塑料离合器总泵性能要求及系统结构设计论文

塑料离合器总泵性能要求及系统结构设计论文（共2篇）

篇1：塑料离合器总泵性能要求及系统结构设计论文

1、离合器总泵的用途和功能

离合器总泵是将离合器踏板力转换成液压输出到离合器分泵，离合器分泵将液压转换成推力，推动离合器分离轴承从而使离合器实现分离。驾驶员踩下离合器踏板时，推杆推动总泵活塞使离合器总泵输出制动液，制动液通过油管进入分泵，由于离合器总、分泵系统是一个密封的型腔，随着总泵容积的压缩，总泵输出制动液给分泵，迫使分泵活塞推杆推动分离叉，将分离轴承推向前或直接推动分离轴承向前，与此同时随着驾驶员继续加力到踏板，离合器膜片弹簧传递到分泵上的负载力也增加，离合器总泵工作腔的液压也随之上升，最终使离合器分离；当驾驶员松开离合器踏板时，液压解除，分离轴承在离合器膜片弹簧力作用下逐渐退回原位，离合器又处在接合状态。由离合器踏板、离合器总泵，储存制动液的油壶、连接总泵分泵的油管、离合器分泵、离合器等组成的离合系统结构见下图 1。

图 12、离合器总泵的工作原理

离合器总泵是一个单腔的柱塞泵，结构上也有高压腔（工作腔）和常压腔（通油杯），主要由活塞、推杆、缸体、主皮碗和副皮碗等配件组成。驾驶员的踏板力经过推杆做用在活塞上，活塞向前运动，制动液从出油孔排出，通过油管连接供给离合器分泵，离合器分泵是一个密闭腔，随着总泵输出排量的增加以及离合器膜片弹簧的反力从而产生液压。离合器总泵一个工作循环包括活塞的前进和后退两个动作，活塞前进过程关闭补偿孔后开始产生液压，活塞后退过程中输入力撤掉，液压回零。同时随着活塞返回时高压腔容积变化形成负压，利用大气压原理，制动液从油壶补到高压腔。活塞完全回位后，通往分泵管路中的制动液陆续返回，此时补油通道也完全打开，把多余的制动液返回到油杯。到此制动液充满整个高压腔，为下一个工作循环做好了准备。

图 2

离合器总泵和分泵的活塞截面积不同，结构上离合器总泵的活塞直径比离合器分泵的活塞直径小，利用制动液做为介质，实现输出力的放大功能，同时输出行程变小。

3、塑料离合器总泵的特点

塑料离合器总泵由于工程塑料及其注塑等工艺的应用，首先大大降低了离合器总泵的重量，这一点符合汽车轻量化的发展理念。汽车轻量化是发展方向，塑料应用是实现汽车轻量化的重要途径之一。每辆汽车塑料的用量是衡量汽车生产技术水平的标志之一。其次，塑料件采购注塑工艺生产，生产效率高。第三，减少了配件，降低了成本。第四，使用寿命长。塑料结构的离合器总泵可以更方便的实验固定皮圈式结构设计，皮圈内圈与活塞表面滑动密封，皮圈润滑条件好，不容易磨损，产品使用寿命更长。

4、性能参数及系统结构设计

4.1、最高工作压力

塑料离合器总泵的应用之所以越来越广泛，最主要的原因就是离合器总泵的最高工作压力较低，通常不大于2.8MPa。

4.2、补油通道的设计

之所以称为泵，首要任务是完成整个系统制动液的供给，同时又能补充制动液的损失。补油的原理如图 3，活塞的运动使工作腔的容积变化，在主皮碗的帮助下产生负压，同时主皮碗的外侧唇口又设计了均布的导油槽，外侧的的唇口在-10～30Kpa 反向吸力作用下变形，打开补油通道。

图 3

当活塞完全回位后，回油通道打开，多余的制动液返回到油壶。活塞前进，直到关闭回油通道的这段行程叫空行程。通常设计为 1.5±0.5mm。

4.3、主皮圈和副皮圈的设计

由于要实现补油的功能，所以主皮圈除了需要设计足够的过盈量外还需要兼顾反向补油压力，以利于实现补充制动液工作腔。主皮圈内圈的单侧过盈量 0.6mm，或者根据皮圈结构兼顾平滑性推荐 0.25～7mm 的参考范围。内圈大孔与活塞杆的单侧间隙为 1mm。主皮圈外圈的端径与缸体安装孔的直径一致或单侧小 0.15mm，外圈单侧过盈量 0.5mm。主皮圈与活塞的配合如图 3.4。

