【doc】拖拉机液压悬挂系统压油路卸荷式分配器失调频率的分析

拖拉机液压悬挂系统压油路卸荷式分配器 失调频率的分析 第9卷 第2期 s?t0一o') 北京农韭工程大学. 1ournalofBeiiingAgrieultuta!EngineeringUniversity Vo1.9N0.2 1989 拖拉机液压悬挂系统压油路卸荷式 分配器失调频率的分析. 韩聚奎李象毛恩荣 (流体动力传动与控制教研室) . .:' 藏耍为了研究压油路卸荷式分配器失调过程对拖拉机力调节系统控制牵Bf阻力平稳性的 影响,在建立压油路卸荷式分配器失调频率的基础上,分折了分配器不灵敏区,分配器主阔 位移振幅与失调频率之间的相互依赖关系,并用近似解算方法,求得了江苏一60墅拖拉机分 配器的失调频率. 穹皂_饲液悬挂系统?卸薄式分配器,失调频率,液压悬挂力调节系统 ' . Anaiysig一0fI~ssingResponseFrequencyof PressureOilLineUnloadedTypeDistributorUsedon TractorHydyaulicLiftSystem HanJukuiLiXi~ngMaoEnrong IDivisionofFluidPowerTransmisslo~andContro1) AbstractInordertoinvestigatetheeffectunderthecaseofIOSsingres— pousethepressureoilIiaeUUloadtypedistributortothestabilityperfor— mauceofthetr&ctordraagJatcontrolsystem,th,relationShipbetweenthe lossingrespoas~frequeueYofthedistributor,thezion-sensitiveareaof distributor,andmaincontrolvaIveroddisplacement~amplitudeofdistributor isanalysedba~edOndeterminingtheIos'singresponse.frequencyofthe distributor.BYusingtheapproximatecalculationmethod,thelosslagres— poasefrequeneYofJiangsu一50tractorSdistributorisobtained. KeyWOrdshydru1ic1iftSystem,U/lloadtypedistributor,lossingrespolase frequeney,hydruliedraughtcontrolSystem 本文收蓟日期tl蜩8一10一 44北京农业工程大学1989年 一 般拖拉机液压悬挂系统的压油路卸荷式分配器均具有继电型非线性静态流量特 性.在 拖拉机一农具机组犁耕作业中,这种特性对拖拉机液压悬挂力调节系统改变耕深, 维持牵Bl 阻力恒定的调节品质有极其显着的影响由于分配器的静特性带有较大的正重叠 区以及从分 配器主阀形成节流口到分配器回油阀关闭需要,定的时间,所以分配器如果受到 高频低幅值 交变偏差信号作用,就会出现拖拉机液压悬挂系流丧失调节作用的现象,这种现象 已经在拖 拉机力调节系统室内动态仿真试验中得到验证.为了研究失调过程对拖拉机力调 节系统控制 牵引阻力平稳性的影响,本文在建立压油路卸荷式分配器失调频率的基础上,分析了分配器 不灵敏区,分配器主阀位移振幅与失调频率之间的相互依赖关系,并用近似解算方法,求取 了江苏一5O型拖拉机分配器的失调频率,试图以此为辨识拖拉机力调节系统的消扰频率特性 提供频域内的理论模型和依据. 