液压机械无级传动换段过程液压回路动态特性仿真研究

　　液压传动与机械传动复合构成了液压机械双流无级传动。液压传动部分的输出转速与机械传动部分的输出转速通过差速装置汇流后输出。当变排量液压元件的排量变化时,就可获得连续变化的输出转速。液压机械传动作为一种无级变速传动形式,已广泛应用在军用车辆的直驶和转向上[1]。但目前对液压机械无级传动的研究还主要停留在结构设计和静态特性上,对动态特性的研究仍处于开始阶段[2-4]。由于液压机械无级传动含有液压系统这个柔性环节,而液压系统的调速性受管道长度、管道直径、液压油工作容积等因素影响较大,所以这些因素也影响着液压机械无级传动的调速特性。因此,通过分析管道长度、管道直径以及油液容积,来研究换段过程中液压油路的压力响应、扭矩变化以及对液压元件转速变化的影响,对于改进系统动态特性具有重要意义。

　　1 液压流传动机构模型

　　1.1 液压机械无级传动简图

　　液压机械无级传动的组成与功率、输入转速、最大传动比等因素密切相关,但无论是两段式、三段式,还是等差、等比式,其基本组成相同,主要包括前传动、分流机构、汇流机构、机械流传动机构、液压流传动机构、后传动机构等。定轴齿轮传动分矩和行星齿轮传动汇流的液压机械无级传动符合车辆的变速规律,适合车辆传动使用[2],其简图如图1所示。作者主要对其中的液压流传动机构进行研究。

　　1.2 液压流传动机构油路简图

　　作者所设计的液压流传动机构的油路简图如图2所示。该系统由变排量液压元件A4VG125、定排量液压元件A2FM125和排量控制机构组成。A4VG125由1个变排量泵、1个补油泵、2个高压溢流阀、1个低压溢流阀、2个补油用单向阀和1个过滤器组成; A2FM125则只由1个定排量马达组成;排量控制机构由1个电液压力控制先导阀和1个三位四通伺服阀组成。排量控制机构根据控制电流的大小来控制变排量液压元件的排量大小,在变排量液压元件和定排量液压元件组成的闭式液压回路中,每次换段都会引起定排量液压元件扭矩反向,从而使液压流传动机构传递的功率反向,变排量液压元件和定排量液压元件功能互换,闭式液压回路高低压边互换。

　　1.3 液压流传动机构模型

　　分析图2所示的液压流传动机构油路简图并结合EASY5建模规则[5],建立了该系统的仿真模型,如图3所示。

　　液压流传动机构是一高压闭式液压回路,其模型由变排量液压单元模型PD1,排量控制机构模型E,定排量液压单元模型PD2,高压溢流阀模型RF1、RF2,补油泵模型PD3,低压溢流阀模型RF3,补油用单向阀模型VK1、VK2,过滤器FI,管道BE1、BE2,容积VA1、VA2及管路连接元件模型S1、S2、S3、SR1、SR2、SR3,惯性元件RJ1、RJ2等连接组成。在MSC Easy5中溢流阀RF、单向阀VK、过滤器FI已有详细的模型,这里不再论述。容积VA1、VA2用于表示管路以及与其相连的液压泵/马达的容腔的容积,而惯性元件RJ1、RJ2用于描述与其相连的液压泵/马达的转动惯量。该模型共有1个输入功率通口1,与分矩机构相连; 1个输出功率通口2,与汇流传动机构相连。所谓输入/输出通口仅表示功率的正方向。信号通口3、4输入控制电流信号;信号通口5、6、7、8分别反馈该模型液压回路的高低油压、液压元件的转速和扭矩。