓力調整階段，調壓閥的調壓規(guī)律的設計和研究也就成為換擋操縱閥的核心。此階段不產生摩擦力矩, 對換檔品質的好壞沒有影響, 只有換擋操縱閥節(jié)流孔和離合器油缸進油節(jié)流孔對充油過程起緩沖作用[22]。 換擋重疊對換擋品質影響換擋過程是分離一個或幾個離合器，同時結合另外一個或幾個離合器的過程，為了保證動力換擋功率不中斷和換擋平穩(wěn)性，離合器的結合和分離應該有一定的重合，這稱為換擋重疊[20]。根據變速箱的設計要求要能實現速度離合器比方向離合器結合快的功能，同時為了提高變速箱的效率及減小換擋沖擊，操縱閥應能實現快慢換擋功能。油壓通過離合器轂體內的活塞作用，把從動片和主動片緊壓在一起，使離合器處于結合狀態(tài)。（4）換擋操縱閥的動態(tài)特性和穩(wěn)定性分析。 本文研究的主要內容本文研究的電液換擋操縱閥，以采埃孚ZF4WG200變速箱換擋操縱閥為基礎，通過對裝載機實際工況的計算分析，提出換擋操縱閥的功能和離合器工作油壓曲線，然后分析換擋操縱閥液壓系統(tǒng)工作原理，對關鍵元件進行力學分析，并設計其結構尺寸，最后通過數學模型仿真及試驗來驗證分析設計過程。國內很多工程機械廠家如柳工、廈工等都選配采埃孚的ZF4WG200半自動換擋系統(tǒng)。20世紀70年代末80年代初，我國為了改變工程機械落后的局面，開始引進工業(yè)先