Привод управления сцеплением
Привод сцепления служит для управления сцеплением, т. е. для его включения, выключения и удержания в выключенном состоянии.
Привод сцепления может быть механический, гидравлический, пневматический, электромагнитный, автоматический и неавтоматический.
Привод сцепления должен обеспечивать удобство управления, легкость управления, удобство компоновки, доступность, простоту и легкость регулировки, а также иметь высокий КПД.
Удобство управления сцеплением достигается ограничением полного хода педали сцепления, наибольшее значение которого не должно превышать 150...180 мм. Такой ход педали обеспечивается путем применения ограничителя, предотвращающего сильное нагружение рычагов выключения сцепления при большом усилии на педали.
Легкость управления сцеплением обеспечивается ограничением усилия, прилагаемого к педали управления при выключении сцепления. Усилие на педали должно быть не более 200 Н. Для уменьшения усилия применяются усилители привода сцепления.
Высокий КПД и удобство компоновки достигаются путем применения привода управления соответствующей конструкции.
Доступность, простота и легкость регулировки привода обеспечивается его компоновкой и конструкцией. Регулировкой привода достигается чистое выключение и полное включение сцепления, а также сохраняется постоянное усилие нажимных пружин по мере изнашивания фрикционных накладок ведомого диска сцепления в процессе эксплуатации.
На автомобилях наибольшее применение получили механические и гидравлические приводы сцеплений. Для облегчения управления сцеплением в приводах часто используют механические усилители в виде сервопружин, а также пневматические и вакуумные усилители. Например, сервопружины уменьшают усилие выключения сцепления на 20...40%.
Механический привод сцепления. Механический привод представляет собой систему тяг и рычагов, передающих усилие от водителя к рычагам выключения сцепления. В привод (рис. 5, а) входят педаль 6, тяга 5, вилка выключения 4 и муфта выключения сцепления с выжимным подшипником 3. При выключении сцепления при нажатии на педаль 6 усилие передается на вилку 4 и от нее на муфту с подшипником 3. Муфта перемещается и подшипник нажимает на внутренние концы рычагов выключения 2, которые отводят своими наружными концами нажимной диск 1 от ведомого диска. При этом сцепление выключается и не передает крутящий момент.
Механический привод по сравнению с гидравлическим проще по конструкции и надежнее в работе. Однако механический привод имеет меньший КПД, обеспечивает худшую изоляцию кабины или салона кузова в месте установки педали сцепления. При механическом приводе сложнее осуществлять передачу усилия от педали управления к сцеплению, так как двигатель устанавливается на упругих опорах и может иметь перекосы относительно несущей системы автомобиля (рамы, кузова) при движении, оказывающие влияние на нормальную работу сцепления.
Рисунок 5 ‑ Приводы сцеплений: а ‑ механический; б ‑ гидравлический; 1 ‑ нажимной диск; 2 ‑ рычаг; 3 ‑ подшипник; 4 ‑ вилка; 5 ‑ тяга; 6 ‑ педаль; 7, 9 ‑ цилиндры; 8 ‑ трубопровод
Гидравлический привод сцепления. Гидравлический привод передает усилие от педали управления к рычагам выключения сцепления при помощи гидростатического напора жидкости. При выключении сцепления (рис. 5, б) усилие от педали 6 через толкатель передается на поршень главного цилиндра 9, жидкость из которого через трубопровод 8 поступает в рабочий цилиндр 7. Поршень рабочего цилиндра через шток поворачивает на шаровой опоре вилку 4 выключения сцепления, которая перемещает муфту выключения с выжимным подшипником 3. Подшипник давит на внутренние концы рычагов выключения 2, которые отводят нажимной диск 1 от ведомого диска сцепления. Сцепление выключается и крутящий момент через него не передается.
Гидравлический привод имеет больший КПД, чем механический, обеспечивает удобство управления и более плавное включение сцепления, а также уменьшает усилие выключения сцепления. Привод позволяет ограничивать скорость перемещения нажимного диска при резком включении сцепления, что дает возможность уменьшить динамическое нагружение механизмов трансмиссии. Он обладает большой жесткостью, что обеспечивает уменьшение свободного хода педали управления, более удобен при компоновке, для дистанционного управления при значительном удалении сцепления от места водителя и для автомобилей с опрокидывающейся кабиной.
