２６ 液压与气动 ２０１ ３年第ｌ期 液粘制动器液压系统仿真与试验分析 宋宝成，林尚飞，王建 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｙｄｒｏ—ｖｉｓｃｏｕｓ Ｂｒａｋｅ ＳＯＮＧ Ｂａｏ—ｃｈｅｎｇ．ＬＩＮ Ｓｈａｎｇ・ ｉ．ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ （中国矿业大学机电 程学院，汀苏徐州２２１００８） 摘 要：针对某公司生产的４Ｒ型液粘制动器，提出了一种能实现压力控制和润滑油供给的液压系统， 并使用ＡＭＥＳｉｍ软件对其进行了仿真分析和试验研究。结果表明，该液压系统符合液粘制动器的工作要求 通过选取合适的性能参数，选用有效的控制方法，有效地提高了液粘制动器的工作性能。 关键词：液粘制动器；液压系统；ＡＭＥＳｉｍ；ＰＩＤ控制 中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ｂ文章编号：１０００４８５８（２０１３）０１－００２６—０３ 引言 液粘制动器基于牛顿内摩擦理论，靠主、被动摩擦 片间的差速引起的油膜剪切力产生制动扭矩。与传统 制动器相比，液粘制动器具有扭矩可调、制动平稳、温 升低、体积小、寿命长等优点。因此，它特别适用于要 求扭矩和防爆的制动场合 。 本文针对某公司生产的４Ｒ型液粘制动器提出了 一种液压控制系统，基于ＡＭＥＳｉｍ软件对此液压系统 进行了仿真分析和试验研究，为系统的维护和改进提 供 依据 １ 液粘制动器液压系统工作原理 １、１０、１８．节流 ２、ｌ７．溢流 ３油稍４、１６．电磁换问 液粘制动器液压系统如图１所示。油液经粗过滤 器分别进入液压泵７、１３，液压泵７出口的压力油经过 精过滤器、单向阀５流入节流阀１，节流阀１的作用是 调节进入两摩擦片问润滑油的流量。经液压泵１３的 ５、ｌ１．耳ｌ向ｌ｝Ｊｉ『６、１２．精过滤器９．蓄能器７、１３．液Ｊ 泵８．相过滤器 ｌ４．液控单向阀１５．比例溢流 图１液粘制动器液压系统 ２液粘制动器液压系统仿真分析 ２．１ 基于ＡＭＥＳｉｍ液压系统模型的建立 ＡＭＥＳｉｍ提供了液压元件库（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｉｂｒａＤ＂）， 压力油通过精过滤器１２和单向阀１１进入系统，液控 单向阀ｌ４连通连接系统与比例溢流阀１５，当液压泵 止常供油在精过滤器出口处形成压力时使之连通，使 比例溢流阀起调压作用。正常Ｔ作时电磁换向阀４、 从该库中选取所需液压元件可以方便地建立液粘制动 器的液压系统，如图２所示。 ２．２液粘制动器液压系统性能分析 ｌ６电磁铁通电，阀芯处于上位，系统正常输出压力。 存系统突然断电的情况下，液压泵停止转动，液控单向 阀１４将比例溢流阀１５与系统隔断。此时电磁换向阀 ４、１６电磁铁断电，阀芯处于下位，蓄能器９中的油液 一（１）系统阶跃响应。如图３所示，从０ Ｓ开始系统 压力迅速上升，当压力达到５ ＭＰａ时，达到了蓄能器充 气压力，蓄能器开始充液。２．５ Ｓ时蓄能器充满液体， 系统达到最大压力１０ ＭＰａ。如图４所示，液粘制动器 收稿日期：２０１２－０７－０２ 部分经电磁换向阀１４、节流阀１０进入润滑系统，保 证摩擦片间液体的正常润滑与冷却。同时保证控制油 缸内的压力缓慢下降，减小扭矩突然变化对系统的 冲击 ． 作者简介：宋宝成（１９８７一），男，江苏徐州人，硕十存读，￡要 研究方向为电液控制。 ２０１３年第ｌ期 液压与气动 ２７ 润滑回路的流量上升很快，在０．４ Ｓ时即达到流量最 大稳态值１９．２ Ｌ／ｍｉｎ。 图２液粘制动器液压系统ＡＭＥＳｉｍ模型 时间／ｓ 图３液粘制动器压力控制回路出口压力变化曲线 ２Ｏ 一’ｌｌ５ １０ ｓ 时间／ｓ 图４液粘制动器润滑回路流量曲线 （２）突然断电时系统性能。设置５ Ｓ时系统断 电。如图５所示，曲线１、２、３分别对应节流孔口直径 为１．６ ｍｍ、２ ｍｍ、２．４ ｍｍ。可见，节流孔直径越小系 统压力回落时间越长，润滑流量越小。这主要是由于 节流孔越小，蓄能器中流出的液体通过节流阀时流速 越慢，全部流回油箱的时间越长，系统压力维持的时间 也就越长。 ｉ５ ２Ｏ —ｃ １５ 垂鲁１０ 一 ｉ ３液粘制动器液压系统试验研究 ３．１ 液粘制动器试验台 试验台制动系统如图６所示。液压马达１通过联 轴器２与扭矩传感器３相连，扭矩传感器输出轴经联 轴器４与液粘制动器５相连。 图６ ｉ一液粘制动试验台实物 ３．２液粘制动器控制试验 （１）开环控制试验系统最初输出转速约为１７５ ｒ／ｒａｉｎ。设定液压系统控制压力为１ ＭＰａ、２．８ ＭＰａ、 ３．