基于Simulink的自卸车液压制动回油堵塞现象分析.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e als ／ No ． 9 ． 2 01 0 基于 S i m u l i n k的自卸车液压 制动回油堵塞现象分析 吴远迪 周 志鸿 李 宴 北 京科 技大 学土 木环 境工 程学 院 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 摘要 本文 给出了工程车辆液 压制动阀的工作原理图 ， 经 简化建立 了～个 液压盘式 制动回油路 数学模型 ， 并 通过 Ma t l a b的 S i mu l i n k 搭建 了其仿真模型 ， 以首钢 S G A1 7 0吨 载重 矿用车低速制动 系统 防止发热过大 ， 高速时采用电涡流制动 为例 ， 给 出初始参数并进 行动态仿真 ， 通过结果分析 ， 针对 回油堵塞的问题 ， 找出了可行 的解决措施 。 关键词 液压制动阀 ； 回油路堵塞 ； S i m u l i n k仿真 中图分类号 T P 3 9 9 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 9 0 0 0 7 0 3 A n a ly s i s o f t h e Re t u m Oi l J a mmi n g o f t h e Hy d r a u h c B r a k e C i r c u i t o f t he Co n s t r uc t i o n Ve h i c l e Ba s e d o n S i mu l i n k W U Yu a n di ZHOU Zhi -h o n g LI Ya h C i v i l a n d E n v i r o n m e n t E n j i n e e r i n g S c h o o l ， U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Ab s t r a c t A wo r k s c h e ma t i c o f a c o n s t r u c t i o n v e h i c l e ’ S h y d r a u l i c b r a k e v a l v e i s i n t r o d u c e d ． Af t e r s i mp l i f y i n g ， a ma t h e ma t i c a l mo d e l o f t h e b a c k o i l r o a d o f a h y d r a u l i c d i s c b r a k e wa s b u i l t u p ． T h r o u g h Ma t l a b s S i mu l i n k ， t o b u i l d i t s s i mu l a t i o n mo d e 1 ． W i t h t h e l o w- s p e e d b r a k i n g s y s t e m t o p r e v e n t e x c e s s i v e h e a t ， w h e n h i g h - s p e e d ， e d d y c u r r e n t b r a k e w i l l b e u s e d o f S h o u g a n g S G A 1 7 0 t L o a d m i n e d u m p e r a s a n e x a m p l e ，t o g i v e n t h e i n i t i a l p a r a m e t e r s ．A t l a s t s o me v i a b l e s o l u t i o n s t o t h e p r o b l e m o f t h e ba c k o i l r o a d we r e f o u nd ， t h r o ug h t h e r e s u l t s o f a n a l y s i s ， a f t e r dy n a mi c s i mul a t i o n． Ke y Wo r d s h y d r a u l i c b r a k e v a l v e ；c o n g e s t i o n o f b a c k o i l r o a d ；s i mu l a t i o n o n S i mu l i n k 0 引言 液 压制 动 系统 是一 种 可 以提 供更 大 压 力 ，制 动反 应更加敏捷 ， 使汽车行驶更加稳定的新型制动系统。目 前国内对该系统 的研究正处于起步阶段【 】 】 ， 由于进油油 压高 ， 管路阻尼对 系统影响不大 ， 而回油时油压较低 ， 管路 的阻尼对 回油过程有很大的影响 ．容易造成 回油 路堵 塞 ， 所 以分 析 回油路 的管 路情 况是很 有 必要 的 。实 际应 用 中 ， 有些 车 常发 生 回油路 堵塞 的问题 ， 针对 这 个 问题 ， 本文分析了各种因素 ， 并通过 Ma t l a b的 S i mu l i n k 仿真， 找出各因素如何影响回油过程 ， 进而给出一些解 决方 案 。 1 回油过程 S G A1 7 0使用 的双回路全动力液压制动阀 ． 是制动 系统 的关 键部 件 之一 ，制 动 阀 的主要 作 用是 及 时 控制 制 动压 力 ，满 足 车辆 对 制动 系统及 整 车 制动 力 矩 的要 求 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 6 作者简介 吴远迪 1 9 8 5 一 ， 男 ， 硕 士研究生 ， 研究方 向 矿用车辆流体传 动与控制应用技术。 如图 1 所示正是制动钳与制动盘松开 的状态 。 油 液流 回液压缸。此时脚踏板松开 ， 输人压力油截止， 制 动轮缸依靠弹簧力复原。 1 自 ] 习 ‘ 一 圈 1液 压 制 动 回 油路 原 理 图 左 面 2根 油 路 的油 是来 自蓄能 器 的高 压油 ，制 动 阀上方连接制动脚踏板 ， 踩下踏板 ， 阀芯向下运动压缩 弹簧 ， 进油路打开 ， 实现制动嘲 。 