客車離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計分析

謝 晏，余 飛，吳國堅，占國強(qiáng)

（江西中科博能上饒客車有限公司，江西 上饒 334100）

客車離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計分析

謝 晏，余 飛，吳國堅，占國強(qiáng)

（江西中科博能上饒客車有限公司，江西 上饒 334100）

針對氣壓助力液壓式離合器操縱機(jī)構(gòu)，建立其數(shù)學(xué)模型，研究各個杠桿角度變化帶來的位移、受力的變化，以及杠桿和活塞推桿之間的關(guān)系；設(shè)定踏板杠桿和分離杠桿的最佳位置，精確計算踏板力和踏板行程。

離合器；操縱機(jī)構(gòu)；角度；位移

客車離合器系統(tǒng)是客車底盤的重要組成部分，它由離合器和離合器操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成[1]。由于離合器故障而造成客車不能正常運行的概率非常的高，所以很多廠家都把客車離合器作為一個重點研究課題來做，研究怎樣才能使離合器分離得徹底、精確，駕駛員操作得舒服、方便，要尋求這兩者的統(tǒng)一，關(guān)鍵就在離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計上。

傳統(tǒng)設(shè)計對離合器操縱機(jī)構(gòu)只是一味地要求經(jīng)濟(jì)、簡單，對其定位、受力只是簡約計算，對踏板力和踏板行程的分析沒有綜合考慮。隨著科技發(fā)展，對客車設(shè)計的要求越來越精細(xì)，對駕駛員的操控感受越來越重視，沒有考慮駕駛員操控感受的設(shè)計，只會加快駕駛員疲勞，增加駕駛危險系數(shù)。由于離合器操控精度不高，導(dǎo)致離合器分離不徹底、加速離合器片磨損，燒壞離合器片現(xiàn)象常出現(xiàn)。本文通過拆分細(xì)化離合器的操縱機(jī)構(gòu)，建立各個部件之間的聯(lián)系，精確計算離合器踏板力和踏板行程，分析各個桿件的最優(yōu)放置位置。

1 離合器操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

我公司SR6116TH客車采用的是中信機(jī)電車橋公司離合器廠的JL430ZMT B1-1601100型自調(diào)臂離合器蓋總成。這種自調(diào)臂離合器就是分離杠桿和分離軸承之間沒有間隙。當(dāng)摩擦片磨損后，自動補(bǔ)償磨損間隙[2]。

如圖1所示，離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計也就是考慮A、B、C、D四根杠桿之間的角度變化帶來的位移、受力的變化，還有與總泵、助力器的匹配。

離合器助力器是與自調(diào)臂離合器配套，其中的大回位彈簧是保證推桿推動分離杠桿靠緊分離軸承。離合器的氣壓助力器要實現(xiàn)的工作是液壓控制氣壓閥門，使氣壓幫助液壓工作推動推桿。當(dāng)離合器動作完，控制閥桿動作，快速排除氣缸內(nèi)的氣體，使離合器快速回位。在加入制動液時，通過打開液壓腔排氣口可以排盡整個管路的空氣[3-4]。

2 離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計計算

設(shè)計一款離合器操縱機(jī)構(gòu)要達(dá)到省力、方便、精確的要求，在符合人的行為動作習(xí)慣前提下，實現(xiàn)汽車的檔位調(diào)節(jié)。

2.1 離合器踏板行程計算

1）如圖2中的（a）所示，離合器的踏板行程為l1，踏板杠桿角度θ0，踏板臂長A，連桿臂長B。主缸頂桿與主缸活塞之間的間隙為△l[5-6]。

圖2中的（b），（c）是圖 2中（a）的局部放大圖。a4值越小，l2越接近△l+h1。當(dāng) a4等于 0 時，l2=△l+h1，a5=2a1。

當(dāng) a1=arccos（2B2-（△l+h1）2）/2B2）/2 時，踏板的行程l1最短，這也是踏板杠桿角度θ0的最佳角度，如圖2中（d），圖 2 中的（a）、（b）、（c）沒有考慮踏板杠桿的最佳放置角度，沒有考慮總泵的最佳放置位置。

