基于AMEsim的双回路液压转向系统切换阀的仿真分析

陈　静，戴其华

（泰州职业技术学院机电技术学院，江苏泰州　225300）

基于AMEsim的双回路液压转向系统切换阀的仿真分析

陈静，戴其华

（泰州职业技术学院机电技术学院，江苏泰州225300）

文章根据双回路液压转向系统原理图，搭建了切换阀的AMEsim仿真模型，对切换阀的运动换向性能进行了仿真分析，研究确定了影响切换阀换向性能的最佳结构参数，为产品设计提供所需的数据和理论依据。

双回路液压转向系统；切换阀；AMEsim

切换阀作为双回路液压助力转向系统的核心部件，当系统工作出现异常副泵作用时，切换阀在弹簧作用下自动换向，旁通辅助助力缸的两腔，以减小应急工况时的负荷，从而使车辆实现应急助力转向。该阀的研究为国内双回路液压助力转向系统的自主研发与应用提供了有益的参考，在工程实际中有很强的应用价值。

1　切换阀工作原理

如图1所示，切换阀是只有一个控制油口K2的液动换向阀，在切换阀换向前，压力为p1的油经应急阀再经油道进入切换阀，作用在切换阀阀芯左端，由于液压力p1大于阀芯右端的弹簧力F2，所以阀芯克服弹簧阻力向右移动，使油液经动力转向器流入辅助动力缸，实现重型商用车多桥助力转向。

当主泵系统出现问题（故障），主泵压力油路切断，切换阀阀芯左端液压力p1=0，切换阀阀芯在弹簧弹力F2的作用下回位，切断辅助助力缸回路，停止多桥转向助力[1]。

图1　切换阀

2　切换阀的AMEsim模型搭建

为了能够更准确地分析切换阀的性能，在阀的运行过程中，利用AMEsim的HCD库和液压库搭建仿真模型[2]，如图2所示，模型包括四个部分：动力元件——压力源（模拟液压泵压力）、执行元件——液压动力缸（模拟转向器）、控制元件——切换阀和辅助元件（油管、油缸、节流装置等）。

图2　切换阀模型

（1）动力元件——压力源。切换阀系统只有一个动力源，即液压主泵，系统正常工作时，主泵提供一定压力，使切换阀动作，相应阀口开启，来自动力转向器的液压油直接流进动力转向器辅助动力缸；系统在应急状态时，主泵压力为0，切换阀阀口关闭，动力转向器辅助动力缸被旁通。压力源参数设置同应急阀液压主泵设置。

（2）执行元件。液压动力缸是一执行元件，用它来模拟动力转向器辅助动力缸。我们用转向阻力来模拟转向阻力矩，设置为5000N。

（3）控制元件。该系统里的控制元件就是切换阀，它也是一个由多个元件组合而成的模型，如图3所示，切换阀阀芯在主泵液压油作用下克服弹簧弹力向左运动，A2、T2打开，动力转向器压力油经P2进入阀腔，从A2流出进入动力转向器辅助缸，再从辅助缸流出经B2流入阀腔，最后经T2回油箱。若主泵出现故障，则P1=0，阀芯在弹簧弹力下复位，A2、T2关闭，动力辅助缸被旁通，油液从B2、T3回油箱。参数设置如表1所示。

图3　控制元件（切换阀）

表1　切换阀参数设置表

3　动态仿真分析

3.1切换阀换向性能分析

下面我们来分析切换阀的动态特性[3-4]。为研究阀的换向性能，主泵压力源设置为14MPa，压力信号分段设置，每个阶段时间间隔为5s，仿真时间15s，仿真步长为0.1s；副泵压力源设置为11MPa。

液压主泵输入压力信号曲线如图4所示，0～5s压力为14MPa，5～10s压力为0，10～15s压力为14MPa，5～10s段用来模拟出现故障的主泵。

图4　液压主泵输入压力信号曲线

图5是主泵压力信号下的切换阀阀芯位移曲线。由（a）图中可知，随着主泵压力的建立，切换阀逐渐开启，图（b）中可以看出切换阀在0.1s时最大位移达到5mm，但在切换后有一点波动，之后切换阀阀芯在5mm的位置静止；5s后主泵出现故障压力为0，切换阀随之关闭阀芯位移为0；主泵故障消失，切换阀在主泵压力下又随之打开。

图5　切换阀阀芯位移曲线

3.2系统压力分析

图6（a）（b）所示为液压缸（模拟动力转向器辅助缸）压力和位移曲线。图中可以看出，当主泵出现故障后，液压缸（模拟动力转向器辅助缸）压力和位移逐渐降为0，这说明主泵出现故障后切换阀阀芯复位，切断主泵回路，液压辅助缸被旁通[5-6]。这与前面分析的切换阀工作原理完全相符。

图6　液压缸压力和位移曲线

4　结语

通过对切换阀运动特性的仿真分析，可以看出切换阀运动平稳，振动较弱，液动阀响应速度快，能满足工程实际要求。

[1]陈静,高飞，王春宏，等.重型商用车双回路液压应急助力转向系统关键技术浅析[J].汽车实用技术，2014(2):5-8.

[2]付永领,祁晓野.系统建模和仿真实例教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[3]朱成实,陈寄贵.基于AMESim电液换向阀动态特性仿真分析[J].沈阳化工大学学报，2013，27(3):54-57.

[4]梁晓娟.基于AMESim三位四通阀动态仿真研究[J].煤矿机电，2009(5):34-35.

[5]李刚,胡汉春.AMEsim液压系统模型实时仿真研究[J].计算机光盘软件与应用，2012(23)：70-71.

[6]肖祖辉，李笑，关婷，等.基于AMEsim的超声汽化蒸汽驱动的膀胱动力泵建模及仿真[J].液压与气动，2014(11)：24-28.

（责任编辑杨荔晴）

Simulation Analysis of Double Loop Steering System Switching Valve based on AMEsim

CHEN Jing, DAI Qi-hua
(Taizhou Polytechnic College，Taizhou Jiangsu 225300,China)

In this paper,the AMEsim simulation model of the switching valve is built,and the performance of the valve is simulated and analyzed according to the principle of the hydraulic steering system of the double circuit, the optimal structural parameters of the performance of the switching valve are studied，which provides the data and theoretical basis for the product design.

double circuit hydraulic steering system;switching valve;AMEsim

U463.44+2

A

1671-0142（2016）02-0050-03

陈静（1982-），女，江苏泰州人，讲师.