工 程 车辆 自重 、 载 重大 ， 需要 较 大 的制 动 力 矩 ， 一 个制动盘上一般装有多个制动轮缸 ， 且为柱塞缸 ， 柱塞 作用面积 s d g ， d 。 为柱塞直径 。 斗 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0年 第 9期 2 影 响回油速度 的因素 研究长度为 Z ， 断面积为 的管路中的液流 ， 管路 中由于油液的摩擦 、惯性及压缩性所引起 的压力变化 与流量的关系可分别描述为 △ p l h Q 1 △ p 2 2 3 C h } Q d t 3 a p ap l △p 2 △p 3 式中△ p 管路两端的压力差； △ p 。 油液摩擦引起的压力变化； △ p 厂油液惯 性 引起 的压力变 化 ； △ p 油液压缩性引起的压力变化； 风、 、 c I 一 分别为管路的液阻 、 液感和液容。 液阻 表征管路内液体的摩擦作用，定义 ， 为单位液阻， 层流时 ； 紊流时 R w Q； 液感 表征管路内液体的惯性 ，定义 Z ， f 为单 位 液感 ， l ra p ／ A 液容 表征管路 内液体的弹性 ， 定义 C C d l 为单 位液容， C m A ／ k ； 上述定义 中 x 4 9 、 k分别表示油液的动力黏度 、 密度和体积弹性 模量 ， 设其中 p 9 O O k g ／ m ； ／ ． t p 5 O mm2 ／ s ； k 7 0 0 MP a A为管路的摩擦阻力系数 ，光滑金属圆管 A与液 体流动状态有关 。雷诺数 e ，小于临界雷诺数 R e 2 3 2 0 ， 所 以属 于层 流 。 实际的回油管路长 Z 约为 5 m 回油管 内径 d 为 1 5 m m 由于管路比较短 ， 回油时间短 △ p ， 可忽略不计 ， 所 以油压损失 △ p a p l a p 2 。 由以上 3式可知 ， 造成压力损失的参数主要有 油 液 的黏度 、 密度 、 流动速度 、 加速度 和管道 内径 。下 面分 析不同参数对回油速度的影响。 3 建立回油路数学模型 回油 时柱塞 受力 图如 图 2所示 ，柱 塞受 到 弹性元 件对其施加的向左 的回复力 。 回复过程中还受到柱塞、 柱塞密封圈等与油液之间的阻尼力 ，油液与管路作用 的沿程阻力 ， 油液的惯性阻力等[3 1 。 活塞 的动力 学方程 为 8 脚s 等 式中 卜回复力， 与回复系数和位移 有关； 柱 塞黏性 阻尼系数 ； m 柱塞质 量 ； △ p 管路 两端压差 ； 柱塞 面积 。 盘 4 图2回油过 程 柱 基 堂 力 图 4 仿真 表 1给出了初始条件以及系统模型参数 ，经过计 算化简动力学方程 ， 并利用 S i mu l i n k建立起仿真模型， 如图 3所示 ， 仿真的结果可 以得到活塞运动的位移 、 速 度 、加速度 和油 液作 用在 活塞 上的压 力 。通过 T 0 Wo r k s D a c e 模块把位移信号输出到 Ma t l a b主空间， 并画 出其 位移 曲线 。 轰 1 初始条件和仿真参数 仿真参数 参数设置 初始位移 制动问隙 回复系数 K l M 却 S 初速度 图 3 活塞运动仿 真模型 通过仿真得 出的活塞 位移变化曲线如图 4所示 ， 一 一 ～ 一 一 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 9 ． 2 01 0 回位 时 间长达 1 ． 5 s以上 ，是 预 想 的 回位 时间 0 ． 5 s的 3 倍 ， 造成 以上结果主要是因为 回复 系数过大 ． 活塞运动 存在较大的波动。将 K改为 1 0 0 0 N ／ m， 其他参数不变 ． 仿真结果如图 5显示 ， 活塞运动没有波动 ， 但 回位时间 仍在 1 ． 4 s 左右 ，此时回油路摩擦力和油液惯性力起 主 要作用 ， 即油路出现堵塞现象。 图 4 活塞位移变化图 图 5 回 复 系 数 过 小 时 活 塞 位 移 变 化 图 将 k改为 2 0 0 0 N ／ m， 并将 d加大为 2 0 m m， 可降低 阻力 P的值 ， 结果如图 6所示 ， 在 0 ． 5 s 左右活塞 回到原 位 ， 等待下一次制动 ， 柱塞运动平缓 ， 此过程则完全满 足对活塞回位灵敏度的要求 。 5 结论 综上所述 ， 回油速度 由沿程油压损失 、 活塞黏性阻 - - -- - - - - 图 6 叫复 系数 适 当活 塞 位 移 变 化 图 尼系数和回复力大小共 同决定 ，活塞黏性阻尼力一般 较小 ，沿程压力损失主要 由油管内径 、油管粗糙度决 定 ， 弹簧刚度不可能太 高， 长时间使用会使弹簧老化 。 所 以要尽可能降低压力损失 P，由第 四部分的分析可 知 ，加大管道 内径和减小管道摩擦阻力可以有效地降 低 △ p， 从而达到快速稳定地 回位效果。 参 考 文 献 【 1 】 刘惟 信． 汽车制动 系统 的结构分 析与设计计算 【 M】 ， 北 京 清 华 大学 出版社 ． 2 0 0 4 ． [ 2 ] 丁守福 ， 杜长龙 ， 刘伟等． 基于 Ma t l a b计算机仿真在液压系统 中的应用[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 6 9 2 7 2 9 ． [ 3 】 程振东 ， 田晋跃 ， 刘 刚． 车辆全液压制动系统执行机构建模及 仿真l J J ． 系统仿真学报 ， 2 0 0 6 3 7 7 8 7 8 0 ． [ 4 ] 姚佳． 基于 S i mu l i n k的电液 比例溢流阀频响仿真[ J ] ． 液压气动 与密封． 2 0 0 9 3 3 8 4 0 ． [ 5 ] 韩虎， 等． 基于 MA T L A B液压系统 的仿真技术 研究与应用『 J ] ． 液压气 动与密封， 2 0 0 7 3 4 5 ． [ 6 】 林慕 义， 刘 瑁． 全液 压制动 系统 管路布置 对车辆制 动性能 的 影 响[ J 】 ． 工程机械， 2 0 0 9 1 2 7 3 0 ． 【 7 】 金毅 ． 重 型车辆制动装 置液压系统研 究【 J 】 ． 液压与气动 ，2 0 0 8 2 7 0 7 2 ． 9