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(tuán)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸，并且保證汽車能夠平順起步，是汽車傳動(dòng)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(duì)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(duì)在實(shí)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)合高度異常現(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(shí)常出現(xiàn)離合器踏板有時(shí)高有時(shí)低的情況，且離合器接合不平順[1]。重新計(jì)算該車型離合器操縱機(jī)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(shí)的高度處于比較適中的狀態(tài)，不會(huì)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(shí)高有時(shí)低的現(xiàn)象說明離合器操縱機(jī)構(gòu)中存在異常因素。該輕型貨車的離合器操縱機(jī)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(jī)構(gòu)簡圖

當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下離合器踏板時(shí)，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(shí)整個(gè)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(dòng)下向前移動(dòng)推動(dòng)離合器助力器推桿，同時(shí)液壓油打開離合器助力器的進(jìn)氣閥門，來自車輛制動(dòng)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(dòng)氣缸活塞向前移動(dòng)，與液壓活塞一起推動(dòng)離合器助力器推桿，推動(dòng)離合器撥叉搖臂，從而實(shí)現(xiàn)離合器分離。當(dāng)車輛起步離合器接合時(shí)，駕駛?cè)藛T緩慢抬起離合器踏板，主缸活塞向后移動(dòng)，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(shí)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(shí)現(xiàn)離合器接合。可見，如果液壓油按上述正常流動(dòng)，離合器踏板每次接合高度應(yīng)是一樣的。分析整個(gè)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(chǔ)油壺和橡膠軟管組成。主缸進(jìn)油管路主要對(duì)主缸內(nèi)液壓油起補(bǔ)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(dòng)，液壓油在離合器管路內(nèi)流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生阻力。同樣，液壓油經(jīng)進(jìn)油孔和補(bǔ)償孔在儲(chǔ)油壺與主缸后腔間流動(dòng)也會(huì)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。回流過程中管路內(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(shí)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)合高度異常現(xiàn)象的理論分析和檢測(cè)驗(yàn)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(shí)，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(huì)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(shí)，助力器回位力不能克服阻力的可能或與阻力差值過大。

對(duì)第一種離合器助力器，采用壓力真空表測(cè)量踏板回位時(shí)管路內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)分別 測(cè)量離合器主缸進(jìn)出口處和助力器進(jìn)出口處剛開始?jí)毫Y(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(duì)第二種助力器測(cè)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(cè)量結(jié)果顯示，主缸進(jìn)出油口在離合器踏板回位時(shí)最低壓力出現(xiàn)負(fù)壓[4]。這是因?yàn)樵谔ぐ寤匚贿^快的情況下，主缸活塞移動(dòng)速度快，如果主缸出油管路中的液壓油能夠回流，對(duì)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(jí)增加。離合器助力器中液壓油因阻力過大不能及時(shí)回流補(bǔ)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(shí)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(shí)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(gè)負(fù)壓值足夠大時(shí)，離合器主缸后腔內(nèi)液壓油就會(huì)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(cè)數(shù)據(jù)，這個(gè)阻力值約為15 kPa～50 kPa。可見在表格2測(cè)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(shí)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(shí)，離合器踏板過高的現(xiàn)象就會(huì)有所緩解。從而造成離合器踏板時(shí)高時(shí)低的現(xiàn)象。

3 針對(duì)離合器踏板結(jié)合高度異常現(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(dòng)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(dòng)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(yàn)，首先理論估算兩種軟管在踏板回位時(shí)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(dòng)液密度950 kg/m3。

其中Rec為該流動(dòng)狀態(tài)下雷諾數(shù)。

其中：v為運(yùn)動(dòng)粘度，制動(dòng)液常溫下運(yùn)動(dòng)粘度取0.08 cm2/s。

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

代入該車型離合軟管有關(guān)參數(shù)計(jì)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(huì)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(dòng)液流動(dòng)截面發(fā)生變化的位置。

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

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(huì)對(duì)離合總泵內(nèi)制動(dòng)液流動(dòng)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(jì)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(shí)高有時(shí)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(shí)應(yīng)充分考慮到對(duì)整車離合器操縱性能的影響， 須提前用理論計(jì)算或試驗(yàn)方法提前做出預(yù)應(yīng)。