重型货车离合器液压气助力操纵系统随动性能研究（可编辑）

重型货车离合器液压气助力操纵系统随动性能研究（可编辑） 重型货车离合器液压气助力操纵系统随动性能研究 . 设计.计算.研究. 重型货车离合器液压气助力操纵系统随动性能研究 陈德鑫 李松松 吴亚军 中国第一汽车股份有限公司技术中心 【摘要】基于键合图理论,采用 软件建立了某重型车离合器液压气助力操纵系统的计算模型,并利用该 模型分析了影响离合器操纵系统随动性能的关键因素及关键结构设计参数。结果明.管路直径、气压控制阀的预 紧力对总泵回位时间影响显著;助力泵排气口直径、液控气压阀预紧力以及气压控制阀的预紧力对操纵系统回位时 间影响显著。针对离合器操纵系统随动性能问题的实际故障案例,找到了不同故障模式的失效原因。 主题词:重型货车 离合器 液压气助力操纵系统 随动性能 中图分类号: .文献标识码: 文章编号: ?? ?, , .,【 , , ?. , . . ,, ,,. :, , ? .前言 离合器操纵系统回位时随动过程分析 离合器液压气助力操纵系统目前已被广泛应用 离合器液压气助力操纵系统的结构原理如图 于重型商用车离合器操纵装置中.但在用户实际使 所示。离合器操纵系统随动过程可分为分离、平 用过程中,却经常暴露出诸如离合器踏板回位迟缓、 衡和回位 个过程.文中重点分析其回位时的随动 离合器踏板不完全回位导致的离合器异常磨损甚至 过程。当松开离合器踏板时.总泵活塞在回位弹簧 烧片.以及快速连续踩踏板时出现的离合器踏板沉 的作用下回位.同时.助力泵气缸活塞在离合器盖 重及无法踩踏到位等故障模式。研究表明.引起这 总成膜片弹簧的作用力下回位.从而推动油液回流 些故障的主要原因是离合器操纵系统回位过程的随 总泵.使得系统的液压降低。当系统压力小于液控 动性能无法满足使用要求? 本文通过键合图理 气压阀的开启压力时.气压控制阀在回位弹簧作用 论阁.分析了影响离合器操纵系统回位过程随动性 下回位.此时助力泵中的气体排出。对于带补偿阀 能的因素.探讨了提高随动性能的措施.并将其成功 结构的总泵,当油液流速小于总泵活塞移动速度 应用于重型车离合器操纵系统随动性能的故障案例 时.在总泵液压腔中会出现真空.此时补偿阀由于 分析中。 压力差的作用打开.油液流人液压腔 当总泵回位 一一 汽 车 技 术? 设计.计算.研究. 后,补偿阀也会打开,多余的油液可以从补偿阀中 助力泵气缸的阻性效采用 描述;助力泵阻 流回油杯。 尼孔的阻性效采用 :描述;管路的液阻效采用 描述 .容性元 助力泵气缸的气容效采用。 描述;管壁柔度 的容性效采用 描述;气压控制阀弹簧的容性效 采用刚度 ,描述;总泵活塞弹簧的容性效采用刚 度 ,描述 .离合器助力泵总成 .助力泵气缸活塞 .油管总 . 感性元 成 .进气口 .液控气压阀 .放气口 .气压控 助力泵气缸及液压缸活塞质量采用 描述: ;制阀 .离合器总泵总成 .补偿阀.总泵活塞.进油口.踏板 气压控制阀质 量采用 描述:总泵活塞的质量用 图 离合器液压气助力操纵系统结构原理 描述 .转换器 离合器操纵系统键合图建模 系统能量在助力泵气压缸处有机械能转换成气 离合器液压气助力操纵系统的回位过程.是液 压能,其变换比用 描述;助力泵液压缸处有机械 体及气体的动态流动过程.而气体和液体的流动状 能转换成液压能,其变换比用 描述;助力泵气压 态相当复杂而且同时伴随不同能量的转化.因而采 控制阀处有机械能转换成液压能.其变换比用 描 用传统的信号流建模分析其随动性能相对比较困 述:总泵活塞处有液压能 转换成机械能,其变换比用 难【描述 功率键合图是一种描述系统动态结构的建模 根据已经建立的离合器操纵系 统键合图模型. 