［摘要］本文利用AMESim软件建立了双回路远程液压制动系统两个重要部件仿真模型，分析了蓄能器充液阀的压力补偿器弹簧力对其P口压力影响和其压力调节元件左右不同面积比对蓄能器接通压力的影响，分析了双回路制动阀工作时，两个制动器压力大小区别和一个制动器失效时另外一个制动器的制动性能。在此基础上，对制动器回路桥路阻尼大小调整解决了制动时制动剧烈问题，具有一定的工程实践价值。远程液压动力制动系统能够在相对较小的制动踏板力作用下发挥很大的制动能力和良好的精确制动性能。轮式装载机作业时，需要反复制动，制动性能的好坏影响到驾驶人员及机器周围人员的安全。随着时代的发展及竞争的日益激烈，用户对装载机制动系统安全性和舒适性的要求越来越高。因此，对液压制动系统性能分析和研究尤为重要。
图1为双回路远程液压制动系统原理图，其核心元件为蓄能器充液阀和双回路远程外力制动阀。当踩下制动踏板，液压油通过双路制动阀流入前后轮的制动器以制动车轮。当释放制动踏板时，制动器内的液压油流经双路制动阀返回油箱，制动力与踩在制动踏板的力成正比［1］。
蓄能器充液阀的功能是将蓄能器回路中的压力保持在一定范围之内［2］，其转换压差可以根据具体要求通过更改阀芯的作用面积而改变，一般为切断压力的18%。
图1 双回路远程液压制动系统原理图如图2所示，蓄能器充液阀主要由压力调节元件1，压力补偿器2和单向阀3组成。其中S1、S2为蓄能器连接口，N连接下游执行器，X为控制口，P为进油路，T为回油路。
图2 蓄能器充液阀原理图及剖视图泵通过单向阀向蓄能器S1供油。泵压力通过先导回路到压力补偿器右端负载信号，泵压力经过压力调节元件和先导回路接到压力调节元件两端负载信号侧和压力补偿器左端负载信号侧。同时蓄能器回路的压力经过先导回路接到压力调节元件的左侧。当蓄能器回路中的压力逐渐上升克服压力调节元件右端弹簧力时，阀芯向右移动，压力调节元件左位接入油路，将压力补偿器左端负载信号由X连接到邮箱T左侧负载信号为0和对泵进行节流。此时，压力补偿器右边比左边弹簧力大，阀芯左移处于中位将泵流量从P引导至N，随后单向阀关闭充液完毕，泵流量以较低压力流过充液阀［3］。当回路中的压力下降至转换压力以下时，压力调节元件右边弹簧力大于左边力，推动阀芯右移压力调节元件右位接入回路，泵压力会连接到压力补偿器的负载信号处，然后压力补偿器阀芯左移左位接入回路，泵流量将再次被引导至蓄能器回路中对蓄能器充液。
图3为在AMESim软件中建立蓄能器充液阀仿真模型。主要仿真参数见表1。
图3 蓄能器充液阀模型
2.4.1 压力补偿器弹簧力设定对P口压力影响设置补偿器弹簧力大小是200N、160N、120N，得到P口压力随时间变化曲线如图4所示。图中1为压力补偿器弹簧力200N，2为压力补偿器弹簧力160N，3为压力补偿器弹簧力120N。表1 蓄能器充液阀主要仿真参数
图4 压力补偿器弹簧力对P口压力影响结果分析：由图4可知，在0-2s内，蓄能器为充液状态，P口压力逐渐增加以达到设定的充液值。2s之后充液完毕，然后P口和N接通，此时压力分别为10.94bar、8.98bar、7.02bar。原则上弹簧力越小越好，因为弹簧力越小能量损耗就越小，但是弹簧力变小时压力补偿器的稳定性和抗油液污染能力会变差。并且由图可知其充液时间也会变长，所以要综合考虑此弹簧的设定值，但一般不会超过11bar。2.4.2 接通压力和切断压力的不同比值为了得出接通压力和切断压力不断变化的曲线，需要在图3模型的基础上增加一个泄漏口来模拟工作循环。增加泄露口后的模型如图5所示。当压力调节元件左端直径设置不同值时，对应蓄能器压力切断值不同。设定压力调节元件右端作用直径为6mm，蓄能器切断压力为80bar。当压力调节元件左端作用直径为6.8mm时，经公式(1)计算接通压力为62.28bar。当压力调节元件左端作用直径为8mm时，经公式(1)计算接通压力为45bar。将蓄能器充液阀模型中的压力调节元件左端直径分别设置为6.8mm和8mm，蓄能器压力变化结果如图6所示。其中曲线1为左侧直径6.8mm，曲线2为左侧直径8mm。在仿真结果中测得P2分别为59.82bar和43.14bar，与计算结果相差不多，证明模型建立无误。
