3 Лабораторная работа №2 «исследование рабочих процессов гидропривода сцепления с пневматическим усилителем»

Цель работы: научиться определять статистические характеристики следящего механизма и привода.

Общие положения

На современных грузовых автомобилях и автобусах с двигателями большой мощности широко применяется привод сцепления с пневмати­ческим усилителем — сервопривод. Такой привод уменьшает утомляе­мость водителя и, следовательно, повышает безопасность движения.

Гидравлический привод имеет высокий КПД и более простую конструкцию в сравнении с механическим при опрокидывающейся кабине и большом удалении места водителя от сцепления. Как правило, грузовые автомобили и автобусы снабжаются компрессорами для питания тормозной системы, поэтому на них целесообразно применять пневматические усилители.

Усилители должны обладать следящим действием, иметь линейную статическую характеристику, стабильную в различных условиях эксплуа­тации, с малой петлёй гистерезиса, быть надёжным в эксплуатации. При­вод должен сохранять работоспособность при неработающем усилителе.

Гидравлический привод с пневматическим усилителем состоит из следующих основных элементов (рис. 3.1): главного цилиндра 2 с педалью 3, рабочего гидравлического цилиндра 18, пневматического цилиндра 23 усилителя, следящего механизма 7, гидравлических и пневматических трубопроводов.

Рис. 3.1. Схема привода сцепления с пневматическим усилителем

Рабочие процессы усилителя

Сцепление включено.

На педали усилия водителя нет (Р_п = 0), в гидроприводе давление отсутствует. В следящем механизме диафрагма 11, подвижное седло 12 и поршень 13 отжаты пружиной 10 в крайнее правое положение. Выпускной клапан 9 открыт, а соединённый с ним стержнем впускной клапан 6 закрыт пружиной 8. Полости А и Б соединены с атмосферой через подвижное седло и полость В. В цилиндре усилителя поршень 22 и соединённый с ним штоком 20 поршень 19 гидроцилиндра отведены пружиной 21 в крайнее левое положение. Усилия на штоке 17 нет. Муфта 15 отведена от нажимных рычагов 14 возвратной пружиной.

Выключение сцепления.

На педаль действует усилие Р_п, которое создаёт в гидросистеме привода давление жидкости:

, (3.1)

где i_п — передаточное число педали;

F₁ — площадь поршня главного цилиндра.

Давление жидкости на поршень 19 вызывает на штоке 17 силу:

, (3.2)

где F₂ — площадь поршня 19.

Одновременно жидкость давит на поршень 13, смещая его и диафрагму с подвижным седлом влево. Закрывается выпускной клапан 9, отсоединяя полости А и Б от атмосферы. Открывается впускной клапан, и в полости А и Б поступает сжатый воздух из ресивера 4. Давление воздуха P_В на поршень 22 создает на штоке 20 усилие Q_У, которое передается на поршень 19 и далее на шток 17.

, (3.3)

где F₃ — площадь поршня 22;

Q_п — сила возвратной пружины 21.

При исправном усилителе на штоке 17 действует суммарная сила:

. (3.4)

Если усилитель неисправен, то на шток действует только сила Q_р, и водителю для выключения сцепления необходимо прикладывать к педали большее усилие.

Для обеспечения требуемого режима выключения сцепления сила на штоке усилителя должна быть пропорциональна усилию водителя на педали. Это обеспечивается следящим механизмом.

Рабочие процессы следящего механизма

Следящий механизм в приводе сцепления является регулятором давления воздуха прямого действия диафрагменного типа. Его назначе­ние: регулировать давление воздуха в цилиндре 23 и, следовательно, силу Q_y усилителя, в зависимости от усилия водителя на педали. Следящий механизм должен иметь линейную характеристику.

При выключении сцепления на диафрагму 11 следящего механизма действуют силы: справа сила N_r давление жидкости на поршень 13, слева сила N_п пружины 10 и сила N_в давления воздуха, сила трения между поршнем и цилиндром не учитывается.