При гидравлическом приводе устраняется влияние перекосов двигателя относительно рамы (кузова) на работу сцепления, уменьшается трение в приводе, улучшается герметичность кабины и салона кузова. Однако гидравлический привод сложнее по конструкции и в обслуживании, менее надежен в работе, более дорогостоящий и требует больших затрат при обслуживании в эксплуатации.
Элементы приводов сцеплений. Рассмотрим основные элементы приводов сцеплений.
Педаль сцепления. Она может быть верхней и нижней. Верхняя педаль имеет нижнюю опору (рис. 5, а) и обычно применяется для механического привода сцепления. Нижняя педаль имеет верхнюю опору (рис. 5, б) и применяется для гидравлического привода сцепления. Иногда нижнюю педаль используют и в механическом приводе сцепления.
Педаль сцепления изготавливают литьем из ковкого чугуна КЧ 35 или штампуют из сталей марок 30 и 35.
Вилка выключения сцепления. Она может быть изготовлена как одно целое с рычагом привода и опираться на шаровую опору. В этом случае вилку штампуют из листовой стали 20. Вилка может быть выполнена отдельно или вместе с валом, установленным во втулках картера сцепления. При таких конструкциях вилку выключения штампуют из сталей марок 30 и 35.
Выжимной подшипник муфты выключения сцепления. Подшипник выполняется закрытым и герметичным. Смазочный материал в него закладывают при сборке, и в процессе эксплуатации смазывания подшипника не требуется. При управлении сцеплением подшипник может воздействовать непосредственно на внутренние концы рычагов выключения или через опорное кольцо, прикрепленное к концам рычагов выключения. В сцеплениях с диафрагменной пружиной подшипник при управлении сцеплением упирается в концы лепестков пружины через фрикционное кольцо, связанное с кожухом сцепления упругими пластинами, которые позволяют кольцу перемещаться в осевом направлении при включении и выключении сцепления.
Усилители привода сцепления. Усилители применяются для облегчения работы водителя по управлению сцеплением. В приводах сцеплений наибольшее распространение получили пружинные и пневматические усилители.
На рис. 6 показан пружинный усилитель, установленный в гидравлическом приводе сцепления. Усилитель представляет собой сервопружину 2 которая передним концом соединена с педалью 4 сцепления, а задним прикреплена к кронштейну 1 педали.
Рисунок 6 ‑ Пружинный усилитель (а) и изменение усилия (б) на педали сцепления: 1 ‑ кронштейн; 2 ‑ сервопружина; 3 ‑ оттяжная пружина; 4 ‑ педаль
При включенном сцеплении, когда усилие на педали отсутствует, ось сервопружины 2 располагается ниже оси поворота педали. В этом случае усилие сервопружины суммируется с усилием оттяжной пружины 3, удерживающей педаль сцепления в исходном положении.
При выключении сцепления при перемещении педали передний конец сервопружины 2 поднимается и ее ось располагается выше оси поворота педали. Вследствие этого на педали создается момент, уменьшающий усилие, необходимое для удержания сцепления в выключенном состоянии.
График, представленный на рис. 6, б, иллюстрирует изменение усилия Рпед на педали во время выключения сцепления при наличии пружинного усилителя в приводе и без него. На графике точка а соответствует усилию на педали при выключенном сцеплении без усилителя привода, точка ах — при наличии в приводе усилителя. Из графика видно, что для удержания педали в выключенном положении при усилителе требуется значительно меньшее усилие (примерно на 40 %), чем без усилителя.
Пневматический усилитель привода сцепления обычно применяется на автомобилях большой грузоподъемности.
На рис. 7 представлен график изменения усилия R на штоке вилки выключения сцепления в зависимости от усилия Рпед на педали управления в гидравлическом приводе сцепления при действии пневматического усилителя и без него.
При включенном сцеплении, когда нет усилия на педали управления, усилие на вилке выключения сцепления также отсутствует.
При выключенном сцеплении при не работающем пневмоусилителе усилие на штоке вилки выключения R1 зависит только от давления в гидроприводе. При выключенном сцеплении при работающем пневмоусилителе, который вступает в работу при усилии R1 на педали, усилие R2 на штоке вилки выключения существенно возрастает. При этом полное усилие R на штоке вилки выключения равно сумме усилий, создаваемых на штоке гидроприводом и пневмоусилителем:
R = Rl + R2.
