某輕型貨車(chē)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(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

引言

汽車(chē)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(chē)能夠平順起步，是汽車(chē)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(chē)而言更加重要。本文針對(duì)在實(shí)際中遇到的某輕型貨車(chē)離合器踏板結(jié)合高度異常問(wèn)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(jiǎn)述

某輕型貨車(chē)在調(diào)試和使用過(guò)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(chē)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(chē)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(guò)高，檢查離合器總成和操縱裝置各零部件質(zhì)量合格無(wú)問(wèn)題。且離合器踏板有時(shí)高有時(shí)低的現(xiàn)象說(shuō)明離合器操縱機(jī)構(gòu)中存在異常因素。該輕型貨車(chē)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(jiǎn)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(kāi)離合器助力器的進(jìn)氣閥門(mén)，來(lái)自車(chē)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(chē)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(mén)，打開(kāi)通大氣閥門(mén)，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(jiàn)，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(jiǎn)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(guò)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(guò)程。回流過(guò)程中管路內(nèi)液壓油受到來(lái)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(chē)輛實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)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(pán)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(kāi)始回位瞬間存在離合器踏板回位過(guò)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(guò)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(chē)輛空載，在車(chē)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(kāi)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^(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(méi)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(guò)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(wèn)題，較為簡(jiǎn)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(zhǎng)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(chē)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(chē)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(chē)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(jiàn)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(chē)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(méi)有再出現(xiàn)離合踏板時(shí)高有時(shí)低的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(chē)型的離合器管路工作壓力與現(xiàn)有車(chē)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(chē)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)。