汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)充液管道參數(shù)研究*

□ 楊慧榮

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院 鄭州 451191

1 設(shè)計(jì)背景

液壓瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)將蓄能器作為液壓系統(tǒng)的輔助動(dòng)力源,應(yīng)用較小流量的液壓泵,為蓄能器進(jìn)行供油。當(dāng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作時(shí),由蓄能器通過連接的充液管道向執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)大量的油液,保證機(jī)構(gòu)能在最短的時(shí)間內(nèi)完成制動(dòng)動(dòng)作。若充液管道的通徑過小,會(huì)延長機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間,使系統(tǒng)壓力損失增大,并且會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊,縮短充液管道和液壓元器件的使用壽命。若充液管道的通徑過大,則會(huì)增加成本,導(dǎo)致整體裝置結(jié)構(gòu)龐大,并且容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

對充液管道選擇的理論和應(yīng)用日益成熟,但是在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中,要求液壓制動(dòng)保護(hù)裝置在降低制動(dòng)時(shí)間的基礎(chǔ)上,還要盡可能減小制動(dòng)時(shí)的壓力峰值,以降低對機(jī)架的沖擊,因此需要進(jìn)一步研究充液管道參數(shù)對液壓系統(tǒng)和制動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生的影響。根據(jù)斷帶保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和系統(tǒng)要求來調(diào)整充液管道的各項(xiàng)參數(shù),總結(jié)出適合類似結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的充液管道的參數(shù)設(shè)置方案,可以達(dá)到在滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上降低液壓沖擊、振動(dòng)及提高經(jīng)濟(jì)性的要求。

筆者采用理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方式,研究汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)充液管道參數(shù),分析充液管道參數(shù)對汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)和制動(dòng)時(shí)間的影響,為在實(shí)際生產(chǎn)中斷帶保護(hù)系統(tǒng)充液管道的選擇提供依據(jù)。

2 參數(shù)合理選擇

在汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)充液管道中,流體的伯努利方程為:

(1)

∑hw=∑hf+∑hs

(2)

式中:Ws為軸功;z1、z2為充液管道截面所在的高度;p1、p2分別為截面z1、z2處的流體壓強(qiáng);μ1、μ2分別為截面z1、z2處的流體速度;ρ為流體密度;g為重力加速度;∑hw為充液管道阻力;∑hf為充液管道沿程阻力;∑hs為充液管道局部阻力。

流體在充液管道內(nèi)的流動(dòng)可視為層流,由此充液管道沿程阻力為:

∑hf=32lv/d2

(3)

式中:l為充液管道長度;d為充液管道直徑;v為流體黏度。

根據(jù)所用管接頭的設(shè)備屬性,可以查出當(dāng)量直管阻力,得到充液管道局部阻力為:

∑hs=hg

(4)

式中:h為截面z1、z2處的高度差。

3 仿真分析

3.1 原理

汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)液壓原理如圖1所示。油泵為系統(tǒng)的運(yùn)行提供動(dòng)力?？刂圃ū壤缌鏖y、溢流閥、節(jié)流閥、單向閥等,對系統(tǒng)起到一定的保護(hù)作用。執(zhí)行元件為制動(dòng)器油缸,直接負(fù)責(zé)制動(dòng)器的制動(dòng)和松閘動(dòng)作。采用蓄能器對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)壓,能起到延長保壓時(shí)間和減緩系統(tǒng)沖擊的作用,滿足應(yīng)急要求。這一制動(dòng)控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)過程平穩(wěn)安全,可靠性高。

圖1 汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)液壓原理

3.2 充液管道長度對制動(dòng)特性影響

汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)中,采用容量為50 L的蓄能器為系統(tǒng)供油,按照液壓設(shè)計(jì)原則,蓄能器的預(yù)充油壓力為系統(tǒng)溢流閥調(diào)定壓力的75%,確定蓄能器的充油壓力為6 MPa。經(jīng)計(jì)算,滿足系統(tǒng)工作條件的充液管道最小內(nèi)徑為16 mm,根據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中所選充液管道的最小內(nèi)徑應(yīng)稍大于系統(tǒng)所需最小內(nèi)徑的原則,在選擇充液管道直徑為18～26 mm的條件下,分析充液管道的長度分別為1 m、6 m、10 m時(shí)汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力變化情況。應(yīng)用AMEsim軟件仿真得到在充液管道不同長度時(shí)充液管道入口和出口壓力曲線,分別如圖2、圖3所示。壓力變化是液壓作用的宏觀表現(xiàn),由圖2、圖3可見,波動(dòng)的壓力曲線反映出制動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的作用過程。充液管道長度越長,波動(dòng)趨勢越不明顯,這是因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)沿著管道進(jìn)行衰減,充液管道長度越大,衰減越明顯。

圖2 充液管道不同長度時(shí)入口壓力曲線

圖3 充液管道不同長度時(shí)出口壓力曲線

充液管道不同長度時(shí)的壓力峰值見表1。由表1可以看出,在充液管道直徑大小確定的情況下,充液管道入口和出口的壓力峰值會(huì)隨著充液管道長度的增大而逐漸增大,但是壓力峰值增大的幅度相對于長度增大來說并不明顯?？梢?減小充液管道的長度對于減小系統(tǒng)的壓力峰值并沒有顯著作用。當(dāng)然,在充液管道直徑不變的情況下,應(yīng)根據(jù)汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)的布置情況和降低成本的原則,盡量選擇布置長度較短的充液管道。

表1 充液管道不同長度時(shí)壓力峰值

3.3 充液管道直徑對制動(dòng)特性影響

在仿真中,研究充液管道不同直徑時(shí)對制動(dòng)特性的影響。將充液管道直徑依次設(shè)置為18 mm、20 mm、22 mm、24 mm、26 mm,應(yīng)用AMEsim仿真軟件,可以得到充液管道不同直徑時(shí)充液管道入口和出口壓力曲線,進(jìn)而可以得到充液管道不同直徑時(shí)的壓力峰值,見表2。由表2可知,隨著充液管道直徑的減小,充液管道入口和出口的壓力呈現(xiàn)越來越劇烈的變化趨勢,壓力峰值增大,因此,入口處使用的充液管道直徑越小,入口和出口的壓力波動(dòng)就越大,造成的壓力損失也就越大。

表2 充液管道不同直徑時(shí)壓力峰值

4 結(jié)束語

汽車瞬時(shí)壓力控制系統(tǒng)充液管道入口和出口的壓力波動(dòng)與充液管道的直徑和長度有關(guān),充液管道直徑越小,制動(dòng)時(shí)間越長,充液管道入口和出口的壓力峰值越大;充液管道長度越長,制動(dòng)速度越慢,充液管道入口和出口的壓力波動(dòng)越大。

雖然增大充液管道入口、出口直徑對推動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)及流量補(bǔ)償起一定作用,但是也會(huì)影響充液管道液壓的穩(wěn)定性,增大充液管道直徑至一定值后,對降低充液管道壓力沖擊的作用并不大。