某輕型貨車離合器踏板結(jié)合高度異常分析與處理

郭 靜

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

引言

汽車離合器系統(tǒng)的功能是負(fù)責(zé)傳遞和切斷發(fā)動機的動力傳輸，并且保證汽車能夠平順起步，是汽車傳動系的重要組成部分。離合器系統(tǒng)包括離合器和離合器操縱裝置，離合器操縱裝置不僅需要能夠保證離合器正常工作，還必須操縱輕便舒適。特別是對于經(jīng)常在城市道路中行駛需頻繁分離結(jié)合離合器的輕型貨車而言更加重要。本文針對在實際中遇到的某輕型貨車離合器踏板結(jié)合高度異常問題進(jìn)行分析解決。

1 離合器踏板結(jié)合高度異?，F(xiàn)象和離合器操縱裝置結(jié)構(gòu)簡述

某輕型貨車在調(diào)試和使用過程中時常出現(xiàn)離合器踏板有時高有時低的情況，且離合器接合不平順[1]。重新計算該車型離合器操縱機構(gòu)各零部件參數(shù)，得出結(jié)果發(fā)現(xiàn)離合器踏板在車輛起步時的高度處于比較適中的狀態(tài)，不會出現(xiàn)離合器踏板過高，檢查離合器總成和操縱裝置各零部件質(zhì)量合格無問題。且離合器踏板有時高有時低的現(xiàn)象說明離合器操縱機構(gòu)中存在異常因素。該輕型貨車的離合器操縱機構(gòu)為液壓遠(yuǎn)距離操縱形式，帶有氣壓助力裝置，如圖1所示。

圖1 氣壓助力離合器操縱機構(gòu)簡圖

當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下離合器踏板時，離合器主缸建立壓力，液壓油從離合器主缸內(nèi)流出經(jīng)離合器管路進(jìn)入離合器助力器。此時整個離合器管路內(nèi)建立起壓力。離合器助力器內(nèi)液壓缸活塞在油壓推動下向前移動推動離合器助力器推桿，同時液壓油打開離合器助力器的進(jìn)氣閥門，來自車輛制動系統(tǒng)壓縮空氣經(jīng)氣壓管路進(jìn)入離合器助力器氣缸，推動氣缸活塞向前移動，與液壓活塞一起推動離合器助力器推桿，推動離合器撥叉搖臂，從而實現(xiàn)離合器分離。當(dāng)車輛起步離合器接合時，駕駛?cè)藛T緩慢抬起離合器踏板，主缸活塞向后移動，離合器管路內(nèi)液壓油隨之流回主缸，離合器助力器內(nèi)的液壓缸活塞也一起后移。同時關(guān)閉進(jìn)氣閥門，打開通大氣閥門，壓縮空氣排出。離合器助力器推桿和液壓缸活塞也一起后移，實現(xiàn)離合器接合?？梢姡绻簤河桶瓷鲜稣Ａ鲃?，離合器踏板每次接合高度應(yīng)是一樣的。分析整個離合器管路，除主缸的出油管路外，還存在主缸進(jìn)油管路。主缸進(jìn)油管路由儲油壺和橡膠軟管組成。主缸進(jìn)油管路主要對主缸內(nèi)液壓油起補償作用。主缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 離合器總泵結(jié)構(gòu)簡圖

主缸出油管路由2根鋼管和2根橡膠軟管連接而成。由于液壓油的慣性以及液壓油的黏度、管路彎度及管徑的變動，液壓油在離合器管路內(nèi)流動會產(chǎn)生阻力。同樣，液壓油經(jīng)進(jìn)油孔和補償孔在儲油壺與主缸后腔間流動也會產(chǎn)生阻力。在抬起踏板離合器接合的過程，即是離合器主缸活塞回位主缸出油管路內(nèi)液壓油回流到主缸中的過程?；亓鬟^程中管路內(nèi)液壓油受到來自助力器油缸中回位壓力并克服管路阻力和重力回流到主缸中。從車輛實際生產(chǎn)過程了解到，原先該裝配的離合器助力器是非自調(diào)式，其氣缸和油缸結(jié)構(gòu)如圖3所示[2]。

圖3 非自調(diào)式離合器助力器簡圖

后更換為自調(diào)式離合器助力器，其氣缸和油缸結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 自調(diào)式離合器助力器簡圖

2 離合器踏板結(jié)合高度異?，F(xiàn)象的理論分析和檢測驗證

分析兩種離合器助力器結(jié)構(gòu)的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)非自調(diào)式助力器和自調(diào)式助力器的區(qū)別在于氣缸內(nèi)彈簧作用力的方向相反。非自調(diào)式助力器的彈簧作用力是回位力，而自調(diào)式助力器的作用力相反。當(dāng)踏板回位時，自調(diào)式離合器助力器內(nèi)部產(chǎn)生的回位力等于離合器壓盤回位力減去彈簧的彈力。這樣自調(diào)式助力器的回位力就會明顯小于非自調(diào)助力器的回位力。在踏板開始回位瞬間存在離合器踏板回位過快時，助力器回位力不能克服阻力的可能或與阻力差值過大。

對第一種離合器助力器，采用壓力真空表測量踏板回位時管路內(nèi)關(guān)鍵點最高和最低壓力，并觀察壓力變化情況。用三通把壓力真空表接入離合器管路內(nèi)。車輛空載，在車輛能夠正常起步的情況下在踏板較快回位時分別 測量離合器主缸進(jìn)出口處和助力器進(jìn)出口處剛開始壓力結(jié)果如表1所示。

