【正文】 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(nèi)泄漏系數(shù)； —液壓缸外泄漏系數(shù)； —有效體積彈性模量； —液壓缸進(jìn)油腔的容積；式中：—進(jìn)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(fù)載的力平衡方程：液壓動(dòng)力元件的動(dòng)態(tài)特性受負(fù)載特性能的影響。負(fù)載力一般包括慣性力、粘性阻尼力、彈性力和任意外負(fù)載力。液壓缸受力平衡方程為： （512）式中，—活塞及負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量；—作用外力。（4）方塊圖與傳遞函數(shù)：以上的流量平衡方程和力學(xué)平衡方程，完全可以描述液壓缸的動(dòng)態(tài)方程。三式的拉斯變換公式為： （513） （514） （515）由以上三個(gè)基本方程可以得到控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，（516）由式516可以求出閥芯輸入位移和負(fù)載力同時(shí)作用時(shí)液壓缸活塞的輸出位移，忽略阻尼系數(shù)，對(duì)傳遞方程進(jìn)行簡化可得公式： （517）如果負(fù)載剛度和液壓剛度比遠(yuǎn)小于1，則式可進(jìn)一步簡化為： (518)式中：—液壓固有頻率，； —阻尼比， ； —慣性環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率， ； —液壓彈簧剛度， 。 液壓系統(tǒng)建 模型參數(shù)表序號(hào)名稱符號(hào)數(shù)值1系統(tǒng)壓力2油缸體積3油缸有效面積4流量增益5閥流量壓力系數(shù)6油缸內(nèi)泄系數(shù)7系統(tǒng)固有頻率8阻尼比9慣性環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率10液壓油壓剛度11閥口流量系數(shù)將確定后的系統(tǒng)參數(shù)代入控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)式518，可以求得傳遞函數(shù)。 通過運(yùn)通MATLAB里的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析功能，得到反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的Bode圖。從傳遞函數(shù)的Bode圖可以看出，相頻特性在180176。時(shí)的穿越頻率大于幅頻特性在0dB時(shí)的穿越頻率，由對(duì)數(shù)特性的穩(wěn)定性判據(jù)可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 Bode圖 本章小結(jié)本章對(duì)調(diào)壓閥進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，建立數(shù)學(xué)模型，并用MATLAB進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)調(diào)壓性能的影響；簡化換擋閥控制離合器油缸液壓系統(tǒng)模型，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，建立數(shù)學(xué)模型，求得系統(tǒng)Bode圖，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第六章 電液換擋系統(tǒng)仿真與試驗(yàn)分析 AMESIM軟件介紹AMESIM（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）是法國Imagine公司于1995年推出的基于鍵合圖的液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟件[4748]。AMESIM多種學(xué)科的建模模型，適用于不同學(xué)科的仿真需求。廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)及工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真。液壓元件設(shè)計(jì)庫是一個(gè)功能強(qiáng)大的工具，包含了任何機(jī)液系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)單元模塊。該庫被看作是液壓元件建模的工程語言，因?yàn)槭腔诮Y(jié)構(gòu)單元建模，因此模型層次的理解非常清晰直觀。我們工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)及仿真時(shí)，通常會(huì)遇到各種各樣的液壓元件及系統(tǒng)，可以根據(jù)液壓元件庫通過采用結(jié)構(gòu)單元的細(xì)分來解決液壓元件的多樣性，使得用最少的圖標(biāo)和單元模塊來構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)。通過實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(shí)間和精力。 電液換擋系統(tǒng)建模與仿真分析 系統(tǒng)建模，利用軟件中基本元件按照液壓系統(tǒng)工作原理組成仿真模型。仿真的目的是驗(yàn)證換擋操縱閥的功能和調(diào)壓特性，檢驗(yàn)對(duì)離合器升壓特性、換擋操縱閥工作原理和設(shè)計(jì)過程的正確性，同時(shí)分析影響換擋操縱閥工作性能的因素。由于各個(gè)離合器的工作原理相同，因此僅取一個(gè)離合器建立模型，在仿真過程中忽略閥芯的摩擦力、油液的泄漏及閥芯的運(yùn)動(dòng)阻力，液壓源是恒壓力和恒流量系統(tǒng)，忽略液壓油的可壓縮性。根據(jù)第四章設(shè)計(jì)的參數(shù)，設(shè)置仿真模型中各元件進(jìn)行參數(shù)。齒輪泵由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，最高轉(zhuǎn)速為2600，液壓泵流量70。 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(shè)定閥；7—排油閥；8—調(diào)壓閥；11和12—節(jié)流孔 仿真結(jié)果分析（1）充油升壓過程分析根據(jù)設(shè)計(jì)液壓原理圖和設(shè)計(jì)的各功能元件的參數(shù)建立仿真模型，是慢換擋時(shí)的離合器工作油壓曲線。從整個(gè)過程可以看出，離合器充油升壓過程可分為三個(gè)階段?？焖俪溆碗A段。在此階段系統(tǒng)首先充滿離合器的換擋油路，然后工作油壓開始克服離合器回位彈簧力直到消除離合器摩擦片間隙為止。在充油過程中壓力油只需克服離合器回位彈簧力，由于離合器回位彈簧彈性系數(shù)較小且活塞行程較小，因此在充油階段壓力變化不大。這與第二章設(shè)計(jì)的壓力曲線充油時(shí)間和充油壓力基本相一致，因此充油過程的設(shè)計(jì)是合理的。調(diào)壓階段。該階段從離合器摩擦片被壓緊，開始傳遞摩擦力矩，經(jīng)過離合器滑摩，直到摩擦片完全結(jié)合。,，壓力升壓平穩(wěn)，與設(shè)計(jì)油壓曲線的調(diào)壓階段相符合，因此調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)過程及閥的參數(shù)選取是合理的。階躍升壓階段。，同樣與設(shè)計(jì)曲線相符。綜上所述，根據(jù)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求分析對(duì)比，對(duì)換擋操縱閥的工作原理的分析、閥的設(shè)計(jì)過程和閥的參數(shù)選取是合理的，可以把設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用于該類操縱閥設(shè)計(jì)的一般經(jīng)驗(yàn)。 離合器工作油壓曲線，流量主要集中在充油階段。，充油開始流量從零迅速上升到，然后流量從上升到左右，充油結(jié)束流量迅速減小為0。在充油階段后流量在零附近做微小波動(dòng)。 離合器流量曲線，由于進(jìn)入蓄能器背腔壓力油要經(jīng)過小孔節(jié)流，蓄能器背腔壓力的變化滯后于離合器工作油壓變化。根據(jù)第三章講述的調(diào)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(duì)應(yīng)，(1)在0~，此時(shí)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(diào)壓閥的調(diào)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。