某微卡離合操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

李大進(jìn)，胡久強(qiáng)，劉代軍

某微卡離合操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

李大進(jìn)，胡久強(qiáng)，劉代軍

（四川南駿汽車集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，四川 資陽(yáng) 641300）

微卡離合操縱系統(tǒng)通常采用液壓真空助力結(jié)構(gòu)，針對(duì)某型微卡離合操縱系統(tǒng)使用性能欠佳的情況，進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)。本研究根據(jù)設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，從選型匹配和設(shè)計(jì)計(jì)算出發(fā)，通過試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的方式，獲得了該離合操縱系統(tǒng)的主客觀性能指標(biāo)。經(jīng)過對(duì)測(cè)評(píng)結(jié)果的分析，該離合操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)過于冗長(zhǎng)，傳遞效率較低，使得離合操縱性能欠佳。為改善其操縱性能，通過取消離合拉索，調(diào)整總泵布置和相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)等方法進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高了傳動(dòng)效率，使得離合分離徹底，結(jié)合柔和順暢，踏板力和行程特性滿足人機(jī)工程要求，具有良好的操縱力學(xué)特性和操縱舒適性。

離合操縱系統(tǒng)；液壓真空助力；試驗(yàn)評(píng)價(jià)

離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用以使離合器結(jié)合與分離的機(jī)構(gòu)，它始于駕駛室內(nèi)的離合踏板，終于離合器內(nèi)的分離軸承[1]。目前，國(guó)內(nèi)微型卡車的離合系統(tǒng)主要有拉線離合、液壓離合、液壓真空助力、液壓氣助力等形式。離合操縱系統(tǒng)的性能優(yōu)劣是車輛品質(zhì)的重要體現(xiàn)，直接影響車輛的駕乘體驗(yàn)，離合操縱系統(tǒng)應(yīng)能使離合分離徹底、結(jié)合柔和順暢、踏板力和行程特性滿足人機(jī)工程要求[2-3]。本文針對(duì)某型微卡離合操縱系統(tǒng)進(jìn)行匹配計(jì)算，隨后對(duì)所設(shè)計(jì)的離合操縱系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)評(píng)，并根據(jù)測(cè)評(píng)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，從而使得該離合操縱系統(tǒng)具有良好的操縱性能和駕乘體驗(yàn)。

1 離合操縱系統(tǒng)的匹配計(jì)算

在離合總成設(shè)計(jì)完成后，需要匹配離合操縱系統(tǒng)，并對(duì)離合泵排量、踏板力、踏板行程進(jìn)行校核計(jì)算，從而確定離合總泵、分泵、踏板、杠桿比等的具體參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式[4]。該微卡采用是液壓真空助力離合操縱系統(tǒng)，其整體布置如圖1所示，由踏板、拉索、離合轉(zhuǎn)臂支座、真空助力器、離合總泵、離合硬管、離合軟管、離合分泵等組成。基本工作原理為：踩下離合踏板，通過拉索拉動(dòng)離合轉(zhuǎn)臂，使離合總泵活塞移動(dòng)建立壓力，真空助力器提供助力，液壓能通過管路傳遞給離合分泵，離合分泵再將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，推動(dòng)分離軸承移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)離合器的分離與結(jié)合。根據(jù)離合操縱機(jī)構(gòu)相關(guān)設(shè)計(jì)理論方法和設(shè)計(jì)參數(shù)分別進(jìn)行排量、踏板力、踏板行程和效率計(jì)算。

設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

圖1 真空助力離合操縱系統(tǒng)

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 排量計(jì)算

（1）離合分泵排量

離合分泵的排量是指使離合器徹底分離時(shí)，離合分泵的最小需求液量，可根據(jù)離合器徹底分離時(shí)離合分泵的活塞行程求得，即：

式中：2為離合分泵排量，mm3。

計(jì)算得：2＝6725.88

（2）離合總泵排量

離合總泵的排量是指使在離合踏板全行程下，離合總泵的最大排液量，可根據(jù)離合踏板全行程下離合總泵的活塞行程求得，即：

式中：1為離合總泵排量，mm3。

計(jì)算得：1＝8657.06

（3）離合軟管的膨脹量

式中：3為離合軟管膨脹量，mm3；為離合軟管的總長(zhǎng)度，m，該車型的離合軟管的總長(zhǎng)度為0.45；為離合軟管的單位膨脹系數(shù)，mm3/m，取＝1.08。