表1 裝配非自調(diào)式離合器助力器的離合器操縱裝置 離合器主缸出口和離合器助力器入口壓力值

用同樣方法對第二種助力器測量，結(jié)果如表2所示。

表2 裝配自調(diào)式離合器助力器的離合器操縱裝置 離合器主缸出口和離合器助力器入口壓力值

測量結(jié)果顯示，主缸進(jìn)出油口在離合器踏板回位時最低壓力出現(xiàn)負(fù)壓[4]。這是因為在踏板回位過快的情況下，主缸活塞移動速度快，如果主缸出油管路中的液壓油能夠回流，對應(yīng)液壓油在主缸出油管路中回流的速度快，產(chǎn)生的阻力也隨速度平方級增加。離合器助力器中液壓油因阻力過大不能及時回流補充，從而產(chǎn)生負(fù)壓。因第二種助力器氣缸中的彈簧后置，其實起到阻擋回位的作用，導(dǎo)致第二種離合器助力器壓力明顯低于第一種助力器的壓力。此時離合器助力器中液壓油的壓力與阻力差值過大，造成在主缸內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓。當(dāng)這個負(fù)壓值足夠大時，離合器主缸后腔內(nèi)液壓油就會克服主缸皮碗阻力流入離合器主缸前腔。通過了解離合器主缸生產(chǎn)廠家的檢測數(shù)據(jù)，這個阻力值約為15 kPa～50 kPa?？梢娫诒砀?測量數(shù)據(jù)的工況下，液壓油很有可能已經(jīng)從離合器主缸后腔流入前腔。結(jié)果是踏板已經(jīng)回位而離合器主缸出油管路中液壓油并沒有回流到離合器主缸中，造成離合器踏板升高的現(xiàn)象。某些時間離合器踏板回位速度較慢，或環(huán)境溫度較高液壓油粘度低時，離合器踏板過高的現(xiàn)象就會有所緩解。從而造成離合器踏板時高時低的現(xiàn)象。

3 針對離合器踏板結(jié)合高度異?，F(xiàn)象的處理方法

要解決這一問題，較為簡便的方法就是要設(shè)法降低液壓油在管路內(nèi)的流動阻力。由流體力學(xué)有關(guān)原理得知，增加管徑可降低液壓油流速，從而降低液壓油油流動阻力，阻力與流速平方成正比。該離合器管路中管徑最小的是橡膠軟管內(nèi)徑，僅3.2 mm，其余鋼管內(nèi)徑4.6 mm，液壓油主要阻力產(chǎn)生在離合器軟管上，所以理論上增加橡膠軟管內(nèi)徑改善效果最明顯。考慮改用內(nèi)徑為6 mm的聚氨酯離合器軟管試驗，首先理論估算兩種軟管在踏板回位時沿程阻力和局部阻力產(chǎn)生的壓差[3-4]。

沿程阻力產(chǎn)生的壓差：

其中：λ為沿程阻力系數(shù)；V為流體在管路內(nèi)流速，單位：m/s；l為軟管長度，單位：m；d為軟管內(nèi)徑，單位：m；ρ為流體密度，制動液密度950 kg/m3。

其中Rec為該流動狀態(tài)下雷諾數(shù)。

其中：v為運動粘度，制動液常溫下運動粘度取0.08 cm2/s。

考慮到常態(tài)下離合踏板總的回位時間約2.5 s，作為計算制動液流速的依據(jù)。

代入該車型離合軟管有關(guān)參數(shù)計算可得：內(nèi)徑為3.2 mm的橡膠離合器軟管產(chǎn)生的沿程阻力產(chǎn)生的壓差?P1約17 kPa；內(nèi)徑為=6 mm的聚氨酯離合器軟管產(chǎn)生的沿程阻力產(chǎn)生的壓差?P2約1.4 kPa。

另外，離合軟管和鋼管連接處管路截面的變化會產(chǎn)生局部阻力，局部阻力產(chǎn)生的壓差：

其中：為局部阻力系數(shù)；g為重力加速度。

該車型離合管路共兩根軟管，有四處制動液流動截面發(fā)生變化的位置。

由流體力學(xué)有關(guān)知識可知∑ξi<4，根據(jù)該車型有關(guān)參數(shù)可知是一個極小的數(shù)量，所以局部阻力產(chǎn)生的壓差?P'可忽略不計。

因離合器主缸后腔內(nèi)液壓油克服主缸皮碗阻力流入離合器主缸前腔所需壓差約為15 kPa～50 kPa，可見增大離合軟管內(nèi)徑會對離合總泵內(nèi)制動液流動產(chǎn)生較大影響。以此為依據(jù)把該車型離合器軟管更換為內(nèi)徑為6 mm的聚氨酯離合器軟管。與計算結(jié)果相符合，離合器總泵附近液壓真空度明顯減小，離合器操縱裝置經(jīng)改進(jìn)后沒有再出現(xiàn)離合踏板時高有時低的情況。

4 結(jié)束語

離合器管路內(nèi)液壓油的阻力壓力變化非常復(fù)雜，且與離合器操縱裝置的工作性能緊密相關(guān)，在某一車型的離合器管路工作壓力與現(xiàn)有車型發(fā)生較大變化，或管路零部件技術(shù)參數(shù)發(fā)生變化時應(yīng)充分考慮到對整車離合器操縱性能的影響， 須提前用理論計算或試驗方法提前做出預(yù)應(yīng)。