摘 要：分析了某特种运输车辆液压冷却系统工作原理，建立了其数学模型和仿真模型，通过仿真研究得到了压力补偿溢流阀面积梯度变化时系统主导极点轨迹图，和发动机转速或外负载变化时流量阀流量阶跃响应曲线，认为选取液压元件仅进行静态参数匹配是不够的，还需要对动态特性进行验证。

　　关键词：液压冷却系统;三通流量阀;仿真;

　　0 引言

　　早期液压系统设计时，首先根据静态参数匹配选用液压元件，然后建立实际物理模型后再进行动态特性验证及参数优化。这样设计液压系统周期长，花费大，而且可优化的参数可选择性小。计算机仿真技术的兴起，能够在设计阶段优选设计方案，分析系统参数对动态特性的影响，从而为液压系统元件选用提供参考依据。

　　1 冷却系统工作原理

　　冷却系统主要由定量液压泵1，流量控制阀2，定量液压马达组3(包括风扇和冷却器)组成，如图1。流量控制阀，如图2，通过三通压力补偿溢流阀补偿节流口两端压差，使其基本保持恒定。节流口开口一定时，使进入马达的流量不受负载压力和泵流量影响，从而使风扇转速恒定。可以通过改变节流口开度控制风扇转速，达到需要的冷却强度。三通流量阀调节过程为：当发动机转速升高时，泵流量增大，泵出口压力上升，补偿溢流阀开口增大，溢流流量增多，出口压力又逐渐减小，直到补偿阀阀芯重新平衡;若负载压力增大，流过节流口的流量减少，泵出口压力升高，直到补偿阀阀芯重新平衡。三通补偿阀优点是不会造成节流损失，但在补偿时会消耗部分流量，造成溢流损失。

　　图1 冷却系统工作原理图

　　1液压泵 2流量阀 3马达组

图2 三通流量阀原理图

　　2 数学模型 压差补偿溢流阀 阀芯运动方程

　　(1)

其中，为阀芯质量，为粘性摩擦系数，为弹簧刚度，为弹簧预压缩力，为泵出口压力，为弹簧腔压力，为稳态液动力系数，为面积梯度，为控制腔面积。

　　阀口流量方程

(2)

　　弹簧腔流量连续方程

(3)

因为很小，可以认为等于0，则，其中为液阻流量。 液阻流量方程 (4)

其中，为液导 节流口流量方程 (5) 泵 泵出口容腔流量连续方程

(6)

其中，为泵出口容积，为油液弹性模型，为泵理论流量，为泄漏系数。 马达 马达入口流量方程

(7)

其中，为泄漏系统，为马达流量。

　　马达轴运动方程

(8)

其中，为马达排量，为马达轴等效转动惯量，为等效粘性摩擦系数。 仿真研究 通过对冷却系统静态参数匹配，选择三通流量阀额定流量为，选用流量阀时还应该分析系统动态特性，验证系统的动态参数匹配。借助专用仿真软件建立冷却系统仿真模型，如图2所示，图3为子模块三通流量阀仿真模型。

　　图3 冷却系统仿真模型

　　图4 三通流量阀仿真模型

　　分析时，流量阀为68%开度。如图4为压力补偿溢流阀面积梯度改变时，系统主导极点轨迹图。从图中可以看出，当系统其他元件参数确定后，减小溢流阀的面积梯度，系统主导极点将向s平面正半轴移动，使系统不稳定。一定范围内，增大面积梯度可以提高系统稳定裕度。

　　图5为不同面积梯度时流量阀流量对发动机转速阶跃响应，图6为不同面积梯度时流量阀流量对外负载阶跃响应。从图5可以看出，面积梯度较小时，流量阀流量对发动机转速干扰响应快;但从图6中看出，当外负载突变时，面积梯度较小时，流量阀流量调整时间变长。所以应该适当选择面积梯度值，使系统在不同干扰下都有较好的响应特性，同时应考虑系统的稳定裕度。 结论 本文分析了某特种车辆液压冷却系统的工作原理，以及外界干扰下三通流量阀流量调整过程，建立了冷却系统的数学模型和仿真模型。经过仿真研究，分析了压力补偿溢流阀压力梯度对系统动态特性的影响。认为在选用液压元件时进行动态特性仿真分析是非常必要的。另外，实车的使用情况验证了本文分析方法的正确性

　　参考文献

　　[1] 李永堂，雷步芳等. 液压系统建模与仿真[M]. 北京：冶金工业出版社，2003，2.

　　[2] 李壮云. 液压元件与系统[M]. 北京：机械工业出版社，2005，6.

　　[3] 郭晓松，祁帅等. 工程机械的节流调速回路仿真分析[J]. 流体传动与控制，2009，1，13-15.

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