方法.它能够形象地描述系统能量网络中功率流的 列出操纵系统回位过程状态方程: 流向与分配、能量的汇集与转换等。清晰准确地表 目 。 目 目 目 目 . . 达系统动态结构特征及各种影响因素。因此.利用 蚴. . .蛐.触 其中. 键合图理论.对离合器操纵系统回位过程进行建模分析。 图 为离合器操纵系统回位过程的键合图模 型。其中。离合器的分离力作为势源 ,液控气压阀 目 , , 目的预紧力作为势源 .气压控制阀的预紧力作为势 源 ,总泵活塞的预紧力作为势源 ,总泵活塞速 度和助力泵液压缸活塞速度之差所产生的负压作为 势源 ,助力泵的进气端作为流源 ,助力泵排气端作为流源击 一 等 目 击 一 一 一 图 离合器操纵系统键合图模型 一 对于回位过程的阻性元、容性元、惯性元和转换 器的具体考虑如下。 一警 .阻性元 年 第 期. 设计.计算?研究? 离合器总泵助力泵输出端固定,当气压分别为 ?和时.其助力泵输出特性的 试验结果与仿真结果对比如图 所示。试验气压为 目 堇 是 式中, 为状态变量列向量; 为输人变量列向量;为状态变量系数矩阵; 回为 输入变量系数矩阵;为助力泵气缸的体积; 为管路管壁的体积膨 图 助力泵输 特性试验结果与仿真结果的对比 胀; 为总泵活塞位移; 为气压控制阀活塞位移; 当助力泵输出端与离合器盖总成连接、助力泵为助力泵气缸活塞动量; 为 气压控制阀活塞动 气源气压为、离合器总泵输入位移为 量: 为总泵活塞动量。 时.离合器操纵系统外特性试验结果与仿真结果对 离合器操纵系统随动性能仿真分析 比如图 所示。 . .仿真模型的建立 . 根据离合器操纵系统键合图模型.利用 星软件建立了离合器操纵系统模型 图 ,模型中主要结构、性能参数见表 所列。 . 盘 ? 蠓 图 离合器操纵系统外特性试验结果与仿真结果对比 从对比结果可以看出.离合器操纵系统的 ?模型计算结果与试验数据能较好吻合.因 此可利用该模型对离合器操纵系统的随动性能进行 模拟预测和分析 . 离合器操纵系统总泵回位时间影响因素分析 离合器踏板回位不及时主要体现为离合器总泵 图 离合器操纵系统 模型 回位时间较长 由离合器操纵系统回位过程的键合 表 离合器操纵系统主要结构、性能参数 参数 数值 参数 数值 图模型可知.除总泵自身的回位弹簧及摩擦阻力外. 液控气压阀刚度, 油液在 ?时 总泵结构、助力泵液控气压阀及气压控制 阀的预紧 . 一 . 密度/力、油管直径等因素也影响总泵回位时间。 液控气压阀预紧力, 助力泵气缸直径 利用 软件的批处理功能.分别改变各 /因素的结构参数.对该系统模型进行仿真计算.所得 气压控制阀刚度, . 一 .液压缸直径/ . 结果如图 ~图 所示 气压控制阀预紧力/ 助力泵气缸推杆 直径/ .. 总泵弹簧预紧力, . 总泵活塞直径/ .. 总泵弹簧刚度, . 一 . 阻尼孔直径/ 助力泵气缸弹簧刚度, . 一 .油管直径/. . 助力泵气缸预紧力/ 助力泵排气口 . 直径/ 油液在 ?时的运动粘度 /一总泵过油间隙/ . 图 总泵结构对总泵回位时间的影响 汽 车 技 术. 设计.计算.研究. 时间,总泵排油量对系统回位时间的影响 油管直径对总泵回位时间的影响 时间/ 总泵活塞回位速度对系统回位时间的影响 时间/ 图 助力泵液控气压阀预紧力对总泵回位时间的影响 昌 魁 艄 媲 时间/ 拍 总泵结构对系统回位时间的影响 时司/ 图 助力泵气压控制阀预紧力对总泵回位时间的影响 从图 ~图 可以看出.