基于AMESim的液力变矩器进出口定压阀动态仿真研究

作者：刘丹 剧引芳 马彪 孙宪林

欢迎访问e展厅 展厅 6 液压元件/液力元件展厅 蓄能器, 液压缸, 油缸, 液压泵/泵站, 气液增压缸, ... 摘 要：进、出口定压阀是液力变矩器供油补偿系统的关键部件之一。利用AMEsim 系统仿真平台对液力变矩器供油系统进行动态仿真研究。结果表明，工作油温和出口定压阀搭盖量对液力变矩器动态特性有重要影响。 关键词：液力变矩器；定压阀；动态仿真 液力变矩器已广泛应用于军民用车辆上[1]，为保证变矩器的正常工作，其进出口定压阀的压力分 别需随发动机工况和车辆行驶工况变化而保持在良好的压力范围内，定压阀的压力波动受阀芯与阀体搭盖量、弹簧刚度、阀芯质量和流量影响而变化，而且两个定压阀的压力波动应有良好的匹配，并保持在满足正常工作要求的范围内。传统的静态设计 只对定压阀分别单独设计计算有限的工况点，没有 考虑动态变化过程和匹配特性，往往要靠试验来调节，设计周期较长. 作者在已有实践基础上，通过动态仿真和特性匹配，改进设计方法，寻找好的设计参数，预测其 动态变化规律，为今后改进提供理论依据. AMESim (Advanced Modeling Environment forSimulationofengineeringsystems)是 IMAGINE 公司于1995 年推出的专门用于液压/机械系统的建模、 仿真及动力学分析的软件包，为用户提供了一个完善的时域仿真(包括线性分析及各种专业 特性)建模环境。用户能够借助其友好的、 面向实际应用的方案，研究任何元件或回路的动力学特性. 1 基于AMESim的液力变矩器供油系统动态仿真 1.1 液力变矩器供油补偿系统 为了持续稳定和可靠地工作，液力变矩器必须有供油系统，在大功率综合传动装置中，液力变矩器一般采用的是单独的供油系统，以满足液力变矩器大流量低压力的供油需求。在某型号车辆综合传动装置中，变矩器泵轮入口处和涡轮出口处分别装有进口定压阀和出口定压阀，如图1所示。从进口定压阀溢出的油液和从出口定压阀溢出的油液经散热器进入综合传动装置进行润滑。进口定压阀用来限制变矩器前的入口压力，它的作用是： ① 根据变矩器的不同工况、 内部液流、 压力变化规律自动调节供油系统通过变矩器的流量，达到合理地控制变矩器的散热量; ② 起保护作用，防止变矩器压力过高而破坏密封和叶片。变矩器出口定压阀起建立背压的作用，防止变矩器产生气蚀[2]. 在本系统中，因受结构、体积的限制，液力变矩器进、出口定压阀采用的是板式并联直动型滑阀式定压阀。 1.2 动态仿真模型的建立 1.2.1模型简化 液力变矩器内部液流情况十分复杂，为减化仿真计算，考虑到主要是研究进、 出口定压阀的匹配 特性，根据计算和试验结果，将其简化为一阻尼孔并忽略泄漏流量。精滤器安全阀和散热器安全阀在正常工作状态下无溢流流量，在仿真过程中不予考虑。变速箱一轴各润滑点认为是直接通油箱。 1.2.2 AMEsim 建模过程 利用 AMEsim 对液压系统进行仿真建模一般要进行以下4个步骤: ① Sketch，从不同的应用库中选取现存的图形 模块来建立系统的模型; ② Submodels，为每个图形模块选取数学模型(给定合适的建模假设); ③ Parameters，设定每个图形模块需要特定的参数; ④ Simulation，运行仿真并分析仿真结果. 综合传动装置液力变矩器油液补偿系统仿真模型如图2 所示。 2 仿真结果分析 2.1 仿真条件 在Submodels 和Parameters中按现有设计为各子模块确定具体参数。 ① 液压油密度870kg/m3；液压油中空气含量(体积)1%；液压油粘温特性见图3. ② 主阀芯直径为30 mm; 差径阀芯直径为14 mm; 进口定压阀弹簧刚度为1.59N/mm; 出口定压阀弹簧刚度为5.79 N/mm; 进口定压阀弹簧压力为90N，出口定压阀弹簧压力为126N; 进、出口定压阀搭盖量为2 mm；运动件总质量为0.1kg; 前泵额定排量为45 ml/r; 前泵额定 转速为2900r/min; 油箱压力为1.5bar. ③ 前泵的加载转速如图4 所示. 2.2油液温度影响的仿真研究 系统采用现有设计参数在油温20℃ 、40℃ 和100℃ 时变矩器进、 出口压力动态仿真曲线分别如图5、图6、图7所示。 分析图5－图7可知： ①随油温的升高，系统启动压力峰值降低；系统启动过渡时间增长;系统在前泵额定转速工况下变矩器的进、出口压力及压差降低。 ②采用现有设计参数，基本满足使用要求，但系统启动时特别是低油温启动时压力冲击较大. 2.3 定压阀参数影响的仿真研究 改变出口定压阀阀搭盖量为1 mm、0.5 mm和0，其它参数不变。在油温40℃时仿真结果见表1，在油温100 ℃时仿真结果见表2. 分析表1、 表2 可知: ①相同油温下系统启动压力峰值主要受出口定压阀阀芯与阀体的搭盖量影响，搭盖量越小则系统启动动态性能就越好. ②当搭盖量为0.5mm，在油40℃ 启动时的压力峰值 Pmax 为9.98bar，比现有设计降低4.32 bar，降幅达30.2%，仅比额定工况下的 P1高0.3bar，可修改设计使用此搭盖量. ③在加工工艺许可时，可将液力变矩器出口定压阀设为常开与常闭的临界值，即搭盖量为0，可将系统启动压力峰值减至更小。 3 结论 基于AMESim的液力变矩器供油系统动态仿真结果可信度较高，将AMESim用于液压系统产品设计，使仿真功能得到了较大扩展，缩短了产品开发周期，可有效地利用现有产品的设计成果，使得仿真结果图形的分析和修改更加方便。 由仿真结果可知，出口定压阀的搭盖量对启动时压力偏差影响较大，减小搭盖量可有效改善系统的动态特性，关于其它参数对系统动态性能的影响将另文研究。 参考文献 [1]张志凯，刘宝铎.变矩器闭锁离合器充油特性的设计[J].车辆与动力技术，2000(3):37-42. [2]朱经昌，魏宸官，郑慕侨.车辆液力传动[M]，北京:国防工业出版社，1982.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/22/2008)