静液驱动系统制动工况液压冲击试验研究

　　引言

　　静液驱动具有无级变速的精细速度调节、容易实现正反转、防止发动机超负荷以及良好的控制性能等一系列优点,在工程机械特别是履带车辆上得到了广泛的应用[1、2]。静液驱动车辆的制动过程可分为两种方式,一种是泵排量不为零时,液压传动装置反向传递动力,发动机经过摩擦转矩进行制动,称为发动机制动;另一种是泵排量为零,仅马达工作,依靠液压管路中的密封油液来制动,称为马达制动^[3] 。

　　静液驱动系统采取马达制动工况时,由于变量泵排量的瞬时归零,系统压力将急剧上升,对于高速履带车辆的静液驱动系统而言,其传递功率相对较大,表现为系统工作压力高、流量大,加上部件和油液的惯性力作用,会造成系统的压力冲击增大,甚至引起管路破裂,密封装置和压力传感器的损坏;而系统控制压力的突然变化与波动,会造成控制系统产生误动作,导致意外事故的发生^[4] 。

　　由于静液驱动系统影响因素多,非线性强,其制动工况下的液压冲击需通过理论与试验相结合的手段来研究,本文对应用于高速履带车辆上的静液驱动系统制动工况的液压冲击进行了理论分析和试验研究。

　　1　理论分析

　　闭式静液驱动系统原理如图1所示,通过改变轴向柱塞变量泵的排量来控制轴向柱塞定量马达的转速和旋转方向,从而改变车辆的行驶速度及方向。

　　设马达转速为ω,负载惯量为J,液压管道的截面积和长度分别为A和L,密度为ρ。当泵的排量瞬间为零时,由于运动部件的惯性而使管路内油液受压,引起液体压力急剧上升^[5] 。

　　起初,负载的动能为:

　　式中,Δp为液压冲击时压力的变化值,MPa;β为油液的等效弹性模量,MPa,计算时取1700MPa。

　　忽略油液的阻尼和泄漏,根据能量转化和守恒定律,有:

　　由式(4)可知,液压冲击时,管路压力的变化值Δp与马达转速ω成正比,与油液的等效弹性模量β和负载惯量J的开方成正比,与管路截面积A和长度L的开方成正比。

　　2　试验研究

　　2. 1　反拖冲击试验台布置方案

　　试验系统结构如图2所示,为模拟实际工况,马达输出端接湿式离合器,离合器输出端接转动惯量,模拟整车惯量。静液驱动系统工作时,管路A为高压,管路B为低压,后面试验中系统压差恒定为管路A的压力减去管路B的压力。

　　2. 2　试验设备

　　(1)动力装置　选用100 kW三相交流整流子无级变速电动机作为动力源,其转速范围为(200 ~1200)r/min;

　　(2)变速装置　东风五挡变速箱对转速、扭矩的方向和变化范围进行调节,使试验转速达到要求;