【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。負載力一般包括慣性力、粘性阻尼力、彈性力和任意外負載力。液壓缸受力平衡方程為： （512）式中，—活塞及負載折算到活塞上的總質量；—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平衡方程，完全可以描述液壓缸的動態(tài)方程。三式的拉斯變換公式為： （513） （514） （515）由以上三個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載力同時作用時液壓缸活塞的輸出位移，忽略阻尼系數(shù)，對傳遞方程進行簡化可得公式： （517）如果負載剛度和液壓剛度比遠小于1，則式可進一步簡化為： (518)式中：—液壓固有頻率，； —阻尼比， ； —慣性環(huán)節(jié)轉折頻率， ； —液壓彈簧剛度， 。 液壓系統(tǒng)建 模型參數(shù)表序號名稱符號數(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油缸內泄系數(shù)7系統(tǒng)固有頻率8阻尼比9慣性環(huán)節(jié)轉折頻率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。從傳遞函數(shù)的Bode圖可以看出，相頻特性在180176。時的穿越頻率大于幅頻特性在0dB時的穿越頻率，由對數(shù)特性的穩(wěn)定性判據(jù)可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 Bode圖 本章小結本章對調壓閥進行了動力學分析，建立數(shù)學模型，并用MATLAB進行仿真，通過仿真結果分析結構參數(shù)對調壓性能的影響；簡化換擋閥控制離合器油缸液壓系統(tǒng)模型，對模型進行動態(tài)分析，建立數(shù)學模型，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/機械系統(tǒng)建模、仿真及動力學分析軟件[4748]。AMESIM多種學科的建模模型，適用于不同學科的仿真需求。廣泛應用于汽車、飛機及工業(yè)自動化設備的液壓系統(tǒng)設計及仿真。液壓元件設計庫是一個功能強大的工具，包含了任何機液系統(tǒng)基本結構單元模塊。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。我們工程技術人員在設計液壓系統(tǒng)及仿真時，通常會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構單元的細分來解決液壓元件的多樣性，使得用最少的圖標和單元模塊來構成復雜的系統(tǒng)。通過實際設計經(jīng)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。 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。仿真的目的是驗證換擋操縱閥的功能和調壓特性，檢驗對離合器升壓特性、換擋操縱閥工作原理和設計過程的正確性，同時分析影響換擋操縱閥工作性能的因素。由于各個離合器的工作原理相同，因此僅取一個離合器建立模型，在仿真過程中忽略閥芯的摩擦力、油液的泄漏及閥芯的運動阻力，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)第四章設計的參數(shù)，設置仿真模型中各元件進行參數(shù)。齒輪泵由發(fā)動機直接驅動，最高轉速為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(jù)設計液壓原理圖和設計的各功能元件的參數(shù)建立仿真模型，是慢換擋時的離合器工作油壓曲線。從整個過程可以看出，離合器充油升壓過程可分為三個階段?？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。這與第二章設計的壓力曲線充油時間和充油壓力基本相一致，因此充油過程的設計是合理的。調壓階段。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，直到摩擦片完全結合。,，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(shù)選取是合理的。階躍升壓階段。，同樣與設計曲線相符。綜上所述，根據(jù)仿真結果與設計要求分析對比，對換擋操縱閥的工作原理的分析、閥的設計過程和閥的參數(shù)選取是合理的，可以把設計經(jīng)驗用于該類操縱閥設計的一般經(jīng)驗。 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。 離合器流量曲線，由于進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。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系，上述工作過程也是調壓閥之所以能夠實現(xiàn)調壓功能的原因，這對理解調壓閥工作原理及設計調壓閥非常重要。 