负荷传感转向液压系统优先阀的稳健设计.pdf

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1、第26卷2010年第10期10月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVbl．26No．100ct．2010129负荷传感转向液压系统优先阀的稳健设计侯友山，石博强，谷捷(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)摘要：为了实现优先阀的稳健设计，基于解析法及SIMULINK分别建立了优先阀动态数学模型及仿真模型，仿真分析了系统各参数变化对优先阀动态响应特性的影响规律。在分析动态响应特性主要影响冈素的基础上，以优先阀转向系统的流量响应超调量最小为设计目标，以优先阀的阀芯直径、弹簧刚度及节流口面积为设计变量，以方向盘角速度、转向负载、工作负

2、载及输出流量为不确定因素，完成了基于损失模型的稳健设计。结果表明，稳健设计提高了设计目标的稳健性，一定程度上提升了优先阀的动态响应特性，该设计方法同样适用于其他阀件的改进设计。关键词：传感，转向，阀，优先阀，稳健设计doi：10．3969a．issn．1002—6819．2010．10．021中图分类号：THl37文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-10—0129—05侯友山，石博强，谷捷．负荷传感转向液压系统优先阀的稳健设计[J】．农业工程学报，2010，26(10)：129—133．HouYoushan，ShiBoqiang，GuJie

3、．Robustdesignofpriorityvalveinloadsensinghydraulicsteefingsystem[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：129—133．(inChinesewithEnglishabstract)0引言1优先阀结构原理作为负荷传感全液压转向系统的关键部件之一，优先阀的主要作用是无论转向负载及转向速度等如何变化都优先向转向系统供油，并保证转向系统供油稳定性[1-41，优先阀予系统参数方向盘角速度、转向负载、工作负载、输出流量、阀芯直径、弹簧刚度及节流口面积等量的变化都会影响系统的

4、动态响应特性，为了改善优先阀工作性能，就要求优先阀在上述因素存在的情况下，仍能保证系统动态响应波动尽可能小，也即系统具有稳健性[5-61。稳健设计是以工程技术观点来研究产品质量控制的一种理论方法，通过调整设计变量及控制设计变量的容差使可控因素、不可控因素与设计值发生变差时依然保持产品质量的一种工程方法。也就是说如何利用干扰因素与产品质量问的非线性效应，通过调整设计变量和控制容差，使产品或系统的性能参数拥有好的稳定性，并具有较强的抗干扰能力【7圳。文献[2-41对优先阀的结构、工作原理及工作特性进行了研究分析，但所做研究分析主要体现在对优先阀常规性的动态仿真上，

5、没有研究各参数对阀本身的影响规律，没有考虑到不确定性因素对阀自身工作特性的影响。本文从稳健设计入手，选取阀芯直径、弹簧刚度和节流口面积为设计变量，以方向盘角速度、转向、工作负载及输出流量为噪声因素，对优先阀进行基于通往转向系统油路CF口的流量响应超调量最小的稳健设计。收稿日期：2010m1．07修订日期：2010-04—18基金项目：秦皇岛通联重型工程机械有限公司《铰接式车辆(系列产品)研制》(合同编号：TLJ-001)作者简介：侯友山(1980一)，男，山东临沂人，博士生。主要从事_【程车辆液压系统的设计及仿真技术研究。北京北京科技大学土木与环境工程学院，1

6、00083。Email：houyoushan2008@sohu．cOlll优先阀由3个主要的基本元件组成：控制孔、控制滑阀和弹簧。优先阀与转向器配套使用，优先阀工作原理：当转向器处于中位状态。泵未启动时，优先阀阀芯l在弹簧力的作用下移动到左端面(图3)，通往其它工作油路的EF口关闭，CF口打开。泵启动后，油液经优先阀CF油口优先流向转向器，油液流经转向器中位节流口流回油箱。当供流量小于中位节流口处的预设定值时，油液从转向器中位节流口直接卸荷，在节流孔处并未产生压降；如果供流量大于节流孔处流量设定值时，节流孔前后产生压降，节流孔两端的压力传到优先阀两端，产生的液

7、压力与弹簧力、液动力平衡，使阀芯处于一个平衡位置。由于中位节流口很小，只要流过很小的流量就可以足以推动优先阀阀芯右移的压差，进一步推动阀芯右移，开大EF口，关小CF口，所以中位时流过CF油路的流量很小。在EF口处有一个开口量以允许过量的液流从EF口流出。此时，通过中位节流口的压降等于弹簧的预紧力。图1为阀控负荷传感液压转向系统关键部件优先阀的结构图，图2为优先阀三维示意图。转动方向盘时，转向器的阀芯与阀套之间产生相对弧线位移，当弧线位移达到某值时，中位节流口完全关闭。油液流经转向器的变节流口(图3中A2)产生压降，压降通过负载感应管路(10adsensing，

8、LS)将负载压力送到优先阀右侧弹簧腔中