式中 P1——蓄能器切断压力/bar；P2——蓄能器接通压力/bar；A1——压力调节元件右端作用面积/mm2；A2——压力调节元件左端作用面积/mm2。图5 蓄能器充液阀增加泄露口
图6 不同面积比下蓄能器接通压力与切断压力
双回路远程外力制动阀在车辆制动时为车辆提供制动压力，其工作时的动态性能直接影响车辆的制动性能。
图7为双回路远程外力制动阀工作原理图及剖视图。其结构主要包括壳体1，控制阀芯2，主压缩弹簧3，操作元件4，复位弹簧5、6，制动压力反馈回路7，标准制动踏板8。两个阀的阀芯2机械连接在一起，所以当一条制动回路制动失效时，第二条制动回路仍然可以发挥制动性能。
图7 双回路远程外力制动阀工作原理图及其剖视图
当踩下标准制动踏板时，压缩操作元件使得阀芯右移。随着阀芯继续右移，阀芯左位进入工作，随后在双制动回路中油液从SP流到BR，同时制动压力经反馈回路至阀芯的另外一端。在压力、弹簧力和制动信号的作用下使得阀芯处于动态平衡状态，使制动压力(次级压力)的增加与操作元件的位移量成正比。当操作元件的偏转保持恒定后，控制阀芯将移动到控制位置，并使通道BR1和BR2中的压力保持不变。因此BR1中的压力比BR2中的压力高约2bar。当停止踩踏制动踏板时，制动阀在复位弹簧回到初始位置［4］，控制边从SP到BR闭合，并打开BR到T的通道，从而关闭次级油路。
图8为在AMESim软件中建立制动阀仿真模型，其主要仿真参数如表2所示［5］。
图8 制动阀仿真模型表2 制动阀主要仿真参数
3.4.1 两个制动器制动时压力值区别逐渐将踏板踩到最大位置，BR1和BR2处压力值曲线如图9所示。其中曲线1为BR1处压力值，曲线2为BR2处压力值。
图9 两个制动回路压力值曲线结果分析：因为油液先经过BR1建压作用后半段阀芯移动，因此BR1中的压力比BR2中的压力高约2bar。3.4.2 制动回路BR1失效时(卸荷)BAR2的压力值与非失效时的区别双回路制动系统的优点是当一个制动器工作失效，另一个制动器仍能有效工作［6］。当逐步踩下踏板至最大位置时，其BR2的压力值在BAR1失效与非失效时的曲线如图10所示。其中曲线1为BR1非失效时BR2处压力值，曲线2为BR1失效时BR2处压力值。
图10 BR1失效和非失效时BR2制动回路压力值曲线结果分析：当BR1失效时，BR2处压力依然可以建立起来，但是相对于BR1非失效时延后约2mm。这是因为BR1处失效(卸荷)时，BR1处的压力油无法对后半段阀芯形成推力，则只有当前半段阀芯移动至后半段阀芯贴合时，依靠机械力推动后半段阀芯的移动。3.4.3 制动剧烈、无点杀问题改进制动剧烈、无点杀问题是由于制动阀与驱动桥的匹配不够合理［7］。制动压力达到23bar时可以将整车完全制动，但是从开始到完全制动的时间过短，感觉制动剧烈不平稳。由图9可知当制动压力达到23bar时，阀芯位移为3.8mm。此制动回路是一个A型半桥回路，调整两个可变阻尼的大小，可以得到如图11所示制动器回路压力曲线。其中曲线1为初始制动器回路压力值，曲线2为调整后制动器回路压力值。由图11可知，制动器阀芯移动到4.5mm才使得制动压力达到23bar，制动效果更加平稳。
图11 制动器回路压力曲线
本文通过对双回路远程液压制动系统的核心元件蓄能器充液阀以及双回路制动阀的工作过程分析及利用AMESim对两个核心元件的建模仿真，分析不同压力补偿器弹簧力对蓄能器充液阀P口压力影响及不同压力调节元件面积比对蓄能器接通压力和切断压力的影响，为计算匹配的蓄能器规格提供理论支持。研究双回路制动系统工作时两个制动器压力曲线的区别，研究BR1失效和非失效时BR2制动回路压力值曲线对比，最后通过对制动器回路桥路的调整解决制动剧烈，具有一定的工程实践价值。作者：邬 凯，李广才，王 刚长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室
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