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。 蓄能器彈簧壓縮量曲線，在離合器結合過程中，在其余時間流量時刻在變動，直到調壓過程結束。分析可知，隨著蓄能器背腔壓力的增加，調壓閥芯一直在閥芯的零開口位置左右移動，保證調節(jié)油壓相應增加，調壓閥芯在整個調壓過程都處于動態(tài)平衡狀態(tài)。 調壓閥左腔流量由以上仿真結果分析可知，離合器結合過程中的每個階段都需要調壓閥的各個功能元件參與，在調壓過程中整個系統(tǒng)就是一個動態(tài)平衡過程。通過分析更加清楚各個元件的工作原理、動態(tài)變化過程以及相互之間的影響。因此在分析和設計調壓閥過程中不僅要進行各個功能元件的設計，更應把它們看成一個系統(tǒng)，提高產品工作性能。（2）快慢換擋功能過程實現(xiàn)快換擋功能的是快換擋油路，執(zhí)行元件是二級閥，根據(jù)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。將快慢換擋油壓仿真曲線進行對比，一二檔油壓曲線為實線，三四檔油壓曲線為虛線。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。通過仿真可驗證換擋操縱閥的快慢換擋功能，以上仿真結果與設計要求的快換擋曲線符合，同時證明快慢換擋油路分析和設計過程的正確性。 快慢換擋油壓曲線對比（3）離合器進油路有無節(jié)流口對壓力曲線的影響離合器進油節(jié)流口對離合器結合過程的影響，以ZL50裝載機離合器為例，在離合器殼體內的進油節(jié)流口可以簡化為兩個分別為5和6的薄壁節(jié)流口，將兩個節(jié)流口用于仿真模型中，進行仿真。，從圖中可以看出，，充油時間增加。由于充油結束和開始調壓的壓力變化較大，與裝載機實際工作狀況不相符，會影響離合器結合性能，因此我們要找出節(jié)流口對工作油壓變化的影響原因。 有無節(jié)流口油壓曲線對比，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)流口對從換擋操縱閥出來的油液進行節(jié)流緩沖，在調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~。，因為壓力增長較快，充油結束的油壓已經(jīng)超過設計的開始調壓壓力，因此會減少調壓時間。，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)開始壓縮，很快進入調壓階段。由以上分析可知，節(jié)流口對充油階段的減壓節(jié)流作用，影響調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計的功能無法實現(xiàn)，影響換擋品質。因此，在離合器油缸進油口加裝節(jié)流裝置時，一定要考慮對換擋操縱閥的影響。 節(jié)流口前后壓力曲線 蓄能器背腔壓力曲線對比 蓄能器彈簧壓縮量對比（4）改變參數(shù)對調壓曲線影響, 取第四章設計的調壓閥結構參數(shù)進行仿真。由調壓閥設計公式可知，在調壓閥結構尺寸已確定的情況下，調壓曲線只與彈簧初始壓縮量、最大壓縮量和節(jié)流孔面積有關。因此通過改變這三個變量可以得到不同的調壓時間、調壓初始壓力和調壓終點壓力。、。，對比后發(fā)現(xiàn)，調壓時間與這三個參數(shù)都有關系，調壓終點壓力與彈簧總的壓縮量有關系，調壓開始壓力與彈簧初始壓縮量有關系。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(shù)便可得到想要的結果。 h= L=19 h=6 L= h=6 L=13在調壓閥結構和尺寸已定的情況下，節(jié)流孔和彈簧壓縮量對調壓性能的影響，根據(jù)公式進行計算。 調壓時間的計算結果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 換擋操縱閥試驗分析對換擋操縱閥進行裝車試驗，車型為裝載機ZL50。對離合器工作壓力進行測試，測試用的離合器進油缸有節(jié)流口，橫坐標是時間，單位秒，縱坐標是壓力，單位是，測壓點在離合器油缸前，測的是換擋操縱閥出來的壓力。從圖上通過計算得出，由于節(jié)流口的作用，充油階段與調壓開始階段壓力區(qū)分不明顯。，壓力點取在離合器前和換擋操縱閥后，，充油和調壓階段的分界不明顯，但是兩個圖形曲線基本一致，因此，對于節(jié)流口對離合器結合曲線影響的分析是合理的。 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]。，從圖中看出，離合器分離和結合有合理的重疊區(qū)，避免了動力中斷和沖擊，因此換擋操縱閥的設計是合理的。 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。因此為了得到合理的換擋重疊和調壓曲線，在對工程機械進行工況計算的基礎上，更應該多做試驗，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。