1压油路卸荷式分配器的静态特性 拖拉机液压悬挂系统采用压油路卸荷式分配器控制单作用液压缸作升降运动.分 配署由 主闽,回油阀,下降速度控制阀,单向闽和安全阀组成,见图1.图示的分配器正处于中立 状态.此时,回油阀开启,供油油泵 通过回油阀卸荷.分配器主阀具有总 的正霞叠量AH,提升边的正重叠量 为?,下降边的芷重叠量为?z. 主阀可在总的正重叠量?H以内任意 位置上平衡,而使分配器处于中立状 态.所以,提升边和下降边各自正重 叠量的大小就髓主阀平衡位置不同而 不同,但总的正重叠量却不改变. ?H又称为分配器的不灵敏区,它与 提升边和下降边正重叠量的关系可 示为 ?. H=?.Hl+?.H2 或?一?z=?1(1) 主阿,2.回油阎|3安垒阿{4.单向阀;5.下降遗魔拄啊一 田1分电?工作原理示意盈 葙 当分配器受到提升农具的偏差信 号作用时,着主闽左向位移(见图1)大于提升边的正重叠量?t,就有油液经主阎节流孔 流入回油阅左端,使回油阀动怍,回油阀,旦关闭,分配器的负载压力就高,单』旬阗开 启,供油油泵向单依用腋压缸提供负载流量,使农具提升.如果发动机转速恒定,该负载流 量0可以为是常量,写成. 0=叩讲g 式中:,——油泵容积效率,n——发动机转速 动比(油泵转速/发动机转速). 当分配器受到下降农具的偏差信号作用时, (2) g——油泵排量'——发动机至油泵的传 若主闽右向位移太于下降边的正重叠毒 第z_期_—— 壁量奎筻._塑垫垫婆量壁爰毽垦堕煎蔓矍叁迥塑皇坌堑4I5 ?H.,在农具重力和土壤垂直分力作用下单怍用液压缸内的油液流经下降速度控制阀和主阔 下降边的节流口流回流箱,使农具下降,其流量0的大小取决于主阀下降边的节流面积 t(t一?H.),下降速度控制阀节流面稠.()和液压缸负载压力P3个主要参量, 表示威隐式为 0=/(一?,,P) 式中:,——主阀位移}--T降速度控制阀阀芯位移. 下降调节过程中,先是主阀位移形成的下降边节流臼起节流作用,此时,主阀下降边节 茄面积小于下降速度控制阀节流面积,流量0可表示威 0=0=c一(一?H:)?吾尸(,一?Hz)<:() 式中0——主阀节流流量}Ca——流量系数}p——液体密度. 犁耕作业中,下降速度控制阀的节流面积总是预先调定的.当主阀位移形成的主阀节'流 面积大于下降速度控制阀节流面积时,下降速度控制阀起节流作用,出现不随主阀位移变化 而变化的下降饱和流量,可写成 z (/)? 主阀下降边和下降速度控制阗均采用圆形窗孔进行节流,主阀下降边采用2个圆形节流 窗孔.将以上两式代人圆形节流面积计算公式…,并台写成如下形式; 竿{arccoSfl_. l_z[?一盟】~/P} 0:{1(t一?H2)<2(a)(3) c?吾尸竿[arccos(一—鲁)一z(一 ?/X,,rX~x*] (一?H)?t() 式中:D.——主阀下降边圆形节流孔直径}Dt——下降速度控制阀圆形节流孔直径. 根据式(1),(3)可培出分配器静态主阀位移一流量特性曲线,见图2.改变液压缸 的负载压力将使下降边流量特性的斜率和饱和流量的大小发生变化.图中曲线I是液压缸负载 压力P=2MPa时的下降流量特性曲线}曲线I是液压缸负载压力尸=4h耋PB时的下降流 嚣特性曲线': 46北京农业工程大学19sg~- 一一一.'一————一一一一一————————'一 d= 日 釉0 L 口 ? .I?..井遗下阡边一0.22IO 鞭'0.100.160.S0.v,cmI/d.???7. 圈2分臣嚣的静奄流量特性 2分配器失调频率的建立与分析令分配器主桶以决定其提升边和下降边各自正重叠量大小的平衡工作点为起始 原点,作 振幅为频率为.的正弦位移运动,I~IJX,=,.sin?tf.