装载机变速器液压系统分析.pdf

2 0 1 5年 5月 第 4 3 卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS Ma v 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 4 3 装载机变速器液压系统分析 张凯华 ，田晋跃 ，兰士新 ，周平 1 ．江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇 江 2 1 2 0 1 3 ；2 ．总装工程兵科研一所 ，江苏无锡 2 1 4 0 3 5 摘要变速器液压系统对于变速器的性能有着重要影响。分析某装载机变速器的液压系统 ，包括主油压调压系统 、换 挡离合器，利用 A ME S i m液压仿真软件建立了主油压调压系统、换挡离合器及整个液压系统控制模型，仿真结果表明该系 统能够满足压力要求。并针对变速器液压系统分析了离合器结合、分离时序对换挡的影响， 从而找到最佳的离合器结合、 分离时序。 关键词变速器 ；液压控制系统；A ME S i m； 主油压调压系统 ；换挡离合器 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 2 文献标志码A 文章编号 1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 9 - 1 4 9 - 5 Ana l y s i s o f a Lo a de r Ge a r bo x Hy dr a u l i c S y s t e m z HANG K a i h u a ．T I AN J i n y u e ．LA N S h i x i n 。Z HOU Pi n g 1 ． S c h o o l o f A u t o m o b i l e a n d T r a f f i c E n g i n e e r i n g ，J i a n g s u U n i v e r s i t y ，Z h e n j i a n g J i a n g s u 2 1 2 0 1 3 ，C h i n a ； 2 ． T h e F i r s t E n g i n e e rin g S c i e n t i f i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ，G e n e r a l Ar ma me n t s De p a r t me n t o f C h i n a ， Wu x i J i a n g s u 2 1 4 0 3 5．C h i n a Abs t r a c tTr a ns mi s s i o n h y d r a ul i c s y s t e m i s v e r y i mpo r t a n t o f i n flue nc e f o r t h e t r an s mi s s i o n pe r f o r ma n c e．Th e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m of a l o a d e r t r a n s mi s s i o n wa s an a l y z e d ，i n c l u d i n g t h e ma i n r e g u l a t o r s y s t e m a n d s h i f t i n g c l u t c h ．AME S i m h y d r a u l i c s i mu l a t i o n s o f t wa r e w a s u s e d t o e s t a b l i s h t h e c o n t r o l mo d e l o f ma i n r e gu l a t o r s y s t e m ，s h i ft i n g c l u t c h a n d t h e o v e r a l l h y d r a u l i c s y s t e m． T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e s y s t e m i s a b l e t o me e t t h e p r e s s u r e r e q u i r e me n t s ， a n d a i me d t o t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t r a n s mi s s i o n ，t h e i n - fl u e n c e o f t i mi n g o f e n g a g e me n t a n d d i s e n g a g e me n t o n s h i ft i n g c l u t c h w a s a n a l y z e d，t h e r e b y t h e o p t i ma l t i mi n g w a s o b t a i n e d ． Ke ywor dsTr a ns mi s s i o n；Hy dr a u l i c c o n t r o l s ys t e m ；AMES i m ；Ma i n r e g u l a t o r s y s t e m ；Sh i f t i n g c l ut c h 0前言 某装载机变速器液压系统 ，由液力变矩器、换挡 离合 器 、液压操纵系统等构成 ，变速器换挡 过程 是 由 液压操纵系统控制换挡离合器的结合或分离来完成 的。离合器的结合、分离的时间不当会导致换挡不平 稳 ，搭接过早会造成动力干涉，过晚会产生动力中 断 。因此 ，准确分析变速器液压 系统 、换挡 离合器结 合过程中的油压变化 ，及换挡离合器结合、分离时序 非 常重要 。 