全动力液压制动系统制动阀芯结构特性分析

　　0　引言

　　影响工程车辆制动系统性能的主要元件为制动阀、蓄能器及制动轮缸等,其中最为关键的元件是制动阀。轮式工程车辆常用的液压制动阀主要有两种:一种是踏板操纵的反向调节式制动阀,可用于弹簧制动器制动系统;另一种是双回路全动力液压制动系统中最常用的串联调节式液压制动阀^[1,2]。研究双回路全动力液压制动系统中的制动阀结构特性对于研究车辆制动系统性能具有很重要的意义。本文对全动力液压制动系统进行了动态特性建模,并对制动阀进行结构特性分析,得出阀芯直径尺寸的结构特性及其设计要求。

　　1　串联调节式液压制动阀

　　1.1　原理及结构

　　双回路制动阀及系统结构原理图见图1。其工作过程如下:当需要制动时,踏板经由弹簧推动上阀芯1向下移动,由上阀芯产生的液动力推动下阀芯2同时向下移动,两阀芯首先关闭回油口A1、A2,而后将蓄能器压力输入口B1、B2与输出至制动轮缸的压力输出口T1、T2相连;经由两阀芯反馈油孔C1、C2作用在两阀芯下端的压力不断地升高,推动阀芯向上运动并切断蓄能器压力输入口B1、B2与输出至制动轮缸的压力输出口T1、T2间的连接,此时阀芯继续保持制动压力,踏板和制动压力的平衡决定了制动压力的大小;制动过程结束时,阀芯回位使A1、A2与T1、T2重新接通, B1、B2口被重新关闭。阀芯的排列保证了如果其中的一个回路失效,则另一个回路仍能保持有效制动^[3]。

　　1.2　阀芯直径设计

　　上阀芯的大直径D1和小直径d1,从强度考虑:

　　通过阀芯与阀体间环形通道的流量计算公式为:

　　其中:流量Q以公称流量Qg代入,环形通道中油液流速v≤6m/s,取d1=D1,则有:

　　同理,下阀芯的大直径D2和小直径d2与流量间也满足以上的关系。

　　2　全动力液压制动系统和制动阀芯建模

　　在增压状态下,液压油从蓄能器经制动阀流向轮缸,根据蓄能器、制动阀中液压油的流量连续性方程可得:

　　其中:F为踏板力;K0为踏板弹簧刚度系数;L、L0分别为踏板力、阀芯作用力至踏板铰点的距离;A0为踏板初始角;M0为踏板弹簧上部折合质量;XV为上、下阀芯联动位移;X1为踏板弹簧上部位移。

　　由蓄能器经制动阀至轮缸的流量连续性方程可得:

　　其中:C0为蓄能器液容;Q为油液密度;Cd为制动阀阀口流量系数;A1和A2分别为上、下阀芯阀口的通流面积,,D为阀开口度,D=XV-Lf,Lf为阀芯封油长度;p1和p2分别为上、下回路制动轮缸压力;p01、p02分别为上、下回路蓄能器内瞬时压力。