在分配器不灵敏区和平衡工 作点确定后,主阀位移振幅与分配器静奋潍垦特性之间有如下关系: 1)当AH>~AHl时 ,.爿1 l 若>AH一?H I ?H一?H】,.>?H 2)当?H<2AHI时 I,.>AHl l 若{X.??H—?H ?H1?..>?H一?H 3)当?H=2?】时 rX,.>AHI 若{ L ,???】 10=O:o 皿0{O:,(,.一AH2,..,P),0:t日口f LO=o,O=口,蝴i iO=i(Xt.一AH—t,PL),O,"口 j 则OO.' iO,(..一AHt,"P),0t=o , Oj=f(X.一AH2,X?PL),OL=玑ilqi" 则{ Oj:O=o, 分配器的失调现象是指,当主闽位移娠幅大于提升边(或下降边)正重叠暮,形成提升 边(或下降边)节流口时,由于分配器回油阀关闭时间滞后(或开启时间滞后)的影响,l殖 着主阀正弦位移运动频率的提高,分配器即丧失控制流量变化的能力因此,从上述3种关 系中得知,分析分配器失调的前提条件是:主阀位移振幅瘩颓满足 当AH>2A?l时,>AH—AH1,或AH—AH1?t.>AH】 当?H<2?H1时,X.>AHI,或?H1?t?>AH一?Hi 当??=IAHl时,X.>AH1 苎!壁墨奎羔:塑垫塑堕墨垫墨趋堕苎竺望墨塑塑童堕坌堑!! 又由分配器工作原理可知,分配器的时间滞后主要表现为提升过程中的回油阀关闭时间 滞后,或者说分配器的时间滞后主要是指从主阎形成提升边节流口开始,到回油阀关闭产生 提升流量所需耍的时间,而对于下降过来说,主阀从中立状态向下降边过渡,回油阀始终 保持开启状态,即使是主阀作正弦运动,只要在拖拉机力调节系统受到的扰动频带 内,由于 主阀处于中立状态的肘间远远大于回油阿的开启时间,所以分配嚣的下降调节过程不受回油 阀开启时间的影响,亦即下降过程分配器不产生时闻滞后.因此,只要主阀位移振幅大于下 降边的正重叠量,即使提高频率,也不会产生下降过程失调.这样,分配器能够出现失调现 象的前提条件就缩减为主阀位移振幅颁满足当?H>2AHt时,?H一?H?>?H这一 条件, 由以上分析,可将分配器失调频率定义为:令分配器主阀位移以平衡工作点为原点作正 弦运动,若分配器主阀位移振幅,满足上述条件,从低频开始,提高频率,当频率达到某 , 最小值时,分配器由于回油阀关闭时间滞后不能向液压缸提供ii{f量,使液压悬挂系统失去 调节能力,该频率即为分配器的失调频率,记作?' 3分配器失调频率的近似求取 由分配嚣静巷流量特性及分配器共调条件可得图3.假如暂不考虑回油阀关闭所需时 间f.,则主阀位移为,:?日:,.sin&if}.时,分配器便开始向液庄缸供油.若『样不 考虑回油阀开启所需时阐,则主阀位移为X:?=, ..sint1:..sln(rc一?I0)时,分配器停止『旬'液压 缸供油.该过程的供油时间(?"为 = 击(一2sin,一) 由上式可见,当提升边正莺叠量?日和主阀位移振幅,.确 定后,随着频率?增加,供袖时间?f将缩短. 在提升谰节过程中,回油阀关闭需要时间ro.若ro ?f,则在分配器应该向液压缸提供流量的时间内,回油阀不 能关闭,使分配器不能供油,出现失调,因此,由回油阀时 间滞后引起失调的条件为tm??f,或写成 r.?击(-2sia") 再根据失调频率的定义,求得失调频率 = 寺(一s 式中的?日t,..满足 AH>2AH及AH一?日?,.>?Hl . 一 6,彳|口 广一 l61 /j..札li, l{ D}. i:v/m , t . l 尊 盥5分翻?囊?囊搴 分析筲墨 利用上式计算失调频率时,需要求取分配器主阀正弦位移时回油阀关闭时间r..取 崔 4,8北京农业工程大学1989年 回油阀关闭时间的状态方程组较为繁杂,因此设想利用回油阀的流量连续方程,近 似计算失 调频率. 