全液压转向器数学模型的建立与仿真

　　1 转向器的工作原理

　　摆线转阀式全液压转向器是由随动转阀(控制阀)和一对摆线针轮啮合副组合而成的液压转向元件,是行走机械液压转向系统中的一种重要控制元件。按转向器中控制阀型式的不同,转向器可以分为开心无反应式、开心有反应式、闭心无反应式三种基本型式。

　　图1所示为开心无反应式全液压转向器组成的全液压转向系统的工作原理图。转阀阀芯5通过转向轴直接与转向盘9相连,而阀体则和计量马达7的轴相连。系统在中位时,液压泵1从油箱2经滤油器3将油输送到转阀阀套4的进油口P,经阀芯5中的通道由转阀出口O回油箱。此时,阀套4与阀芯5之间的回位弹簧6使两者处于相对的中位状态。同时,计量马达7的进出口M1及M2均被阀芯封闭,故马达停止不动。转向液压缸8的两组腔室的进出口C1及C2亦被阀芯封闭,车轮留在现有的偏转角位置上。

　　现以向右转向为例:转向盘9沿实线箭头方向转动角,阀被接通,进入阀体P口的油流经阀芯中的通道由M1口进入计量马达,并经M2及阀芯内通道进入液压缸进油口C2而到达转向液压缸的一组腔室,推动活塞偏转车轮;液压缸的另一组腔室排油经C1口进阀芯出口O回油箱。在油流经过计量马达的同时,由于马达轴与阀套4相连,故阀套4亦沿实线箭头方向作转动,当转角达到时,即计量马达产生的反馈信号消除了阀芯相对阀套的输入信号时,阀套与阀芯的阀口重新处于相对的中位。油流不再流入计量马达,车轮停止偏转。向左转向时,转向盘沿虚线所示的箭头方向转动。工作原理与向右转相同。

　　2 数学模型的建立

　　如图2所示为转向系统简化的油路图。

　　由流量连续性方程可得流入油缸的流量为:

　　油缸活塞的力平衡方程为:

　　式(1)~(5)联立即表示出转向系统的数学模型。

　　其中: A1~A6分别为节流口A、B、C、D、E、F的开口面积(m2);

　　Cd为节流口的流量系数;

　　Qs为经恒流阀后的恒流量(m³/s);

　　Q1为经节流口A回油箱的流量(m³/s);

　　Q2为经节流口B、C、D、E并进入油缸的流量(m³/s);

　　Q3为由经节流口G回油箱的流量(m³/s);

　　p1~p8分别为相应节流口及油缸的进回油口的压力(MPa);

　　Aa、Ab分别为转向油缸有杆腔、无杆腔的面积(m²);

　　t为时间(s);

　　y为活塞的位移(m);

　　L为单个油缸的行程(m);

　　Bm为粘性阻尼系数(m.N.s);

　　Dm为马达的理论弧度排量(cm³/rad);