計(jì)算得：3＝486

1.2 踏板力計(jì)算

（1）離合分泵推力

離合分泵推力是指為克服離合器最大分離力，離合分泵所需提供的最小推力為：

計(jì)算得：分＝1085.7

（2）系統(tǒng)管路壓力

系統(tǒng)管路壓力是指離合分泵要提供規(guī)定推力所需的最小系統(tǒng)壓力為：

式中：為系統(tǒng)管路壓力，MPa。

計(jì)算得：＝3.00

（3）所需的助力器輸出力

由于離合總泵與真空助力集成在一起，助力器輸出力既是離合總泵的輸入力，也等于管路壓力與總泵活塞截面積的乘積，即：

（4）助力器端的輸入力

真空助力器的輸入力與輸出力具有一定的線性關(guān)系，如圖2所示，計(jì)算真空助力器輸入力或輸出力時(shí)可根據(jù)真空助力器的特性曲線求得：

＝310.7

圖2 真空助力器特性曲線

（5）所需的踏板力

1.3 踏板行程計(jì)算

踏板行程共由三部分組成，踏板空行程、踏板工作行程、踏板剩余行程，下面是對(duì)三部分行程的計(jì)算。

（1）踏板空行程

踏板空行程是指踏板為克服離合助力器總成的間隙所需要的行程為：

式中：1為踏板空行程，mm；為離合助力器間隙，mm。

計(jì)算得：1＝8.25

（2）踏板工作行程

踏板工作行程是指離合器完全分離時(shí)，所需的踏板行程為：

式中：2為踏板工作行程，mm；η為行程效率。

計(jì)算得：2＝136.35

（3）踏板剩余行程

該車型選取的離合踏板的最大行程＝155 mm，則可求出踏板的剩余行程為：

式中：3為踏板的剩余行程，mm。

計(jì)算得：3＝10.4

1.4 效率計(jì)算

整個(gè)離合操縱系統(tǒng)的行程效率和力效率分別為：

式中：η為行程效率；η為力效率。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該車型的踏板力理論計(jì)算結(jié)果偏大[5]，踏板空行程適中、工作行程偏大、剩余行程偏??；操縱機(jī)構(gòu)的行程效率和力效率都偏低。因此，在使用過程中易出現(xiàn)離合分離不徹底、掛擋困難、踏板沉重的情況[6]。

2 離合操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

通分析，該離合操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)過于冗長(zhǎng)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的傳遞效率大幅降低[7-8]。為改善其操縱性能，提出優(yōu)化方案：取消離合拉索，將離合總泵布置在踏板上，縮短傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以提高傳遞效率；將離合分泵缸徑由24調(diào)整為22，將離合總泵缸徑由22.22調(diào)整為20.64，以改善操縱力特性。改進(jìn)后的離合操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置如圖3所示，設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示，真空助力器特性曲線如圖4所示。

圖3 真空助力離合操縱系統(tǒng)

表2 改進(jìn)后設(shè)計(jì)參數(shù)

計(jì)算結(jié)果如下：

（1）排量計(jì)算

2＝5651.6

1＝8618.85

3＝486

（2）踏板力計(jì)算

分＝1085.7

＝3.57

輸出＝1193.8

輸入＝318.24

踏板＝89.3

（3）踏板行程計(jì)算（該車型選取的離合踏板最大行程為150 mm）

1＝8.25

3＝32.4

圖4 真空助力器特性曲線

（4）效率計(jì)算

經(jīng)過設(shè)計(jì)改進(jìn)后，該車型的踏板力理論計(jì)算值減小、工作行程減小、剩余行程增加，操縱機(jī)構(gòu)的行程效率和力效率都提高；因此，極大改善了離合分離不徹底、掛擋困難、踏板沉重的情況。