图 4

完美的副皮圈特性与主皮圈不同，要求能保持住 200KPa的反向压力，以保证在真空加注制动液的过程能顺便完成，同时能防止工作过程中空气的进入而导致的渗油。外圈的端径同安装孔尺寸一致，或单侧比孔大 0.2Max，内圈的底孔直径比活塞杆大 1mm（可以根据借用件的大孔尺寸设计外圈端径处的过盈量），内圈与活塞的单侧过盈量 0.5～0.7mm，外圈的单侧过盈量 0.5～0.7mm。设计时根据缸孔与活塞的配合间隙，皮圈结构等调整。副皮圈与活塞的配合如图 4。最终满足了以上条件，还要校核皮圈内唇口与活塞接触点到皮圈沟槽底部的悬臂尺寸，些尺寸对皮圈抵抗反向压力力的能力影响较大。主皮圈和副皮圈内主皮圈内唇口与活塞的接触面宽度 0.8～1.5mm 比较理想。主要为了保证活塞运动平滑性和皮圈耐磨性。

4.4、超声波焊接机的选用和焊线的设计

塑料离合器总泵通常采用超声波焊接结构，工作时焊接面承受 2KN 的力，同时要保证焊接面不漏油。焊接机可以选用 3.2KW 20KHz，行程 150mm 以上就能满足常规产品的生产需要。实际应用中剪切面宽度为 0.6mm，深度为 1.5mm，拉力测试可以达到 4KN 以上。理想的焊线设计如图 5。

图 55、塑料离合器总泵的性能要求和检测

5.1、常温低压状态密封性实验

试验装置如图 6，总泵加制动液，排尽空气，推动活塞在液压腔建立 0.8MPa±0.2MPa 液压，推杆 5 锁死，保持 30S±5S，读取压表 1 的液压值。液压降不超过 0.07MPa。

图 6

5.2、常温高压状态密封性实验

试验装置如图 5.2.1，总泵加制动液，排尽空气，推动活塞在液压腔建立 7MPa±0.3MPa 液压，推杆 5 锁死，保持 30S±5S，读取压表 1 的液压值。液压降不超过 0.3MPa。

5.3、工作耐久性

1）工作耐久性试验包括常温耐久性试验、高温耐久性试验和低温耐久性试验。试验依次按常温—高温—低温顺序循环。试验共 3 个循环。

2）调整测试装置，满足活塞动作程行程大于总泵行程的80%，工作腔内建立起 2.8MPa±0.3MPa 液压。保压时间不少于 0.60S。

3）试验其它要求及条件见下表。

表 1 工作耐久性实验要求和条件

参考文献

[1] 制动技术手册/（德）布罗伊尔（Breuer,B.），（德）比尔（Bill,K.）着；刘希恭等译．—北京：机械工业出版社，2011.6.[2]《汽车制动系的结构分析与设计计算》 刘惟信 清华大学出版社;第 1 版 2006.7.1.[3]汽车维修实训教程整车实训 谭本忠主编 电子工业出版社 2015-10-1.[4]汽车底盘设计 王霄锋 清华大学出版社 2010-10-1.

篇2：塑料离合器总泵性能要求及系统结构设计论文

本文设计了汽车离合器综合性能试验台的控制与检测系统。采用直流电机作为驱动机构, 以工控机 (IPC) 为上位机, PLC为下位机, Lab VIEW为软件开发平台, 并结合PWM调速技术和神经网络PID控制算法实现了控制与检测。可对微型车、轿车、轻型车等多种车型的离合器进行综合性能检测, 能够完成离合器热负荷测定、静摩擦力矩测定、滑动摩擦力矩测定、衬片摩擦磨损性能测定等试验项目。