由于公眾對帕金森病知識了解較少，甚至有錯誤的公眾認(rèn)知，可通過媒體對疾病進(jìn)行宣傳，社區(qū)教育、公眾知識培訓(xùn)等方式提供公共衛(wèi)生知識的學(xué)習(xí)[18]，增加公眾對帕金森病的認(rèn)知，改變公眾對帕金森病患者的態(tài)度，減少公眾對帕金森病的刻板印象和偏見，促進(jìn)患者參與治療，改變生活和工作態(tài)度。

2）如圖 2 中（a）、（e）所示，離合器主缸的直徑為 d1，行程為h1；氣壓助力器的液壓缸直徑為d2，行程為h2。從主缸壓出的制動液應(yīng)該與助力器液壓缸的制動液等量，即

3）如圖2中（e）所示，分離杠桿和助力器氣缸活塞連接的連桿長為C，與分離軸承靠近的連桿長為D。分離軸承的移動量為E，助力器氣缸活塞和分離杠桿之間的連桿為 l6。有 E=l·4cosθ14；θ14=θ18-θ11/2

分離杠桿有一個位置角 θ18，θ14越小，l4越接近 E，當(dāng)θ14=0時，l4=E，豎直中心線M不再以分離杠桿C為準(zhǔn)，這時分離杠桿位置角θ18=θ11/2。當(dāng)θ11=arccos（（2D2-E2）/2D2），θ18=θ11/2 時，l4最小，也最省力，是分離杠桿的最佳位置，如圖 2 中的（g）、（h）所示，圖2中的（e）、（f）沒有考慮分離杠桿的最佳放置位置，也沒有考慮助力器的最佳放置位置。

上組公式中，根據(jù)不同離合器的分離行程可以很方便地計算出踏板行程[7]。

2.2 離合器踏板受力計算

踏板的受力在不同的角度是不同的，θ1、θ2、θ3、θ4是考慮需要踏板力最大的情況下的位置，受力分析是參考圖 2中的（h）[8]。計算F1at時，忽略了a10影響。

離合器助力器還有一個部分就是氣壓通斷開關(guān)，這個開關(guān)是由液壓控制的。

其中，dh、dh1的尺寸相差不是很大，一般 dh1＜dh，便于控制氣壓接通，而且dh和d2尺寸差不多，考慮結(jié)構(gòu)美觀。

上組公式中，F(xiàn)為踏板上作用的力；Ftb為踏板杠桿上回位彈簧力；d1為主缸缸徑；d2為助力器液缸的直徑；d4為助力氣缸的直徑；F3a為分離軸承的推力；PY為液壓缸的壓強(qiáng)；PQ為氣壓缸的壓強(qiáng)；dh為換向活塞液壓作用端缸徑；dh1為換向活塞氣壓作用端缸徑；Ft1為換向活塞液壓端的彈簧力；Ft2為換向活塞氣壓端的彈簧力[7]。

2.3 自由行程的計算

自調(diào)臂離合器的自由行程沒有分離杠桿和分離軸承之間的距離，自由行程主要是由主缸頂桿和主缸活塞的間隙△l，還有助力器控制氣壓通斷的控制閥桿的移動距離、控制閥桿截面積決定了踏板的自由行程。當(dāng)駕駛員踏下踏板使得離合器分離指推動離合器分離軸承移動時，踏板的行程就是自由行程[8]。

2.4 約束條件

1）對于大客車離合器踏板力F不大于250 N，一般在150～250 N；當(dāng)助力器失效的時候，踏板力F不大于550 N。

2）離合器的踏板行程l1應(yīng)在80～150 mm范圍內(nèi)，最大不超過200 mm。

3）合理選用離合器操縱油管的直徑，對于客車，由于主缸距液缸（與助力器為一體）較遠(yuǎn)，因而液壓管較長，直徑小，會產(chǎn)生離合器操縱滯后；若直徑大，油管內(nèi)的空氣則不容易排出。根據(jù)經(jīng)驗，一般離合器液壓管直徑為 8～10 mm[9]。

