濕式離合器接合油壓對轉速轉矩的影響

陳 浩 ，王立勇 ，2，唐長亮 ，陳 濤

(1.北京信息科技大學現代測控技術教育部重點實驗室，北京 100192；2.北京電動車輛協同創新中心，北京 100192）

0 引言

目前，離合器大多分為電磁式、液力式、磁粉式和摩擦式幾類，市場上摩擦式離合器較為常見。根據摩擦式離合器工作環境的不同，將其分為干式離合器和濕式離合器。干式離合器的摩擦片和鋼片之間沒有潤滑介質，冷卻方式為自然冷卻，散熱速度快并且制造成本低，但接合過程中的平穩性差，容易引起抖動。濕式離合器的工作環境在潤滑狀態下，是現代大功率車輛傳動系統中的核心部件，傳扭能力強、換擋沖擊小、控制系統簡單、起步換擋柔和及平穩，在一些重載機械領域被廣泛應用。

濕式離合器動力和扭矩的傳輸依靠的是摩擦片和對偶鋼片之間的摩擦力。在離合器接合過程中，摩擦副傳遞的轉速轉矩的數值會發生變化，在短時間內如果數值變化超出安全范圍，會導致離合器發生故障，影響機器的正常運轉。濕式離合器傳遞轉速轉矩的能力受到摩擦片性能參數、接合油壓、工作環境等多種因素的影響。國內外關于濕式離合器結合過程的研究，大多從摩擦副轉速差、油溫、摩擦片溝槽形式等角度出發的理論研究，試驗研究相對較少。通過搭建濕式離合器試驗臺，在不同的接合油壓下，使用轉矩——轉速傳感器對離合器接合過程中的數據進行采集，得到轉速轉矩的變化情況，揭示接合油壓對轉速轉矩的影響規律，為接合過程的研究提供參考。

1 濕式離合器的工作原理

濕式離合器主要由離合器鼓、外齒鋼片、內齒摩擦片、回位彈簧、活塞等零部件組成。濕式離合器工作時可以分為結合、滑摩、分離3種狀態。壓力油經過控制油道進入油缸，在壓力作用下活塞向右移動，活塞推動外齒鋼片向摩擦片靠緊，兩者的速度經過滑摩過程達到一致，完成離合器的結合；離合器的分離過程是左側油缸的油流回油箱，導致油缸內的壓力下降，回位彈簧推動活塞向左移動，鋼片與摩擦片完成分離。圖1為濕式離合器結構示意圖。

2 濕式離合器接合試驗

2.1 試驗臺結構及組成

試驗目的是為探究濕式離合器接合油壓對轉速轉矩的影響規律，根據試驗目的設計搭建不同接合油壓的濕式離合器試驗臺。試驗臺布置方案，如圖 2所示。

濕式離合器試驗臺主要由動力裝置、慣量、離合器包箱、制動裝置、操縱及潤滑油源以及數據采集裝置等構成。動力裝置選用西門子1PH8系列異步強制電機，電機高速運轉情況下，離合器的接合會對電機造成拖拽，因此試驗臺在電機和離合器之間加入慣量盤。離合器包箱內裝有1片內齒摩擦片和6片外齒鋼片，摩擦副數目為2，活塞移動間隙為2.6 mm。液壓系統是通過油泵將潤滑油從油箱輸送到離合器內，其中一部分油液用來提供離合器內部的潤滑及冷卻，另一部分則為液壓油，傳遞離合器接合的壓力。轉速轉矩傳感器選用JC系列，在離合器包箱的兩端分別有2個傳感器，能夠測量多種工作狀態下的轉矩轉速數值，計算機采集系統能對傳感器采集的信號處理和儲存，并能及時顯示在控制屏幕上。濕式離合器試驗臺見圖3。

圖1 濕式離合器結構示意

圖2 濕式離合器試驗臺示意

圖3 濕式離合器試驗臺

2.2 試驗方案

為得到接合油壓對轉速轉矩的影響規律，試驗設定了0.6 MPa、0.8 MPa和1 MPa不同接合油壓，分別在300 r/min、500 r/min和700 r/min條件下進行離合器接合試驗，對試驗初始數值進行了設定。濕式離合器接合試驗的試驗步驟：