1 变速器液压 系统工作原理 变速器液压 系统 由液力变 矩器 、换挡离合器 、液 压操纵系统等组成 ，该变速器液压系统如图 1 所示， 主调压 系统 是 由 1个 三联 阀组 成 ，三联 阀 由主压 力 阀 ，进 口压力 阀和 出 口压力 阀等组 成 ，3 个 液压 阀分 别控制主油压、变矩器人 口油压和变矩器出口油压。 油泵来的液压油一部分送给变速操纵阀实现变速，另 一 部分通过压力调节阀进入变矩器传递动力，当油压 超过一定压力时 ，进 口压力调节阀被打开，油流回变 速器油底壳。变速器换挡靠变速器操纵阀的油路，控 制 6个离合器 的结合或分离，得到前 四后四不 同速 度 ，每个挡位均需要 同时结合两个离合器才能传递 动力 。 A、B 、C、D一高速开关电磁阀；L 、H、F 1 、F 2 、R1 、R 2 换挡离合器 图 1 变速器液压系统原理图 2变速器调压系统分析 该变速器 的主调压和液力变矩器调压 系统 主要有 三联阀来完成，三联阀结构如图2所示 ，三联阀安装 在变矩器齿轮箱上，由主压力阀、变矩器进、出口压 力阀组成。3 个阀的作用和控制的压力各不相同主 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 3 1 9 作者简介张凯华 1 9 8 9 一 ，男，硕士研究生，研究方向为汽车机电液控制 。E - m a i l 1 0 7 8 9 6 5 5 0 9 q q ． c o m。 第 9期 张凯华 等装载机变速器液压系统分析 1 5 1 图8 湿式换挡离合器原理图 3 ． 2 湿式换挡 离合 器活塞动力学方程 m p p p p p X p p o F p 离合器结合过程分为三个阶段 ，第一阶段离合器 消除间隙阶段，第二、三阶段离合器摩擦片工作压力 的增长阶段，接合完成后压力保持的阶段。 第 一阶段 『 p p p u 【 F 0 第二 阶段 f mp p c p p p p P 0 F p 【 F 0 第三阶段 r p Xp 0 { 【 F F p - k X p p o 式 中 m 为活塞及随动部分质量之 和 ； X 。 为活塞位移， 胡 为离合器油缸 回位弹簧的 初始被压缩量，A ； p m a x 为活塞运动到最大位移处 ， 。 为 活塞 的速 度 ， 为活塞的加速度 ； C 为黏性阻尼系数 ，与油液黏 度等因素有关 ； k 为回位弹簧刚度； F 。为液体作用在活塞上的力； F 为活塞施加 于摩擦 片的作用力。 忽略离合器油缸 、油路 的泄漏损失 ，假设 充油过 程 中压力油温度不变 ，离合器 活塞运 动过程 压力油流 量 平衡 方程 Q d t A 。 在第一 阶段离合器 活塞运 动过程 中，离合器 的流 体 连续性方程为 Q A p x 。 d p 。 d p p 结合过程的第二、第三阶段 ，忽略摩擦片的弹性 变形，则油缸活塞不再移动 ，即 0 ，此时离合器 的流体连续性方程为 式中Q 为离合器油缸的液压油输入流量； 为压力油的有效体积弹性模量； A 为离合器油缸活塞截面积 ； 为 。 0时离合器油缸初始体积和离合器供 油管路体积的总和； P 为离合器油缸 的控制油液压力 。 在该离合器 调压 系统中采 用换向阀是 由高速开关 电磁 阀作为先导控制 ，如图 9 所示 的原理 图，阀端作 用着弹簧另一端受电磁阀的先导油压作用。当高速开 关电磁阀不通电时，换向阀在右侧弹簧的作用下处于 左位 ，换 向阀不 通 ，当高速电磁阀通电 ，高速阀球 阀 打 开 ，油 液经过电磁阀流入开关 阀的控制腔 ，随着流 入的液压油增多压力增大，当控制腔的压力足够大时 将推动换向阀阀芯克服弹簧力向右移动，此时液压油 就能经过换向阀进入离合器 ，控制离合器的结合。因 此可以通过 电磁阀的脉宽调制 P WM来控制进入 控制腔的油液流量 ，进而控制通过换向阀进入离合器 的油液流量来控制离合器油压 的变化 。 图 9 离合器调压系统原理图和仿真图 离合器油压控 制 A M E S i m模 型如 图 9所示 ，为了 方便研究 ，现将液压控制系统进行简化，将其简化为 操纵阀控制单个离合器 ，压力源 P是通过调压三联 阀进入离合器的油压。仿真结果如图 1 O所示表明离 合器 液压缸压 力分 为三个 阶段 ，充 油 阶段 ，0 ． 4 s 时 油液进入离合器内部，消除内部间隙；第二阶段活塞 开始克服弹簧并逐渐压紧摩擦片，离合器液压缸压力 开始逐渐上升，此时摩擦片处于滑磨阶段；第三阶段 缸内压力迅速增长 ，直到挡位所需 的控制压力 。 罨 出 时 间， s 图 1 0 离合器结合、分离压力变化曲线 4 变速器液压系统模型及仿真分析 利用 A ME S i m 建立 液 压 系 统模 型 如 图 1 1 所 示 ， 第 9期 张凯华 等装载机变速器液压系统分析 1 5 3 时 间， | 图 1 6 离合器 L 5内 的压力曲线 1 ． 6 1 ． 4 1 ． 2 ￡ 1 ． 0 翟 0 ． 8 杂0 ． 6 茸 ； 0 ． 0 ．O ． 2 时间／ s 图 1 7 离合器 L 6内 的压力曲线 装载机变速器液压系统L 1 、L 2 、 L 3 、L 4 、L 5 、L 6 离合 器 电子 控制 单 元 图 1 8 变速器液压系统 电子控制 图 5 结 论 通过对某装载机变速器的液压系统分析 、建模和 仿真 ，分析了采用三联阀的主调压系统，能使系统压 力达到一定值 且保 持不变 ，调压效果满足要求 ；理论 分析了换 挡离合器结合 过程分 3个 阶段完成 ，用 A M E S i m仿真验证了离合器结合 、分离过程 ，且满足 压力要求 ；分析 了液压整个控制 系统 ，验证变速器换 挡过程是 由液压操纵 系统控制换挡 离合器 的结合 或分 离，且离合器结合、分离时序对于换挡有重要影响。 参考文献 [ 1 ]冯能莲 ， 郑慕侨 ， 马彪． 动力换挡离合器 放油特性仿 真研究[ J ] ． 农业工程学报， 2 0 0 1 ， 1 7 2 6 8 - 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