1 试验台的主机结构与工作原理

试验台由主机、控制系统、检测系统这三大部件组成。主机是对离合器综合性能进行检测的基础, 控制和检测系统分别完成试验动作的控制与性能检测。试验台主机结构简图如图1所示, 其中直流电机1和减速器2作为驱动装置, 被测离合器7的压盘总成 (主动部分) 与其紧密相连一起旋转;利用步进电机控制离合器操纵机构8实现离合器的接合与分离, 通过改变步进电机的方向与脉冲信号来调节离合器的接合、分离速度及位移;惯量盘11用于模拟汽车的惯性, 磁粉制动器13用于模拟道路的阻力矩且在停机时提供制动力矩, 可通过改变惯量盘11和道路阻力矩的大小来模拟不同离合器的使用工况;通过更换花键轴组件可对不同规格的离合器进行综合性能检测。整个机械系统的动作通过计算机控制, 可按规定的试验条件自动完成规定的动作程序, 并由计算机完成试验过程中有关数据的采集、处理、分析、显示及存储。

2 试验台测控系统设计

2.1 试验台检测与控制系统硬件系统设计

目前用于汽车零部件试验设备的控制器主要有3种: (1) 单片机; (2) 可编程控制器; (3) 工控机。单片机价格较低, 适用于小型工业控制系统, 但开发周期长, 尤其是它的可靠性得不到保证。可编程控制器价格较高, 可靠性好、抗干扰能力强, 适用于开关量的控制, 不需配接功率放大接口, 但采集模拟量及数据处理功能差。工控机近年来价格大幅下降, 性能不断提高, 其系统软硬件资源丰富, 开发周期短, 可存储大量数据, 适用于复杂应用和需要大量数据处理的场合[3]。本试验台测控系统I/O点数众多, 控制过程较复杂, 控制现场数据量大, 仅仅采用工控机和数据采集卡难以完成较复杂的动作控制;而PLC恰恰可以克服数据采集卡在过程控制中的不足, 并具有较高的性价比。控制与检测系统的原理图如图2所示。

为了保证系统的可靠运行, 选用研华工控机作为系统的上位机。由于上位机要完成数据的分析处理, 同时完成与实时控制部分的高速数据交换, 选用性能较好的Pentium M1.8GHz CPU作为处理器。系统拥有一条全长PCI插槽可以用于数据采集卡的安装。系统运行Microsoft Windows XP操作系统, 为Lab VIEW软件程序运行提供了可靠的平台, 大大降低了系统的开发难度, 提高了系统的开发效率。PLC的主要功能是对试验台进行控制。试验台选用了应变式测力传感器、旋转式转矩转速传感器、热电偶温度传感器分别对压紧力、力矩、从动轴转速、温度进行测量, 并通过NI公司的PCI-6024E数据采集卡对传感器信号进行调理和实时采集。试验台采用了湘仪动力公司的J85-5型集流环来传递旋转部件的温度和压紧力信号, 集流环内附有测速机构, 用来测量主动轴转速。因卡尔曼滤波理论是对随机信号进行估计的广泛应用的算法之一, 算法设计简单, 较好地抑制白噪声干扰和确定性干扰[4], 系统采用了卡尔曼滤波方法消除了工作现场的干扰。

试验台的驱动机构采用PWM直流调速系统, 其中PWM脉冲信号由西门子S7-200型PLC的脉冲输出端口产生, IGBT驱动器采用瑞士CONCEPT公司的2SD315AI驱动器, 该驱动器具有驱动功率大、安全、可靠的特点。为了提高直流电机的响应速度, 有效抑制系统的扰动, 采用了神经网络与PID控制算法相结合的神经网络PID控制算法, 经试验其效果比经典PID控制更好, 降低了超调量, 有较强的鲁棒性和自适应性, 提高了检测精度与检测效率。

2.2 试验台测控系统软件系统设计

Lab VIEW是NI公司提供的实时数据采集控制软硬件解决方案, 该系统具有定时周期准确、实时控制循环工作频率高、系统开发简单高效等特点, 非常适合实时测控系统的快速开发[5]。试验台采用Lab VIEW软件作为开发平台, 利用Lab VIEW强大的数据运算能力和数据分析能力对采集的数据进行相应的处理, 同时将数据存入数据库。通过Lab VIEW与PLC之间的串口通信, 实现对系统的实时检测及控制, 经试验验证, 该测控系统达到了设计要求。