不带补偿阀结构的总泵 回位时间比带补偿阀结构的总泵慢 . :液控气 压阀预紧力为时比液控气压阀预紧力为 时间, 时的总泵回位时间慢 .:气压控制阀预紧力为 助力泵排气口直径对系统回位时间的影响 时比气压控制阀预紧力为时的总 泵回 位时间慢 . :当管路直径小于 时,离合器 总泵接近于不回位。 . 离合器操纵系统回位时间影响因素分析 离合器踏板完全回位后.助力泵推杆处仍有残 余推力.以较快速度连续踩踏板,离合器踏板踩不到 底、踏板沉重等故障模式主要是体现为系统回位时 时间/ 图 助力泵液控气压阀预紧力对系统回位时间的影响 间较长 由离合器操纵系统回位过程的键合图模型 可知.总泵排油量、回位速度、结构形式、助力泵排 吕 龄 气口直径、液控气压阀及气压控制阀的预紧力、气 压缸和液压缸直径及油管直径等因素影响助力泵 嗽 回位时间 盏 利用 软件的批处理功能.分别改变各 因素的结构参数.对该系统模型进行仿真计算.所得 时间, 结果如图 ~图 所示 图 助力泵气压控制阀预紧力对系统回位时间的影响 一? 年 第 期. 设计.计算?研究. 利用在 软件中建立的离合器操纵系 . 统模型分别对有过油间隙和无过油间隙总泵所组成 . 的系统进行了仿真分析。结果如图 和图 所示。 粪. .. .. 至. . 丑 . 时间/ . 图 助力泵液压缸、气缸直径对系统回位时间的影响 . 时间, 龄 图 助力泵输出力对比结果 . 堪 . 日 盘 皇. 亩. 雾 . 时 / . 图 油管直径对系统回位时间的影响 . 从图 可以看出.通过适当减小踏板行程.近 时司 而减少总泵排油量的方法可以有效减小系统回位时 图 总泵油压对比结果 间 从图 可以看出。总泵回位速度越大。越有利 从图 和图 中看出.无过油间隙总泵所组成 于提高系统的回位时间 从图 可以看出.不带补 系统中.在总泵已经回位时.总泵腔中仍然保持 .偿阀的总泵虽然有利于系 统回位时间的减小.但不 的油压.导致助力泵推杆无法回位.并且有利于总泵回 位时间的减小 从图 和图 可以看 的残余推力,导致离合器处于半接合状态。 出.当助力泵排气口直径从增大到时. . 离合器助力泵故障案例分析 系统回位时间可提高 . :液控气压阀预紧力为 对于无同步器结构的重型车变速器进行降挡操 比 时的系统回位时间慢 . 从图 作时.为了更轻便换挡.往往需要进行连续踩踏离合 可以看出.气压控制阀预紧力为比时的 器踏板的动作.一般踩踏频率在 左右。而在实 系统回位时间慢 .。从图 可以看出.液压缸、 际用户反馈中发现.在整个离合器操作系统中.使用 气缸直径仅影响助力泵的输出位移及输出力.并不 、 厂商生产的助力泵,在连续踩踏踏板时出现踩 影响系统的回位时间 不到底以及踏板力沉重的现象 而在更换了 厂商 离合器操纵系统随动性能故障案例分析 生产的助力泵后.此现象消除。为此 对这几种样品 在相同的总泵和管路条件下进行台架试验。 . 离合器总泵故障案例分析 表 为不同踩踏踏板频率下各系统残余力 从 在采用不带补偿阀结构的总泵进行系统随动性 表 可以看出, 、 样品在较大频率踩踏踏板且踏 能试验时.发现部分样品的助力泵推杆无法正常回 板完全回位时.助力泵回位较慢.从而导致再次连续 位.使得离合器没有完全接合.进而导致离合器的异 踩踏板时助力泵推杆处存在残余力.进而出现踏板 常磨损.甚至烧片。将问题样件进行拆检发现.由于 力沉重的现象 如图 所示的总泵活塞进油口直径大小各异.导致 表 不同踩踏踏板频率下各系统的残余力 活塞进油口与皮碗之间的相对位置产生误差.使部 样品 助力泵推杆处残 助力泵回位时踏 编号 平均频率, 余力最大值/ 板最大频率,分总泵的进油 与皮碗之间不 能产生过油间隙.从 .而引起活塞腔与油杯无法相连 . . . . . . . . 图 活塞进油口 一一 汽 车 技 术