從以上分析可以看出，蓄能器背腔油壓的增長規(guī)律與離合器油壓的關(guān)系，上述工作過程也是調(diào)壓閥之所以能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)壓功能的原因，這對(duì)理解調(diào)壓閥工作原理及設(shè)計(jì)調(diào)壓閥非常重要。 蓄能器背腔油壓曲線，在0~，是充油階段，調(diào)壓閥各閥芯處于原位狀態(tài)，；~，是調(diào)壓階段，離合器油壓增加，調(diào)壓閥閥芯克服彈簧預(yù)緊力逐步關(guān)小調(diào)壓閥開口，直到完全關(guān)閉開始進(jìn)入調(diào)壓狀態(tài)，然后彈簧壓縮量逐漸增加，當(dāng)工作壓力達(dá)到壓力設(shè)定閥的設(shè)定壓力時(shí)，；，蓄能器彈簧逐漸復(fù)位，為下一次換擋做準(zhǔn)備。 蓄能器彈簧壓縮量曲線，在離合器結(jié)合過程中，在其余時(shí)間流量時(shí)刻在變動(dòng)，直到調(diào)壓過程結(jié)束。分析可知，隨著蓄能器背腔壓力的增加，調(diào)壓閥芯一直在閥芯的零開口位置左右移動(dòng)，保證調(diào)節(jié)油壓相應(yīng)增加，調(diào)壓閥芯在整個(gè)調(diào)壓過程都處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 調(diào)壓閥左腔流量由以上仿真結(jié)果分析可知，離合器結(jié)合過程中的每個(gè)階段都需要調(diào)壓閥的各個(gè)功能元件參與，在調(diào)壓過程中整個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。通過分析更加清楚各個(gè)元件的工作原理、動(dòng)態(tài)變化過程以及相互之間的影響。因此在分析和設(shè)計(jì)調(diào)壓閥過程中不僅要進(jìn)行各個(gè)功能元件的設(shè)計(jì)，更應(yīng)把它們看成一個(gè)系統(tǒng)，提高產(chǎn)品工作性能。（2）快慢換擋功能過程實(shí)現(xiàn)快換擋功能的是快換擋油路，執(zhí)行元件是二級(jí)閥，根據(jù)第三章和第四章的分析和設(shè)計(jì)，建立快換擋模型，并進(jìn)行仿真。將快慢換擋油壓仿真曲線進(jìn)行對(duì)比，一二檔油壓曲線為實(shí)線，三四檔油壓曲線為虛線。通過對(duì)比可以看出，快換擋調(diào)壓階段時(shí)間為1，充油時(shí)間和階躍升壓時(shí)間不變。通過仿真可驗(yàn)證換擋操縱閥的快慢換擋功能，以上仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求的快換擋曲線符合，同時(shí)證明快慢換擋油路分析和設(shè)計(jì)過程的正確性。 快慢換擋油壓曲線對(duì)比（3）離合器進(jìn)油路有無節(jié)流口對(duì)壓力曲線的影響離合器進(jìn)油節(jié)流口對(duì)離合器結(jié)合過程的影響，以ZL50裝載機(jī)離合器為例，在離合器殼體內(nèi)的進(jìn)油節(jié)流口可以簡化為兩個(gè)分別為5和6的薄壁節(jié)流口，將兩個(gè)節(jié)流口用于仿真模型中，進(jìn)行仿真。，從圖中可以看出，，充油時(shí)間增加。由于充油結(jié)束和開始調(diào)壓的壓力變化較大，與裝載機(jī)實(shí)際工作狀況不相符，會(huì)影響離合器結(jié)合性能，因此我們要找出節(jié)流口對(duì)工作油壓變化的影響原因。 有無節(jié)流口油壓曲線對(duì)比，在充油階段0~，節(jié)流口前的油壓高于節(jié)流口后的油壓，然后匯合到一起，原因是節(jié)流口對(duì)從換擋操縱閥出來的油液進(jìn)行節(jié)流緩沖，在調(diào)壓階段和階躍升壓階段曲線重合。因此要研究節(jié)流口前充油階段的油壓對(duì)整個(gè)調(diào)壓曲線的影響，由于充油階段的油壓高，換擋開始時(shí)便能克服蓄能器彈簧的預(yù)緊力推動(dòng)調(diào)壓閥芯關(guān)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(diào)壓作用，彈簧變硬，壓力在0~。