主阀位移大于提升边正重叠量?H后,形成提升边节流面积,在节流口前后压差? 尸作 用下,流量为0的油液向回油阀左腔流入,使回油阀向右运动.主阀提升边节流窗口 也采 用2个圊形孔,所以流量0.表示为 0- 2c?譬【一] 一 z【?型盟],J互L一() 0 2CaP AH+D?,>AH .?AH1 .>?/-/+D 式中D为主阀提升边节流窗孔直径.?..'''. 利上式可得出主阀升边流人回油阀左腔的油液的流量特性曲线,见图')I再对 流量口进行积分可得到图4(b)中曲线围成的面积. : JoO,dt=J"i,O.-?H_D?:.>?H 该面积表示在供油时间内经主阀提升边节流孔流人回 油阀左腔的液体体积,该面积可近似 用三角形及梯形面积代替,即 式中 '() l.?H1+D?,.>? : /0,_,f/~ . - 2sin-等) 2s L in_ , ~ D 0+A.DH,一 圈4失调频率近似 计算方洼蕾圈 加 I1 ^, 第2期韩聚奎等拖拉机液压悬毪系统压油路卸荷式分配器失调频率的分析49 |?孚【一掣】 一 z1一!】五___一} ? 譬?. 根据液体连续性原理,将供浊时间内流入回油闽左腔的液体体积除以回油阍左腔 阀芯 的有效作用面积-,可得到供油时间内回油阀的位移即=V/A.如果在供油时间 内,回油阀位移小于回油阀关闭的行程.,则回油阀不能关闭,分配器不雒向液.压缸 供 油.在振幅t.和提升边正重叠量?H一定条件下,令=o的频率为?t.,刑有 x0= (—zstn)?H+D?">?H 2sin-~)+(u-2sln-~)】 t.>AH1+D 再根据失调频率的定义,并考虑用几何面积代替积分结果所带来的计算误差和回曲内泄磊 f起回油阀位移的减小,则失调频率表达式为 D 0t.:?? 2A(…sn一-0,……?H+D?..>?H| 【(一s等)+("-2sln)】 >AH+D 式中:.——回油阀容积效率,.——计算修正系数,取^?<l. 又因振幅t.须满足当AH>2AH时,AH—AHt?,.>AHt这一条件,而D》 AH一?H,故失调频率表达式在t.>AH+D条件下不存在,因此,失调额率表达式仅为 ?1.f?一2sin一1, ?H一?H?|.>?H1 利用上式计算出不同主闰振幅和不同提升正重叠量时江苏一50型拖拉机分配器的失调频率, 见附表. 附囊江苏一5O基拖拉机分配?的失调曩宰m-.Hz 说明|?日O.22cmX.=0.3cm.-昌3.464cm.PL_5MPa一^l0.85—1f0-g,D_0-4cm? 50 4结论 北京农业工程大学1989年 1)分配器失讶现象产生的条件是主阀位移振幅和提升边正重叠量之阔的关系必颓酋先 满足当?H>2AH肘,有?H一?H1?>?H1"这,条件. 2)当主阀位移振幅和提升边正重叠量确定后,分配器的失调现象受频率增高的影 响, 反映了分配器对高频偏差信号的抑制能力. 3)提升边正重叠量确定后,分配器具有主阀位移振幅越小,分配器失调频率越低的特 性.这种特性与拖拉机力调节系统耕作作业肘所要求的消扰控制特隧是一致.它保证了拖 拉机力调节系统能够消除低频大幅值土壤扰动力的影响但又允许高频小幅值土壤抗动力存 在,以便降低力调节系统的调节次数,减小拖拉规一农具机组的振动 4)回油阀的关闭行是影响失调频率的重要参数,关闭行程小时;籽使失调频率提 高,反之,失调频率降低. 参考文献 1ViersmaTJ.Analysis,S~;nthesisandDesignofFIydrau1cServosystenls andPipelines.NewYork:EIsevierScientificPublishingCo,1980:11,~13