Поршень начнет движение влево, когда сила N_r сравняется с силой N_п пружины (впускной клапан закрыт и P_в = 0):

N_г = P_г  F₄ = N_п, (3.5)

где F₄ — площадь поршня 13.

Давление P_r и, следовательно, сила N_r характеризуют начальную нечувствительность следящего механизма.

При изменении давления жидкости от Р^’_г до Р_г, которое соответствует усилию водителя Р_п, поршень 13 двигается влево, открывая впускной клапан 6. В полостях А и Б растет давление от Р_в = 0 до Р_в. Сила давления воздуха прогибает диафрагму вправо, вместе с ней сдвигается впускной клапан под действием пружины 8. Когда диафрагма прогнется настолько, что клапан закроется, силы, действующие на диафрагму слева и справа, будут равны.

Уравнение равновесия диаграммы в данном случае имеет следующий вид:

Р_г F₄ = N_г + P_l F₅, (3.6)

где F₅ — активная площадь диафрагмы 11.

При равновесном положении диафрагмы оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Найдем значение Р_в, используя выражение для силы, действующей на шток 17, и выражение для суммарной силы при исправном усилителе:

. (3.7)

Используя полученное выражение, можно построить статическую характеристику следящего механизма, приведенную на рис. 3.2. Пру­жина 10, неуравновешенная площадь клапана 6 и трение в механизме обуславливают начальную нечувствительность следящего механизма (участок 0 — Р_г) и петлю гистерезиса. В полученном выражении для Р_l неуравновешенная площадь клапана и трение не учтены.

Рис. 3.2. Статическая характеристика следящего механизма

Полученное выражение показывает, что давление воздуха в цилиндре усилителя пропорционально усилию водителя на педали. Зависимость имеет линейный характер.

С учетом полученного выражения для Р_в выражение для суммарной силы будет иметь следующий вид:

. (3.8)

Данная зависимость позволяет построить статическую характеристику привода с усилителем, приведенную на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Статическая характеристика привода с усилителем

Линия 1 характеризует работу привода без усилителя (участок ОА обусловлен начальной нечувствительностью следящего механизма), линия 2 — при действии усилителя в следящем режиме, линия 3 — при максимальном усилии на штоке 20 усилителя (Р_в = Р_в).

Анализ полученной зависимости для суммарной силы показывает:

— усилитель вступает в работу, когда выражение в скобках становится больше нуля; выражение (N_г  F₃/F₅ + Q_г) характеризует начальную нечувствительность усилителя;

— максимальное усилие, создаваемое усилителем, зависит от давления в ресивере (от давления после редукционного клапана).

Представленные зависимости могут быть использованы при курсовом проектировании для расчета усилителя привода сцепления.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка, представленная на рис. 3.4, состоит из сле­дующих элементов: усилителя 2, соединенного с одной стороны с главным цилиндром 6, а с другой — с ресивером 4. Нагрузка на педаль 5 создается винтовым устройством 7. Давление в гидросистеме привода, создаваемое в главном цилиндре 6, измеряется манометром 8. Давление воздуха, поступающего в усилитель 2 из ресивера 4 через редукционный клапан, измеряется манометром 3. Давление воздуха в цилиндре усилителя (после следящего механизма) измеряется манометром 9. Усилие на штоке усилителя измеряется индикатором 10 динамометрической скобы 1.

Рис. 3.4. Схема лабораторной установки

Порядок выполнения работы

Используя плакаты, схемы и саму лабораторную установку изучить рабочие процессы гидроприводы сцепления с пневматическим усилителем.

Рассчитать статические характеристики следящего механизма и привода. Снять экспериментальные характеристики следящего механизма и привода.

Провести анализ расчетных и экспериментальных характеристик.

Содержание отчета

В отчете необходимо отразить схему привода сцепления с пневматическим усилителем, построить расчетные и экспериментальные характеристики следящего механизма и привода. Провести их анализ и сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Требования к усилителям привода.

2. Работа усилителя при включенном и выключенном сцеплении.

3. Рабочие процессы следящего механизма.

4. Статические характеристики привода сцепления с усилителем.

5. Как работает лабораторная установка?