全液压制动系统双回路制动阀仿真与实验研究

　　全液压制动系统具有制动力矩大、制动灵敏、稳定性强的特点，与气液制动系统相比具有显著的性能优势，已成为工程机械制动系统的主流发展趋势.由于目前国内并未完全掌握全液压制动系统的核心技术，仍依靠国外进口的系统元件，造成系统成本昂贵、升级困难.因此，实现全液压制动系统元件的国产化非常重要.双回路制动阀作为全液压制动系统压力输出的控制元件，其性能的优劣直接影响车辆制动的安全性.目前国内学者只对国外双回路制动阀样品的动、静态特性进行了仿真与实验研究[1-4]，尚未深入开展不同关键结构参数对双回路制动阀性能影响规律的研究.

　　本文建立了双回路制动阀工作过程的数学模型，分析了阀芯受力平衡以及动态运动过程，并基于AMESim液压/机械多场耦合仿真平台，建立了制动阀的液压仿真模型，通过变参数仿真和实验研究了关键结构参数对制动阀性能的影响规律.研究对于双回路制动阀的国产化开发具有一定的参考价值.

　　1双回路制动阀工作原理

　　1.1工作过程分析

　　双回路制动阀的液压原理图如图1所示，其中：A1、A2分别为前、后桥输出口；T1、T2分别为前、后桥回油口；P1、P2分别为前、后桥进油口；F为踏板力，N.双回路制动阀内部结构图如图2所示，其中：Xu为上阀芯对P1的遮盖量；Xd为下阀芯对P2的遮盖量.

　　双回路制动阀具有上、下两个阀芯（近制动踏板端为上阀芯，远制动踏板端为下阀芯），其工作过程可分为三个阶段：制动空行程阶段、比例制动输出阶段、制动撤销阶段.

　　制动空行程阶段是指上、下阀芯在F作用下左移，制动阀的前、后桥输出口A1、A2分别与回油口T1、T2由接通到逐渐断开，并与进油口P1、P2由断开到临界接通的过程. 　　比例制动输出阶段是指随着阀芯位移逐渐增大，A1、A2分别开始与P1、P2接通，双回路制动阀开始输出制动压力，制动输出压力与阀芯位移成比例关系.当阀芯位移达到最大值时，制动输出压力达到最大值并保持不变.

　　当F撤销时，阀芯在复位弹簧的作用下右移，双回路制动阀A1、A2分别与T1、T2接通，前、后桥制动器中的液压油回流至油箱，制动过程结束.

　　根据阀芯在不同工作阶段的受力情况，可得到其受力平衡方程.当制动阀处于空行程阶段时，阀芯受力平衡情况及动态运动方程可表示为

　　综上可得，上、下阀芯分别对进油口P1、P2的遮盖量Xu、Xd决定了制动过程中空行程的长短.此外，由式（4）可知，在双回路制动阀其他结构参数不变的情况下，Xu、Xd与双回路制动阀输出压力成比例关系.由于在双回路制动阀加工中主要是通过改变Xu、Xd调节不同的双回路制动阀的输出压力，因此，Xu、Xd是双回路制动阀的关键结构参数.