CVT闭式液压控制系统

　　摘　　要:提出了一种新型的CVT液压控制系统,介绍了该系统的组成、原理和特点,对其进行了相关的理论分析和计算机仿真。结果表明,这种新型的CVT控制系统能够快速准确地实现CVT目标速比,满足CVT对速比的控制要求。

　　最初开发的CVT(无级变速器)为机液控制系统,其缺点是不能对主从动带轮油缸的压力进行单独控制,难以实现夹紧力和速比的任意调节[1]。如今普遍采用的电液伺服系统能够克服上述缺点,而且具有控制精度高、响应速度快、承载能力大、自动化程度高等优点。但电液伺服系统耗能严重、控制阀价格较贵、对油液污染比较敏感、控制策略繁复且成本较高。本文提出了一种节能可靠性高、抗污能力强、成本低但又不失电液伺服系统控制精度的闭式液压控制CVT。闭式液压控制是用电机和可双向转动的定量泵取代电液伺服系统中的电液伺服阀和变量泵。该系统的最大特点是充分发挥电机的特性而不用电液伺服阀。电动机驱动可双向转动的定量泵,定量泵直接驱动液压缸。通过改变电动机的正反转、速度和运转时间来控制主动轮液压缸的正反向、速度和位置,从而实现对目标速比的调节。

　　1　系统结构及工作原理

　　CVT闭式液压控制系统结构原理如图1所示,其液压回路包括速比调节的主液压回路和夹紧力控制回路。

　　速比控制回路由直流电动机I、双向液压泵、梭阀、双向液压锁、主从动轮液压缸、负载、油箱和液压连接管路等组成,由图1所示,其中主从动轮2个液压缸面积相等。双向液压泵、双向液压锁、双高速开关电磁阀和主从动轮液压缸组成闭式油路由直流电动机I向液压泵I提供动力,直流电机I的转速、方向和运行时间由单片机控制,形成PWM调速式闭式液压系统。当电机正转时,主从动轮液压缸向右移,且移动距离相等,这样主动轮工作半径变大,从动轮工作半径变小、速比增加。当速比增加到目标速比时,单片机控制直流电机I停止运转,此后速比就保持在当前目标速比下,直到下次需要变速、电机重新开始运转时才发生改变。同理,当电机反转时速比减小,速比减小量也是由电机的运转时间确定。另外PWM脉宽调制占空比越高,电机转动的速度就越大,这样液压缸运动的速度就越快,速比调节响应就越快。系统中梭阀的作用是使闭式油路无论速比增加还是减小均能给系统补充油液,防止双向液压泵的吸油口吸空。安全阀的作用是保证回路中的油压不超过系统设定的最大值。

　　夹紧力控制回路由直流电机II、油泵II、蓄能器、单向阀、高速开关电磁阀、压力传感器、安全阀和主从动轮液压缸组成。夹紧力控制回路主要是控制金属带夹紧力的大小来高效地传递扭矩。具体的施是通过控制高速开关电磁阀的脉冲宽度调制(PWM)技术来调节的,系统中的2个高速开关电磁阀属于二位二通阀,分别连着主回路和油箱。当电磁阀通电时(即电磁阀开)主回路与油箱接通。需要进行压力控制时,高速开关电磁阀的控制口进行开和关的交替动作,此时回路的流量以及油压的增量将与阀的变调率成正比。若要使控制回路压力升高,就延长电磁阀关的时间(占空比减小);反之,若要回路压力降低则延长电磁阀开的时间(占空比增加)。控制口压力的值通过压力传感器反馈至控制器,控制器将反馈值与目标值比较后,将相应的控制信号经放大器送到高速开关电磁阀,根据脉宽调制工作方式,调整高速开关电磁阀开关的时间长短(即通过的平均流量不同),从而达到控制压力的目的。高速开关电磁阀采用锥阀结构,对油液清洁度要求低,泄漏量也比较小。回路中蓄能器可有效地稳定液压回路的压力波动。