3 計算實例

通過實例計算分析，采用精確計算和常用的計算方法得出的結(jié)果進(jìn)行比較。某車離合器操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)如表1所示。

表1 離合器操縱機(jī)構(gòu)參數(shù)

采用本文論述的精確計算結(jié)果如表2所示。

表2 精確計算得出踏板力和踏板行程

采用常用方法不考慮角度變化的影響[10]：

l1=E·i3·i2·i1（i2i1）+Ftb/i1）/0.85）的計算結(jié)果如表3所示。

表3 常用計算結(jié)果

對比發(fā)現(xiàn)，踏板力的變化還是很大的。表2結(jié)果還是在踏板杠桿和分離杠桿最優(yōu)放置情況下的計算，要是不考慮最優(yōu)放置，這個值還要大很多。踏板行程變化不大，是因為表2結(jié)果是采用了踏板杠桿和分離杠桿的最優(yōu)放置，這樣放置后就可以使得:

還由于C很大，l3相比C很小，使得l3和h2很接近。這樣得到分離行程E需要踏板的行程l1之間的變化也就在三個傳動比（i1，i2，i3）中傳遞。如不考慮最優(yōu)放置位置，結(jié)果也會有一定的差距[11]。

4 結(jié)束語

離合器的好壞直接影響整車的正常運行和整車性能。在設(shè)計離合器的操控機(jī)構(gòu)時，一定要省力、精確。本文詳細(xì)分析了離合器操縱機(jī)構(gòu)受力以及位移變化，找準(zhǔn)了活塞位移到杠桿位移之間的關(guān)系，可以精確地計算操縱離合器所需要的踏板力和踏板行程。

[1]程家瑞.汽車構(gòu)造：下冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]金志銓.離合器助力器的結(jié)構(gòu)與常見故障[J].城市車輛，1996，（2）：41-43.

[3]劉梅，趙志峰，張曉東.離合器總泵-助力器售后維修項目指導(dǎo)書[R]中國重汽特定維修項目指導(dǎo)書，2010.3.

[4]彭小紅，趙衛(wèi)艷.重型載貨汽車離合器液壓操縱氣助力裝置設(shè)計[J].公路與汽運，2007，（5）

[5]徐旭，魯統(tǒng)利.汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)的分析與改進(jìn)設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2007，(11)：13-14.

[6]王海兵，張向奎，羅通云，等.小排量汽車AMT離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的效率設(shè)計[J].四川兵工學(xué)報，2011，（1）：72.

[7]余仁義，梁濤.汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計[J].專用汽車，2003，（4）

[8]錢曉東.城市客車離合器的設(shè)計與調(diào)整[J].客車技術(shù)與研究，2002，24（2）：22.

[9]孫欣.微型汽車離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)與結(jié)合規(guī)律研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[10]陳建峰，穆傳祿，高忠貞.11～12 m長客車離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計[J].客車技術(shù)與研究，2008，30（3）：28-29.

[11]孫龍，石曉輝，張志剛.AMT離合器接合過程扭矩傳遞特性分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，（10）：19-22.

修改稿日期：2012-06-29

Design and Analysis of Clutch Operating Mechanism for Bus/Coach

XIE Yan，YUFei，WUGuo-jian，ZHANGuo-qiang
(Jiangxi Zhongke B-energyShangraoBus Co.，Ltd，Shangrao334100，China)

Building the mathematic model based on clutch with help of air pressure operated by hydraulic pressure，the authors studythe changes offorce and displacement with the changes ofeach lever angle,and the connection between the lever and the push rod ofpiston.Through setting the best position of pedal lever and separation lever,accurate calculation for pedal force and pedal distance is possible.

clutch；operatingmechanism；angle；displacement

U463.11

B

1006-3331（2012）04-0026-04

謝 晏（1985-），碩士；工程師；主要從事客車底盤研究。