（1）接通設備電源，在計算機上通過控制軟件設定試驗需要的預定轉速，電機完成升速后，打開控制柜電源、主泵電機、操縱電磁閥、潤滑電磁閥、回油泵、冷水機。

（2）參數設定完畢后，通過控制機柜上的接合按鈕來發出接合信號，實現離合器的接合。

（3）當輸出轉速和輸出轉矩達到穩定時，復位離合器接合按鍵，關閉回油泵，油箱開始蓄油。采集系統軟件重啟運行一次，使該次接合數據另存為單一文件。

（4）離合器包箱內的油壓上升到包箱油液刻度線后，按下回油泵開關。當計算機顯示鋼片溫度下降到可運行溫度后，重復上述1至3步驟，進行下一組接合試驗。

3 試驗結果及討論

將試驗所得數據進行整理，見圖4。

圖4 接合油壓0.6 MPa

從圖4，5，6中曲線變化可以看出，速度變化的總體趨勢為上升——波動——穩定3個階段。轉速為300 r/min的工況，隨著接合油壓的升高，速度建立的時間點在縮短，并且速度曲線的斜率變大，達到穩定輸出轉速的時間在變短，接合油壓對于速度峰值沒有明顯影響；轉速為500 r/min的工況，接合油壓為0.6 MPa時，速度建立時間為0.36 s，油壓為0.8 MPa時速度建立時間為0.53 s，1 MPa時速度起點時間為0.31 s。速度斜率隨著接合油壓的升高而變大，但變化不明顯，速度峰值基本沒變，達到穩定輸出轉速的時間在縮短；轉速700 r/min時，隨著接合油壓的升高，速度建立時間點在變短，速度曲線的斜率略微升高，速度峰值基本一致。在接合油壓為0.6 MPa時，轉速越大速度曲線斜率越大。隨著接合油壓的上升速度曲線斜率差距逐漸縮小，接合油壓為1 MPa時，3種轉速的速度斜率基本一致，并且建立速度的起點時間也基本相同。

圖5 接合油壓0.8 MPa

圖6 接合油壓1 MPa

從圖7～圖9可以看出，接合初期，轉矩受轉速的影響較大，并且是轉速越大，轉矩達到的峰值也越大；接合后期，摩擦副間的潤滑油被擠出，轉速越大轉矩下降越明顯，經過一段波動后達到穩定輸出。接合油壓的升高，轉矩穩定達到輸出的時間越短。3種接合油壓對500 r/min和700 r/min的2種轉速的轉矩峰值沒有太大影響，300 r/min的轉矩峰值在接合油壓從0.6 MPa變為0.8 MPa的時候變化明顯，總體而言接合油壓對于轉矩峰值沒有明顯影響。在轉速為300 r/min的工況下，接合油壓的升高，建立轉矩的時間點和輸出轉矩達到穩定的時間明顯縮短；500 r/min的工況下，建立轉矩的時間點過程是“短——長——短”；轉速為700 r/min時，建立轉矩時間點隨著接合油壓的升高而變短，但變化不明顯，達到輸出轉矩的時間變短。綜合來看，轉矩建立的時間與接合油壓呈負相關。

圖7 接合油壓0.6 MPa

圖8 接合油壓0.8 MPa

圖9 接合油壓1 MPa

4 結論

通過搭建濕式離合器接合試驗臺，在不同工況下進行了離合器接合試驗，結合試驗數據，分析接合油壓對轉速的影響以及接合油壓和轉速對轉矩的影響。結論如下：

（1）接合油壓對轉速建立的時間以及轉速的變化快慢有明顯規律，接合油壓越大，轉速建立的時間越短，轉速變化越快。

（2）轉速與轉矩變化過程中的峰值呈正相關。接合油壓越大，轉矩建立的時間點越短，并且達到穩定輸出轉矩的時間越短。