８ ＭＰａ，得到制动曲线如图７所示，制动时间分别约 为７ Ｓ ａ５ Ｓ、２ Ｓ。可见控制压力越大，系统制动时间越 短，这是因为控制压力越大摩擦片间隙越小、油膜厚度 越小，制动扭矩越大。实验中发现当控制压力大于 ３．８ ＭＰａ时，系统的制动曲线基本不变，这说明当控 制压力达到３．８ ＭＰａ时主动与被动摩擦片已完全 贴合。 。ｌＩＩⅢ－Ｊ＼ 辱毒 时间／ｌＯＯ ｍｓ ａ）１ＭＰａ制动曲线 晕 蠢 蜱 时间／１００ ｍｓ ｂ）２．８ ＭＰａ制动曲线 ２５０ —２００ 。重１５０ 诗１００ 稗５Ｏ ０ ９ 时间／１００ ｍｓ ｃ）３．８ ＭＰａ制动曲线 图７开环控制制动曲线 （２）闭环控制试验采用ＰＩＤ控制，经过反复调 试，当比例系数 取１．５、积分系数Ｋ取０．０７、微分系 数 取０时，制动曲线如图８所示。光滑曲线为给定 速度曲线，波动曲线为实际制动速度曲线。可以看出， 与开环控制相比，闭环ＰＩＤ控制的控制效果是明显的。 ２８ 液压与气动 ２０１３年第１期 工程车辆节能型电液动力制动系统试验研究 赵方，林慕义，陈唐建，曲文峰 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ－－ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ Ｅｌｅｃｔｒ—－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ＺＨＡＯ Ｆａｎｇ，ＬＩＮ Ｍｕ—ｙｉ，ＣＨＥＮ Ｔａｎｇ—ｊｉａｎ，ＱＵ Ｗｅｎ—ｆｅｎｇ （ 京信氡科枯大学机由Ｔ稗学院． 京１００１９２） 摘 要：节能型电液动力制动系统将再生制动能量重新应用于动力制动系统，实现了能量的高效利用 、 为研究该系统的动态特性及主要参数对系统的影响规律，设计了系统的台架试验。在原有电液动力制动系 统的基础上，增加了能量回收系统、动力调节模块等，用ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ三维软件进行布置后，建立了试验台 通 过试验，模拟了动力调节过程和电液制动过程，获得了系统的动态特性，为系统的设计与理论分析提供了 依据．． 关键词：电液动力制动系统；台架试验；动力调节模块；节能型 中图分类号：ＴＨ１３７；Ｕ４６３．５文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１３）０１－００２８－０４ 引言 实现能量的高效利用，构成节能型电液动力制动系统， 为研究这一系统的动态特性需要进行系统的台架试 验。本文将基于节能型电液动力制动系统的ｒ作原理 建立可模拟该系统Ｔ作过程的试验台架。通过改变系 收稿日期：２０１２－０６—２８ 基金项目：北京市教委科研基地一科技创新平俞一新能源乍辆 对于轮式ｌｌｒ程车辆，从气顶液到全动力液压制动 冉到线控制动是制动系统的发展趋势。而线控制动中 的电液制动是实现制动系统电子化的第一步 Ｊ。工 程车辆采用电液动力制动以后，很容易通过电液制动 阀的蒯压特性实现与能量再生系统的匹配和联合控 制，只是需要调整控制方法与策略以确保车辆的实际 响应速度，另外需要增设动力调节与控制系统。 技术研究开发平台项目（ＰＸＭ２０１２＿０１４２２４＿００００２３） 作者简介：赵方（１９８６～），女，河北石家庄人，在读硕上，ｊ二要 将冉生制动能量用来为动力制动系统提供动力可 、 、 、 ・ 一 从事电液动力制动问题的研究工作。 一 一一、 ｅ ！一 弋 ！一 一 ４ ｉ４ ！一 ４弋 ！一 一 ！ ＃ 一 一 、 、 ！ ＃ 制动时间大约为４ Ｓ，制动过程的后半段输出速度能很 好地跟随设定速度曲线，制动过程前半段输入转速下 降缓慢，这主要是由于控制压力较低，液粘制动器内两 摩擦片间隙较大，输 扭矩较小；随着闭环控制作用的 提升控制压力逐渐升高，液粘制动器内摩擦片间隙逐 渐减小，输 扭矩逐渐增大，马达转速逐渐降低。 ４结论 通过仿真分析和实验研究，证明本文提出的液 系统具有较好的响应速度和稳定性，适用于液粘制动 的Ｔ况要求。通过优化系统参数和控制策略，ｎ丁以进 一步改善液粘制动器的工作性能。 参考文献： ［１］ 魏宸官，赵家象．液体粘性传动技术［Ｍ１．北京：国防１．业 出版社，１９９６． ［２］ 韩强强，杜波，王道明．液粘绞 液粘传动装置优化没计 『Ｊ］．起重运输机械，２０１１，（４）：６３—６５． ［３］ 任刚，等．液粘凋速离合器液压系统仿真及试验研究 ［Ｊ］．柴油机，２００９，（５）：３５—３７． ［４］ 张东方，孟庆睿，侯友夫．液粘传动ＰＩＤ优化控制研究 图８闭环控制制动曲线 ［Ｊ］．制造业自动化，２００７，（１０）：７６—７８．