，因?yàn)閴毫υ鲩L較快，充油結(jié)束的油壓已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的開始調(diào)壓壓力，因此會(huì)減少調(diào)壓時(shí)間。，蓄能器彈簧的壓縮曲線也可以看出，在充油階段彈簧已經(jīng)開始?jí)嚎s，很快進(jìn)入調(diào)壓階段。由以上分析可知，節(jié)流口對(duì)充油階段的減壓節(jié)流作用，影響調(diào)壓閥各功能元件在充油階段的正常工作，反映到離合器油壓上便是設(shè)計(jì)的功能無法實(shí)現(xiàn)，影響換擋品質(zhì)。因此，在離合器油缸進(jìn)油口加裝節(jié)流裝置時(shí)，一定要考慮對(duì)換擋操縱閥的影響。 節(jié)流口前后壓力曲線 蓄能器背腔壓力曲線對(duì)比 蓄能器彈簧壓縮量對(duì)比（4）改變參數(shù)對(duì)調(diào)壓曲線影響, 取第四章設(shè)計(jì)的調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真。由調(diào)壓閥設(shè)計(jì)公式可知，在調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)尺寸已確定的情況下，調(diào)壓曲線只與彈簧初始?jí)嚎s量、最大壓縮量和節(jié)流孔面積有關(guān)。因此通過改變這三個(gè)變量可以得到不同的調(diào)壓時(shí)間、調(diào)壓初始?jí)毫驼{(diào)壓終點(diǎn)壓力。、。，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，調(diào)壓時(shí)間與這三個(gè)參數(shù)都有關(guān)系，調(diào)壓終點(diǎn)壓力與彈簧總的壓縮量有關(guān)系，調(diào)壓開始?jí)毫εc彈簧初始?jí)嚎s量有關(guān)系。分析過程與計(jì)算結(jié)果和仿真圖形是相符的，因此我們在設(shè)計(jì)和調(diào)整調(diào)壓閥的調(diào)壓曲線時(shí)，通過調(diào)整這三個(gè)參數(shù)便可得到想要的結(jié)果。 h= L=19 h=6 L= h=6 L=13在調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)和尺寸已定的情況下，節(jié)流孔和彈簧壓縮量對(duì)調(diào)壓性能的影響，根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算。 調(diào)壓時(shí)間的計(jì)算結(jié)果d ()h=，L=19 h=6，L=15 h=6，L=13 d=d=d=1d ()h=，L=19 h=6，L=15 h=6，L=13 d=d=d=1 換擋操縱閥試驗(yàn)分析對(duì)換擋操縱閥進(jìn)行裝車試驗(yàn)，車型為裝載機(jī)ZL50。對(duì)離合器工作壓力進(jìn)行測試，測試用的離合器進(jìn)油缸有節(jié)流口，橫坐標(biāo)是時(shí)間，單位秒，縱坐標(biāo)是壓力，單位是，測壓點(diǎn)在離合器油缸前，測的是換擋操縱閥出來的壓力。從圖上通過計(jì)算得出，由于節(jié)流口的作用，充油階段與調(diào)壓開始階段壓力區(qū)分不明顯。，壓力點(diǎn)取在離合器前和換擋操縱閥后，，充油和調(diào)壓階段的分界不明顯，但是兩個(gè)圖形曲線基本一致，因此，對(duì)于節(jié)流口對(duì)離合器結(jié)合曲線影響的分析是合理的。 試驗(yàn)得到離合器結(jié)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(jié)合和分離的過程，為了保證換擋過程平穩(wěn)，離合器結(jié)合與分離需要有一定的重疊[4950]。，從圖中看出，離合器分離和結(jié)合有合理的重疊區(qū)，避免了動(dòng)力中斷和沖擊，因此換擋操縱閥的設(shè)計(jì)是合理的。 換擋油壓重合曲線從試驗(yàn)分析可知，離合器充油升壓變化規(guī)律的分析計(jì)算與試驗(yàn)得到的結(jié)果是相符合的，但是在不同的工況下會(huì)差別很大。因此為了得到合理的換擋重疊和調(diào)壓曲線，在對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行工況計(jì)算的基礎(chǔ)上，更應(yīng)該多做試驗(yàn)，掌握換擋操縱閥和離合器的匹配規(guī)律，只有這樣才能得到理想換擋品質(zhì)。