节流孔类型对换挡缓冲时间的影响江山

节流孔类型对换挡缓冲时间的影响

节流孔类型对换挡缓冲时间的影响 2011： 摘要：通过对自动变速箱换挡阀块低温时缓冲时间过长的问题进行分析, 得出不同的节流孔类型对于换档缓冲时间的影响, 并提出了解决该问题的方案。建立了该换档阀块溢流型缓冲阀的AMESim模型, 通过仿真分析验证了改进方案的可行性和有效性。关键词：溢流型缓冲阀; 换挡缓冲; 节流孔自动变速箱换挡时是通过液压操纵结合元件来实现挡位的变换。但由于液体的不可压缩性, 液压传动系统的刚度较大, 一旦液体充满液压缸, 摩擦片间隙消除后, 油压便瞬时升高, 这样使得离合器结合过猛, 产生换挡冲击, 这不但影响乘坐的舒适性, 还可能造成动载过大使传动装置损坏。所以在换挡阀块中的油路上串联或并联一个缓冲阀, 来控制离合器结合时油压的平稳增长。在实际使用中, 缓冲时间应控制在015～115 s[ 1 ] , 若时间太短则换挡冲击大, 若时间太长又会因为滑磨导致发热严重, 并造成动力损失。1 需解决的问题在目前设计一种自动变速箱的换挡阀块时, 采用电液操纵阀块来控制离合器结合, 即在每个挡位都并联配置了一个溢流型缓冲阀, 通过缓冲阀来控制离合器的平稳结合, 但是当温度低时, 油液的粘度变大,会出现阻尼增加的现象, 这样会使缓冲阀的性能变差。比如: 当传动油温在车辆常用温度范围80 ～110℃内时缓冲时间在1 s左右, 能够满足使用要求。然而, 低温时缓冲时间会变得很长, 甚至能长达六七秒, 使车辆的使用性能变差, 并影响离合器换挡摩擦片的寿命。在设计操纵阀块时, 必须想办法降低缓冲时间受温度影响的敏感性, 解决低温时缓冲时间过长的问题。为此, 需要对溢流型缓冲阀的结构原理和调压特性进行分析。2缓冲阀数学模型的推导和分析211溢流型缓冲阀的结构原理[ 2 ]溢流型缓冲阀的结构简图如图1所示。充油开始时, 泄油口关闭, 油泵来油迅速向离合器油缸充油,片间间隙消除后, 压力油经节流口6进入油腔5压缩缓冲弹簧2, 泄油口慢慢打开, 离合器油缸油压慢慢上升。当柱塞3到达极限位置时节流口6的左右压力相等, 阀芯1在回位弹簧4作用下关闭泄油口, 离合器油缸压力上升到油泵主压。

图1 溢流型缓冲阀的结构简图

2.2溢流型缓冲阀的数学模型推导为了推导数学模型分析其调压特性。设:S、a分别为柱塞3面积、节流口6面积;Ld 为最大缓冲行程;K1、K2 分别为回位弹簧4 的刚度、缓冲弹簧2的刚度;Xh、X2 分别为回位弹簧4预压缩量、缓冲弹簧2预压缩量;pc、px 分别为离合器压力、油腔5压力;X 为柱塞3行程。则阀芯1平衡方程为pc·S = px·S + K1·Xh - K1·X ( 1)柱塞3平衡方程为px·S + K1·Xh - K1·X = K2·(X2 + X) (2)节流口6流量方程为

流量平衡方程为S·dx =Qdt (4)将式(1) 、(2) 、(3) 、(4) 联立求得

分析上面的推导结果式( 5) 可得, 缓冲时间t的长短主要与缓冲阀的结构参数有关, 如弹簧刚度、柱塞面积、节流口面积、最大缓冲行程等。另外如流量系数Cd≈ 0.62 和密度ρ≈ 860kg/m2 也基本可以看成常数, 上述各个参数基本不受温度的影响。然而,实际中缓冲时间受温度影响较大。通过分析溢流型缓冲阀的结构发现, 节流口6的结构形式对缓冲时间的影响很大。上面推导中使用的节流公式Q = Cd·a是适用于薄壁小孔的, 应满足L / d 4, 属于细长孔, 其流量应按下式计算:

2.3 模型分析及改进方案[ 3 ]通过分析推导结果式( 7) 可得, 采用细长节流孔的缓冲阀, 其缓冲时间t的长短除了与缓冲阀的结构参数有关, 还与传动油的粘度μ有关, 粘度越大缓冲时间越长。而传动油的粘度受温度影响很大, 低温粘度大, 高温粘度小, 而且会相差很多倍。这就造成了该换挡阀块的换挡缓冲时间受温度影响较大。因此该换挡阀块在低温时就会产生缓冲时间过长的问题。已知某种传动油的运动粘度40℃时为38.9mm2 / s,100℃时为6.5mm2 / s。将缓冲阀的结构参数, 如K1、S、L、Ld、d等代入式(7) , 并分别将该传动油40℃和100℃时的运动粘度代入, 计算得, 在40℃时t =6.76s, 在100℃时t = 1.3s。所得出数据与问题相同。因此为了解决该换挡阀块缓冲时间受温度影响较大的现象, 应该在结构上将节流口6的形式由细长孔改为薄壁小孔。3 建立缓冲阀AMESim模型并仿真分析[ 4 ]为了验证改进小孔结构的可行性, 在AMESim环境下建立溢流缓冲阀的仿真模型, 如图2所示, 并根据该阀的实际结构参数设定相关仿真模型的参数。

图2 缓冲阀AMESim模型

首先将节流口6按照该缓冲阀的结构设定为细长小孔, 分别在低油温、高粘度和高油温、低粘度的环境下对缓冲特性进行仿真, 结果如图3和4所示。可见该结构缓冲时间受温度影响较大。低温时缓冲时间过长, 不满足使用要求。

然后将节流口6的结构设定为薄壁小孔, 同样条件下分别在低油温、高粘度和高油温、低粘度的环境下对缓冲特性进行仿真, 结果如图5和6所示。可见该结构缓冲时间几乎不受温度影响。

通过上述仿真结果可知, 将原换挡阀块中的溢流型缓冲阀的节流孔由细长孔改为薄壁孔, 由于该结构缓冲时间几乎不受温度影响, 所以解决了油液粘度受温度影响阻尼变大、缓冲时间变长的问题, 对于解决该阀块在低油温时缓冲时间过长的问题是可行有效的。在项目试车中, 通过更改小孔结构, 解决了问题, 达到了理想的效果。4 结论在液压系统计算中, 不同类型节流孔的流量公式差别较大, 应认真分析后再合理选用。对于溢流缓冲阀, 其节流孔应采用薄壁小孔, 可以降低其缓冲时间对温度的敏感度。参考文献【1】马彪, 叶明, 等. 车辆自动换挡缓冲控制设计[ J ].兵工学报, 1994 (4).【2】王康. 自动变速器电液控制系统研究与试验[D ]. 同济大学, 2001.【3】刘祚昱. 车辆液压传动[M ]. 北京: 国防大学出版社, 1988.【4】吕庆军, 李明全, 等. 一种车辆液压缓冲阀研究[ J ]. 车辆动力与技术, 2006 (3).(end)

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