Полное усилие R будет увеличиваться пока давление сжатого воздуха не достигнет максимального значения. Дальнейшее повышение усилия на штоке вилки выключения может быть достигнуто только при увеличении усилия на педали сцепления.
Автоматический привод сцепления. В условиях города с интенсивным движением транспорта водителю автомобиля приходится выключать сцепление до 600 раз на 100 км пути, что очень усложняет его работу по управлению автомобилем.
Сцепление с автоматическим управлением полностью освобождает водителя от физических усилий. При таком сцеплении отсутствует педаль в приводе, и автомобили называются автомобилями с двухпедальным управлением (тормозная педаль и педаль подачи топлива).
Определенный интерес представляют конструкции сцепления и привода, в которых сцепление фрикционное, а автоматическое управление сцеплением осуществляется специальным оборудованием.
На рис. 8 представлена схема электровакуумного автоматического привода сцепления. Специальное оборудование сцепления включает в себя вакуумный цилиндр 2 с поршнем 3 и штоком 1, клапанное устройство 8 с вакуумным клапаном 7, электромагнитом 5, якорем 4 и седлами 6 и 9. В оборудование также входит блок управления 10, регулирующий силу тока генератора 11, поступающего в обмотку электромагнита 5 в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя.
Дополнительное оборудование обеспечивает автоматическое управление фрикционным сцеплением 15. При включенном сцеплении ток не поступает в обмотки электромагнита 5 и якорь 4 пружиной штока 7 сдвинут в положение, при котором седло 9 закрывает центральное отверстие клапана 7, связывающего цилиндр 2 с впускным трубопроводом двигателя через вывод ІІІ. В этом случае полости А и Б вакуумного цилиндра сообщаются с окружающим воздухом через выводы І и ІІ и в полостях сохраняется одинаковое давление воздуха.
Рисунок 8 ‑ Электровакуумный автоматический привод сцепления: 1 ‑ шток; 2 ‑ цилиндр; 3 ‑ поршень; 4 ‑ якорь; 5 ‑ электромагнит; 6, 9 ‑ седла; 7 ‑ клапан; 8 ‑ клапанное устройство; 10 ‑ блок управления; 11 ‑ генератор; 12 ‑ пружина; 13 ‑ рычаг; 14 ‑ гидропривод; 15 ‑ сцепление; I – ІІІ ‑ выводы; А, Б ‑ полости
При воздействии на рычаг управления коробкой передач электрическая цепь электровакуумного привода замыкается, ток поступает в обмотки электромагнита 5, внутрь него втягивается якорь 4 с седлом 9, открывается центральное отверстие клапана 7 и полость Б цилиндра 2 сообщается с впускным трубопроводом двигателя через вывод ІІІ. Одновременно клапан 7 садится на седло 6, перекрывает вывод ІІ и прерывает связь полости Б вакуумного цилиндра с окружающим воздухом. Под действием разности давления воздуха в полостях А и Б цилиндра 2 поршень 3 перемещается и через рычаг 13 и гидравлический привод 14 выключает сцепление 15, позволяя включить необходимую передачу в коробке передач. При максимальной силе тока в обмотках электромагнита 5 сцепление выключено полностью, а при уменьшении силы тока ‑ оно постепенно включается. Сила тока зависит от угловой скорости коленчатого вала двигателя. При увеличении угловой скорости разрежение уменьшается. При этом блок управления 10 уменьшает силу тока в обмотках электромагнита. Регулирование разрежения и силы тока обеспечивает плавное увеличение момента сцепления и плавное трогание автомобиля с места, а также позволяет поддерживать необходимый режим, при котором сцепление включено неполностью (пробуксовывает).
Степень пробуксовывания сцепления зависит от положения штока 1, внутри которого находится пружина 12 обратной связи. Так, при заданной угловой скорости коленчатого вала двигателя наступает равновесие между электромагнитной силой, действующей на якорь 4, и силой пружины 12. В этом случае клапан 7 садится на седло 9 якоря 4 и седло 6, прерывая связь полости Б цилиндра 2 с впускным трубопроводом двигателя (вывод ІІІ) и с окружающим воздухом (вывод ІІ).
Автоматический электровакуумный привод сцепления уменьшает время разгона автомобиля и может быть установлен на автомобиле без нарушения его компоновки. Педальный привод сцепления можно использовать, например, при пуске двигателя буксированием автомобиля. При применении педального привода автоматический электровакуумный привод сцепления выключается.