某型履带车辆液压助力变速操纵系统仿真

履带车辆的机动性不仅与动力装置、传动装置、行动部分有关，而且与其操纵是否灵活轻便也有着密切的关系。为提高机动能力，减少驾驶员的工作强度，履带车辆多采用液压助力操纵系统。

某型履带车辆变速操纵系统采用了液压助力，轻便可靠地实现了主离合器液力操纵、液力挂档。但液压系统是结构复杂的机、液综合系统，具有机液藕合、结构时变性和非线性等特性，这些都成故障检测与诊断的难题。笔者应用AMESim软件对该液压系统进行了故障建模仿真，为液压系统的故障诊断提供参考依据。

1 液压助力变速操纵系统原理

1.1液压助力变速操纵系统的构成

液压助力变速操纵系统主要由油泵、溢流减压阀、主离合器操纵阀、主离合器分离油缸、定压输出阀和换档油缸等组成。笔者所研究的液压助力变速操纵系统简化结构如图1所示。

　　图1 液压助力变速系统结构图

1.2 液压助力变速操纵系统工作过程

液压助力变速操纵系统的工作过程可分为3个阶段。

1)主离合器分离。踏下主离合器踏板，主离合器操纵阀芯向右移动，打开操纵阀进油口，液压油进入操纵阀推开单向阀进人主离合器油缸，但此时阀芯尚未完全关闭与油箱相通的出油口，主离合器油缸无动作。主离合器操纵阀阀芯继续向右移动，关闭与油箱相通的出油口，建立压力，推动离合器分离油缸动作，使主离合器摩擦片分离，切断动力输出。

2)液压换档。使主离合器操纵阀阀芯再向右移动，打开通向定压输出阀的出油口，液压油经定压输出阀，进人换档油缸，空档时换档油缸阀芯关闭左右液流孔，活塞不动;当操纵变速杆时，其带动换档油缸阀芯移动，阀芯关闭一侧流孔，开放另一流孔，活塞两端形成压力差，使活塞跟随换档阀芯移动，活塞移动带动变速拨叉进行换档，换档后传动杆被弹子定位。

3) 主离合器结合。换档完毕，松开主离合器踏板，回位弹簧使各轴、拉杆、拉臂、主离合器操纵阀阀芯等回位，关闭通往定压输出阀、换档油缸的油路，同时打开与油箱相连的出油口，使主离合器油缸卸压降为零;主离合器压紧弹簧伸张将离合器分离油缸活塞推回至原位，被动摩擦片在压紧弹簧作用下与主动摩擦片结合，将动力传给变速箱，实现换档变速。

2 液压助力变速操纵系统的仿真分析

AMESim (Advanced Modeling Environmentf or Simulation of Engineering Systems)是IMAGINE公司于1995年推出的专门用于液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析的软件包，为用户提供了完善的建模仿真环境。AMESim软件采用基于功率键合图理论的建模方法，元件间均可双向传递数据，规定变量一般都具有物理意义，都遵从因果关系。笔者应用AMESim可直观、方便、准确地建立液压助力变速系统动态模型，并能在改变某个参数时，分析其对系统动态特性的影响。

2.1系统建模仿真

2.1.1 由液压助力变速系统工作原理图搭建系统仿真模型

AMESim软件系统中没有滑套模型，笔者利用带弹簧的移动活塞与可相对运动耳有相对位移限制的质量体组成滑套弹簧装置。

挂档时，齿轮与齿套接触发生滑摩时产生换档阻力;摘档时，其阻力与挂挡相比可忽略不计。笔者采用换档油缸活塞位移、速度控制与信号加载的方法产生换档阻力。

主离合器操纵阀、定压输出阀、换档油缸、主离合器油缸利用AMESim软件的HCD(液压元件设计模块)，根据其工作原理搭建模型。

离合器与换档同步器分别由主离合器活塞位移信号和换档油缸活塞位移信号控制。

液压助力变速系统主要参数如下。

流量源 ; 100L/min，溢流调压阀:11b ar，主离合器操纵阀阀芯直径:18 mm，主离合器操纵阀阀芯杆直径:11 mm，换档油缸阀芯直径:20 mm，换档油缸阀芯杆直径:15 mm，换档油缸活塞直径:65 mm，换档油缸活塞杆直径:35 mm，减压阀弹簧预压力:106N，发动机输出转矩:1000 Nm，离合器分离油缸最大位移:0.1 m ，换档油缸活塞位移范围:-0.02~0.02m。系统 仿 真 模型搭建如图2所示。