改進(jìn)前后踏板力特性如圖5所示。

圖5 踏板力特性

3 離合操縱系統(tǒng)評(píng)價(jià)

離合操縱系統(tǒng)的實(shí)際性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)結(jié)果的符合程度、性能優(yōu)劣以及駕乘操作體驗(yàn)只能通過試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的方式來(lái)獲得。離合操縱機(jī)構(gòu)性能評(píng)價(jià)可通過客觀試驗(yàn)和主觀評(píng)價(jià)兩方面進(jìn)行：客觀試驗(yàn)是由測(cè)評(píng)人員根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模凑找欢ǚ椒?，采用相?yīng)的試驗(yàn)儀器，在規(guī)定的工況條件下，獲取被測(cè)物理量等數(shù)據(jù)，然后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而對(duì)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；主觀評(píng)價(jià)是由測(cè)評(píng)人員根據(jù)評(píng)價(jià)目的，按照一定的規(guī)范，通過對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的觀察、操作感受、試乘試駕的實(shí)施，從用戶使用角度出發(fā)，進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出評(píng)語(yǔ)。

對(duì)于離合操縱系統(tǒng)，客觀試驗(yàn)主要從踏板力、踏板行程以及踏板力－行程關(guān)系曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果需滿足設(shè)計(jì)推薦值；主觀評(píng)價(jià)主要從操縱輕便性、舒適性、分離行程、結(jié)合行程、結(jié)合柔和性、分離徹底性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過主客觀評(píng)價(jià)能較為完整科學(xué)地反應(yīng)離合操縱系統(tǒng)的實(shí)際使用性能[9-10]。如表3所示。

表3 離合操縱系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)某型微卡離合操縱系統(tǒng)踏板力偏大、分離不徹底、結(jié)合不順暢的情況，從選型匹配和設(shè)計(jì)計(jì)算出發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算校核，并通過試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的方式，獲得了該離合操縱系統(tǒng)的主客觀性能指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行原因分析：該離合操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)過于冗長(zhǎng)，傳遞效率較低，使得離合操縱性能欠佳。為改善其操縱性能，通過取消離合拉索、調(diào)整總泵布置和相關(guān)參數(shù)等方法進(jìn)行改進(jìn)，使得傳動(dòng)效率提高、離合分離徹底、結(jié)合柔和順暢、踏板力和行程特性滿足人機(jī)工程要求。本研究也探討了液壓真空助力操縱系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)要點(diǎn)、離合操縱系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法以及設(shè)計(jì)改進(jìn)方向，為該結(jié)構(gòu)形式離合操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了參考和幫助。

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The Design and Improvement of a Mini Truck Clutch Control System

LI Dajin，HU Jiuqiang，LIU Daijun

(Technical Center, Sichuan Nanjun Auto Group Co., Ltd., Ziyang 641300,China)

Vacuum-assisted hydraulic structure is commonly applicated in mini truck’s clutch control system. In this paper, the design of a mini truck’s clutch control system is optimized to improve its performance. According to the design parameters, the performance indexes of the clutch control system are obtained through the test and evaluation based on selection matching and design calculation. The results show that the transmission mechanism of the clutch control system is too long, which leads to low transmission efficiency and poor clutch control performance. In order to improve its handling performance, the methods such as canceling the clutch cables, adjusting the main pump’ layout and design parameters are adopted, which increases the transmission efficiency, separates the clutch completely, makes the combination soft and smooth and the pedal force and stroke characteristics meet the ergonomics requirement, and thus leads to good mechanical characteristics and operating comfortableness.

clutch control system； vacuum-assisted hydraulic system；test and evaluation

U463.211+.4

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.06.008

1006－0316 (2020) 06－0051－05

2019－10－17

李大進(jìn)（1973－），男，四川廣安人，工程師，主要從事汽車底盤的設(shè)計(jì)匹配與調(diào)校工作，E-mail：ldj@nanjunauto.com。