2.2.1 IPC与PLC的通信

IPC与PLC之间串行通信采用的是德国西门子PLC与PC机通信的自由通信协议。在该模式下, 通信口对用户完全开放, 可由用户根据需要自行定义通信协议, 为用户编程提供很大的灵活性。该协议采用主从结构的通信协议, 协议规定总线上有一个主机, 多个从机, 每个从机分配唯一的地址。工作时采用命令/应答的通信方式, 每一种命令帧对应着一种应答帧。主机向要访问的从机发出命令帧, 地址匹配的从机进行响应, 向主机发出与命令帧对应的应答帧。

在Lab VIEW编程语言中串口通信采用VISA标准编程。VISA是虚拟仪器体系结构Virtual Instrument Software Architecture的简称, 是仪器驱动发展的一个工业标准。本系统利用Lab VIEW提供的一组标准串口通信函数进行串口通信编程, 通过这几个函数的配置和连接, 就能开发出符合要求的Lab VIEW串口通信程序[6,7]。Lab VIEW进行串口通信基本步骤为: (1) 初始化端口, 利用串口初始化函数设定串口通信的端口号、波特率、停止位、校验、数据位等, 本系统通信波特率为19.2kbit/s, 串行数据格式为1位起始位, 8位数据位, 1位停止位, 采用偶校验方式; (2) 读写端口, 利用串口读写函数, 从串口中读入和输出数据; (3) 关闭端口。

2.2.2 软件流程及人机界面

系统以IPC作为上位机, 在系统中主要作用是信息处理和实现具体控制算法, PLC作为下位机, 主要作用是根据上位机指令向执行机构发出具体的控制信号。图3是滑动摩擦力矩测定软件流程图。

先由上位机设定试验转速和试验温度, 然后调用试验转速调整程序, 在试验转速调整至设定值后, 上位机向PLC发出指令, PLC控制各执行机构进行相应试验。试验中从动部分固定, 主从部分反复接合, 直至摩擦片表面温度达到试验设定温度为止, 保存、打印试验数据后结束试验。

人机界面 (HMI) 的主要功能在于提供用户与机器设备间适当的沟通渠道, 以简化机械的操作, 达到机械正常使用的目的。汽车离合器综合性能试验台人机交互界面如图4所示, 在该界面中, 利用Lab VIEW软件的面板, 用户可以很直观地观察测试曲线和各测量参数的实时值, 而且可以很方便地对系统进行控制。

3 试验结果

按照试验要求对设计的试验台控制与检测系统进行了检验和使用, 具体试验结果如表1所示, 其技术指标达到最大扭矩4000N·m;温度范围为室温~500℃;试验最大转速1500r/min;最大道路阻力矩1000N·m;扭矩、温度示值相对误差±0.5% (F.S) ;可测离合器规格!160~330mm。某汽车离合器生产厂使用了该试验台, 已经使用半年, 工作可靠, 完全满足批量生产的检测要求。

4 结论

通过深入研究国外同类产品, 设计开发了汽车离合器综合性能试验台控制与检测系统。应用工控机作为上位机, PLC作为下位机, 并结合Lab VIEW软件和神经网络PID控制算法实现了高精度检测和控制。经验证, 控制与检测系统达到了预期的效果, 与国内传统的汽车离合器综合性能检测相比, 其检测精度、检测准确率得到了很大的提高, 且检测效率提高了近10倍, 具有高精度、高效率、多参数自动测试的优点, 性能达到了国外同类产品的水平。

参考文献

[1]徐石安.汽车离合器[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]汽车干摩擦式离合器总成技术条件, QC/T25-2004[M].北京:中国计划出版社, 2004.

[3]尹晓春, 杨润泽, 马玉峰, 程金生.基于工控机的螺接件分解控制系统[J].仪器仪表学报, 2005, 26 (8) :862-864.

[4]YEH H G.Real-Time Implementation of a Narrow-Band Kalman Filter with a Floating-Point Proeessor DSP32[J].Electron, IEEE Trans.1990, 37 (1) :13-18.

[5]刘俊, 陈无畏.车辆电动转向系统的卡尔曼滤波模糊PID控制[J].农业机械学报, 2007, 38 (9) :1-5.

[6]杨世凤, 陈凯, 杨烨, 等.基于虚拟仪器技术的管贯线加工数控系统设计[J].农业机械学报, 2007, 38 (11) :157-160.