轮式工程机械负荷传感全液压转向系统建模及仿真分析

　　0 引言

　　负荷传感型转向系统是近年来兴起的一种全液压转向系统,因配有优先阀,一方面能够按照转向油路的要求优先向其分配流量,无论负载压力大小及方向盘转速高低,均能保证供油充足,转向动作平滑可靠;另一方面,该系统转向油路除分配使其维持正常工作所必需的流量外,剩余部分可几乎全部供给辅助油路使用,从而消除了由于向转向油路供油过多而造成的功率损失,提高了系统效率.但由于该系统增加了负荷传感油路及优先阀阀芯的响应时间,转向时往往有轻微的滞后感.通过对系统的结构组成分析,建立其数学模型,并在仿真软件Matlab/Simulink环境下进行了仿真验证.

　　1 系统结构

　　负荷传感液压转向系统^[1-2]是在全液压转向系统的基础上,配以优先阀和负荷传感转向器加以改进.其组成如图1所示.

　　优先阀是一个定差减压元件,无论负载压力和油泵供油量如何变化,优先阀均能维持转向器内变节流口C1两端的压差基本不变,保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速与转向器排量的乘积.当方向盘不动、转向器处于中位时,如果发动机熄火,油泵不供油,优先阀的控制弹簧将阀芯推向右位,接通CF口油路.发动机启动后,优先阀分配给CF油路的油液,流经转向器内的中位节流口C0产生压降.由于C0的液阻很大,只要流过很小的流量便可产生足以推动优先阀阀芯左移的压差,进一步推动阀芯左移,开大EF阀口、关小CF阀口,此时只有很小流量的液压油流过CF口,大部分液压油经EF口到工作系统合流.

　　当转动方向盘时,转向器的阀芯与阀套之间产生相对角位移,当角位移达到某值后,中位节流口C0完全关闭,油液流经转向器的变节流口C1产生压降.C1两端的压力传到优先阀阀芯的两端,迫使阀芯寻找新的平衡位置.如果方向盘的转速提高,在变化的瞬间,流过转向器的流量小于方向盘转速与转向器排量的乘积,计量装置带动阀套的转速低于方向盘带动阀芯的转速,结果阀芯相对阀套的角位移增加,变节流口C1的开度增加,这时只有流过更大的流量才能在C1两端产生转速变化前的压差,以便推动优先阀阀芯左移.因此优先阀内接通CF油路的阀口开度将随方向盘转速的提高而增大.最终,优先阀向转向器的供油量将等于方向盘转速与转向器排量的乘积.经过转向器的油液进入转向油缸相应的油口,使油缸伸缩,从而带动车架实现相应的转向动作.

　　2 系统模型

　　对液压系统仿真首要任务就是建立数学模型,然后才可能进行计算机仿真研究.建模是一件相当复杂的工作,模型建立的好坏直接影响到仿真的结果,不恰当的模型有可能得出相反的结论,造成巨大的经济损失.但是建模又是对模型的抽象化,需要忽略非重要的影响因素,在系统建模过程中首先做如下假设: