【QC085】重型车AMT液压驱动系统设计【2A0】
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【QC085】重型车AMT液压驱动系统设计【2A0】,qc085,重型车,amt,液压,驱动,系统,设计,a0
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黑龙江工程学院本科生毕 业设计 I 摘 要 重型载货车上具有广阔的应用空间。目前，中国重型车辆装用的都是手动机械式变速器，并且形成了相当规模的生产能力。与 适合中国汽车工业的现实，国内重型车采用 动变速技术既可以保留原有的手动变速器生产线，又可大大节省用于重建专业生产线及设备的投资，具有重要的现实意义。 在电控机械式自动变速器设计开发中，离合器和选换档执行机构的设计及优化是性能直接影响 文以法士特12，进行 本文的主要工作内容如下 : 重型车 关键技术问题及操纵系统结构进行了阐述。 针对法士特 122 挡 带同步器的手动变速器，在原有离合器和变速器操纵机构的基础上设计了新型的液压驱动自动操纵机构。 型及系统仿真、分析。对液压回路重要元件进行了选型并对动态响应速度进行了动态分析。 关键词： 压驱动； 换挡执行机 构；离合器执行机构；节气门执行器 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 MT is an it in on a is in T. MT of of so it of is of MT on MT In on a of MT is is In as of is of 2. of MT 22 a on of a of 3. MT of of of of of ； 龙江工程学院本科生毕 业设计 目 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 展及研究现状 . 1 术国外研究 . 1 动变速系统的关键技术 . 3 统执行机构 . 5 系统机构 . 5 液压驱动操纵机构 . 5 要研究内容 . 6 究意义 . 6 究的主要工作 . 7 第 2 章 液压驱动系统设计 . 8 订液压驱动系统图 . 8 订液压回路方案 . 8 压系统的组合设计 . 8 压元件的选取 . 9 压泵选型 . 9 机选型 . 10 助元件的选择 . 10 压回路动态分析 . 11 压油粘度 . 11 压系统的影响 . 12 章小结 . 12 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 第 3 章 离合器执行机构设计 . 13 合器执行机构设计 . 13 压缸的设计 . 13 压缸杆的设计 . 14 塞杆的强度计算 . 15 壁的计算与选取 . 15 机选型 . 15 构工作原理 . 16 合器执行机构仿真分析 . 16 章小结 . 17 第 4 章 换挡执行机构设计 . 18 挡执行机构设计要求 . 18 压缸设计 . 19 压缸活塞杆的设计 . 20 壁厚度设计 . 20 塞杆强度校核 . 21 例说明 . 21 构工作原理 . 22 章小结 . 23 第 5 章 节气门执行器设计 . 24 述 . 24 展的制约因素 . 24 液式节气门执行器的组成结构 . 27 压缸设计 . 27 压缸杆的设计 . 28 塞杆的强度计算 . 28 壁的计算与选取 . 29 章小结 . 29 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 结论 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 32 附录 . 33 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 1 第 1 章 绪 论 展及研究现状 术国外研究 电控机械式自动变速器 (在原来干式离合器和定轴齿轮式有级机械变速器所组成的手动变速系统基础上采用电子控制和液压 (电动、气动 )操纵装置组成的系统。与液力机械自动变速器 比， 动效率髙，燃油经济性好；结构简单，成本相对低廉，适合各种车型。综合比较，可以看到： 表了重型车自动变速技术新的发展方向，国外各大重型车厂商均 把 术列为研究的重点。 微机控制技术的飞速发展，成为传统的手动变速器获得新生的重要基础。纵观 分为三个阶段：半自动阶段、全自动阶段及智能阶段。西欧、美国在这一领域占有主导地位。 这一阶段主要是半自动变速器的发展和成熟阶段。标志性的是瑞典 司的及美国 第二阶段是全自动阶段。主要有五十铃公司于 1984年首先投放市场 时期出 现的还有日本 国的 大利的 国的 。 第三阶段是智能化阶段（ 模糊推理、神经网络方法及 新技术新方法引入到 大地提高了 重型车通常指装载质量在 8含 8t)的各类汽车，其具有总质量大、品种多、使用工况复杂等特点。对于重型车变速器来说，要求具有足够大的速比范围，足够多的档位数。目前各种重型汽车机械变速器的档位数一般为 5 18档，而且越来越多地釆用带副变速器的多档位变速器 。 基于重型车变速器的结构特点，致使变速器负载大，选换档操纵沉重，使驾驶员劳动强度大，容易疲劳，在行驶过程中带来了不安全因素。自动变速技术的运用可保证发动机稳定地在高扭矩的经济转速下工作，换档操作容易，大大减轻了驾驶员的劳动强度，黑龙江工程学院本科生毕 业设计 2 使驾驶变得更加轻便，而且使汽车零部件寿命延长，车辆使用率提高，动力性、经济性均较好。 根据统计调查显示重型车辆配置自动变速器的比例逐年增长，如美国的肯沃思公司和弗莱特林那公司生产的重型牵引车中釆用自动变速器的比例已达到 15%以上。世界上主要生产自动变速箱的厂家在欧美，美国艾里逊和德 国 上。 综合比较， 装车率呈逐年上升趋势，用户的认同度也在不断上升，同时复杂工况下工作的车辆的换挡品质和起步性能也在不断得到提高。从 20世纪 90年代开始，美国、德国生产的重型车开始采用 瑞典沃尔沃公司、美国伊顿公司、日本铃木公司、德国奔驰公司等著名重型车辆生产商均生产了 重汽车，形成了自己的产品系列。目前各大公司正着手 据欧洲用户统计，使用 %,对驾驶员技术要求低，同时延长了传动系统部件的寿命。该变速器主要由六部分组成： 12速或 16 速机械变速器、气动换档操纵机构、气动离合器操纵缸、档位选择器、显示器和电控单元。离合器操纵安装在变速器壳体上，以机械形式与离合器连接，气动执行器活塞推动离合器结合或分离，并由电子装置控制。行程传感器检测离合器位置并向电控系统传递信号。气动换档操纵机构以很小的体积安装在变速器壳体上部，包括气动换档 控气压阀、传感器、限压阀等，集成控制变速器所有功能。传感器检测档位，变速器输入、输出轴转速与油温等 参数。变速器电子控制单元与电控柴油机的电控单元通讯，完成发动机与离合器的协同动作，实现换档的舒适性和换档的高速度，具有手动和自动两种操纵模式。 德国 004 年推出了两款新型自动变速器， 中 专为中重型货车或者长途运输车而设计。 001050轻型货车。该自动变速器的技术基础是 6动换档变速器。它同 本区别是，它不是气动操纵而是电液操纵。首先是在尺寸上，液压控制的尺寸更加紧凑，因此它易于装在一个结构空间有限的变速器之中，其次，液压操纵不受制于压缩空气，因为并不是所有的轻型载货车都装备压缩空气供气系统。 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 3 术国内研究 我国在 于上世纪八十年代中期。已开展这方面研究工作的主要有吉林大学、北京理工大学、上海交通大学、重庆大学、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司以及烟台欣源蔑有限公司等等，取得的研究成果多是把 国内重型车辆装用的都是手动机械 式变速器，自动变速传动系统的幵发生产尚处于起步阶段。综合评估 结构上 ,显然 制造技术要求也低得多；在经济性上，建一条 / 25左右，显然 目前，国内大型汽车企业及各高校都在开展重型车自动变速技术的研究工作。 2004年 8月配备自动变速器的重庆红岩“新大康”闪亮登场，这意味着：重型汽车变速器产品升级换代的髙科技化趋势已明显，自动变速器产业化的进程已加快。北京理工大学适用于大功率柴油 机为动力的重型车辆的电控机械式自动变速器技术已经形成了自己的特点。吉林省汽车产业 2005006年北京齿轮总厂自行研制幵发成功具有独立知识产权的电控机械式自动变速器（ 其具有手动换档与自动换档互换的优点，可应用于卡车、公交车、大客车和其他车辆。目前装配中青旅公司进行车辆试验，己完成 2万公里的路试。 尽管国内在 究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但到目前为止还没有真正实现 存在一些关键技术问题需要解决，尤其是系统的性能稳定性和可靠性，一直是困扰 业化的核心问题。 动变速系统的关键技术 与液力机械自动变速和无级自动变速相比， 统控制难度大，其关键技术有以下几个方面： 离合器控制 是保证汽车起步、换档过程的品质，减少传动系统零部件的冲击，提高使用寿命和驾驶舒适性的关键。在结构上，能通过加速踏板反映驾驶员意图。离合器起步和换档过程中要保证其迅速分离、平稳接合。起步工 况变化多样，受载荷、坡道、路面等因素的影响。分离、接合过程中需要与发动机油门幵度协调配合，同时黑龙江工程学院本科生毕 业设计 4 离合器模型本身存在着非线性、时变、滞后等问题，离合器起步控制问题成为 合器要自动分离和接合，最主要的还是接合速度控制问题。接合过快会造成严重冲击，影响乘坐舒适性和传动系寿命，甚至造成发动机熄火；接合过慢，导致离合器滑磨时间过长，温度急剧上升，会加速摩擦副的磨损，也影响车辆的动力性，所有这些都使离合器控制问题复杂化。 换档策略 由换档执行机构按预先制定的换档控制 策略，在电控单元的控制下实现档位的自动变换的。换档策略一般是指动力性和经济性换档规律，其优劣是衡量车辆在釆用自动变速技术后能否充分发挥其动力性、经济性及可驾驶性的关键。换档规律应该是单值，即对输入变量的每一组合，仅存在唯一的输出状态。制定换档策略要综合考虑各种因素，诸如道路环境、驾驶员、车辆的运行状况等，力求设计出能够尽量满足不同的工作状态需要，各方面综合最优的换档策略，以提高车辆的动力性和燃油经济性。 发动机转速控制 在换档过程中，离合器切断动力再次接合时必然会产生冲击，因此必须对发动机转速进行自动控制 。在起步过程中，为了使车辆具有良好的起步品质，就要减少车辆的冲击和离合器的磨损，所以必须通过对离合器结合速度及发动机转速的控制，保证在冲击和离合器磨损最小的情况下，迅速平稳地完成起步过程。所以发动机的转速控制是提高电控机械自动变速换档品质，改善车辆起步及行驶平稳性和延长离合器使用寿命的关键。 执行机构设计与优化 行机构包括选换档执行机构、离合器分离结合执行机构，主要有电控液动（气动）和电控电动两种型式。执行机构性能直接影响系统的性能，必须保证响应速度快，工作稳定可 靠。可以说，其动态特性的好坏直接影响起步、换档品质及整个系统的可靠性。在经济成本上，应充分利用重型车辆带有的液压和气动装置，最大程度地节约开发成本。所以根据系统的工作特点和使用要求，对执行机构的结构参数进行设计及优化是 电控单元开发 电控单元是 制系统的核心，包括发动机控制单元、离合器控制单元、变速器控制单元。由于汽车工作环境的多样性，必须保证电控单元能在各种复杂环境条件黑龙江工程学院本科生毕 业设计 5 下可靠工作。这就对电控单元的设计提出了非常严格的要求。除考虑速度、精度、功能等控制性能外 ，还应着重考虑抗干扰、耐振动及温度适应范围等问题。电控单元的可靠性问题是 前重型车已部分采用电控发动机，统发动机的控制可釆用 讯的方式，但电控发动机多为国外产品，其通讯协议不幵放，可以采用添加油门控制装置实现发动机的目标控制。 统执行机构 系统机构 统主要由四大部分组成：被控制系统、电子控制单元（ 传感器、执行机构。根据电控机械自动变速系统选换挡和离合器的操纵方式不同可分为液压驱动式、气 压驱动式和电机驱动式 3 种。液压驱动式电控机械自动变速器系统中选换挡和离合器的操纵靠油压来实现，离合器和换挡执行机构为高速开关电磁阀控制的液压缸。液压驱动式 统具有容量大、操作简便、易于实现安全保护、有一定的吸收振动与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点，现已被广泛采用。 液压驱动操纵机构 液压驱动操纵机构主要包括离合器操纵机构、选换档机构、发动机油门控制装置及各类速度、位置、压力传感器等。 1)离合器执行机构 对于离合器的自动操纵，其执行机构要保证离合器的快速分离与缓慢结合 ，另外对响应速度，控制精度的要求也很高。目前，离合器执行机构主要有两种形式：髙速幵关电磁阀控制液压紅结构和直流电机驱动离合器结构。为保证系统工作可靠且成本低廉，离合器控制油路一般采用性能可靠且经济实用的数字控制髙速开关电磁阀进行控制。离合器接合速度的控制，可通过对不同的阀的开启组合和对每个阀的开启均釆用数字脉宽调制（ 流量控制方法来实现。 2)选换档执行机构 变速器执行机构有平行式和正交式两种，后者又称为 布置方式，即选档液压缸和换档液压紅正交布置。主要由选档作动器和换档作动器以及 2 个分别控制 选档和换档的三位四通电磁阀组成，也可以采用 4 个二位三通阔进行控制。当釆用三位四通电磁阔时，其滑阔机构具有如下功能：当阔芯处于左或右位置（即左或右电磁铁通电）时，能使液压缸的左、右腔油液换向流动，而当阔芯处于中间位置（左右 2 个电黑龙江工程学院本科生毕 业设计 6 磁铁均断电）时，能使主油道与油缸两腔接通，以确保变速器在 2 个电磁铁均断电时保持处于空档位置。选档和换档作动器具有相同的结构和工作原理，一般都是采用三位置油缸。 3)发动机油门控制机构 发动机油门控制机构有 2 种方式：电液驱动式和电机驱动式。 对于釆用电控柴油发动机的重型车， 与发动机电 控单元共享资源，釆用线通讯的方式使其在起步与换档时，按要求加油或收油，并使发动机点火延迟以提高换档品质与降低污染。 4)传感器与开关 传感器包括速度传感器（发动机转速传感器，输入轴转速传感器，车速传感器）、油门位置传感器、档位传感器等。 A. 加速踏板传感器与开关。这是一个与加速踏板轴相连的电阻式角位移传感器，用来反映各种踏板位置，且有 2 个开关，它们分别反映加速踏板的极限位置：怠速状态和全幵状态。驾驶员的操纵意图可通过加速踏板传感器信号反映。 B. 油门传感器与开关。油门传感器与开关的关系和加速踏板传感 器与开关的关系完全相同，并一一对应。油门电位计式角位移传感器反映了发动机的负荷状况，并将油门实际开度信号反馈给电控单元。 C. 转速传感器。转速传感器通常釆用磁电式或霍尔转速传感器，相应轴的转速由检测头测得脉冲频率，经整形电路得到等脉宽方波后，输入电控单元。通常需要检测 3 个转速参数，发动机转速、变速器中间轴转速和变速器输出轴转速。 D. 离合器行程传感器。离合器行程传感器是安装在发动机飞轮壳上以分离杠杆比反映离合器的行程。 E. 档位传感器。选档和换档执行油缸分别装有微动行程开关，它把 2 个作动器的工作位置信号送给微处理机，反 映变速器选档与换档动作的完成情况和工作状态。 F. 液压油压力传感器。液压油压力传感器安装在液压油路的主油道上，以反映液压源的压力情况，油压低于所要求的值时，微处理机发出信号。 要研究内容 究意义 一项经济实用的成熟技术，是中国重型车自动变速技术的必然选择。具体来说，具有下面几种优势： 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 7 1) 发展趋势表明， 装车率在逐年上升，客户的认同度在不断增高，欧美各国都把 2) 国内变速器生产技术力量雄厚，建立了多种手动变速器生产线，已形了相当规模的生产能力，为国内重 型车 此基础上装备 3) 国外 品己经产业化、商品化，国内对于 用在轿车上的技术研究也相对成熟，这为国内开发重型车辆 4) 虽然 受到了广泛的欢迎，但在产品易变型、多品种、批量小及汽车工业整体技术水平尚不高的情况下，使得 此 在对重型车 究和开发的过程中，换挡执行机构的研究与开发一直是 计的重点和难点之一。对执行机构的参数进 行优化设计，以使 构实现良好的移植性是 品化过程中的一个关键技术环节。该技术环节对发展国内重型车自动变速技术及推动国内重型车 究的主要工作 进行液压驱动系统的方案确定、离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器设计及液压元件的选取。 1、带传动所需夹紧力的计算； 2、液压元件的选用； 3、执行元件的设计； 4、调压阀的设计； 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 8 第 2 章 液压驱动系统设计 订液压驱动系统图 液压系统图从右路原理上具体体现了设计任务书的各项要求，因 此液压系统图的拟订是整个液压系统设计中最重要的一环。在拟订液压系统图的过程中，首先通过分析对比制订出各种适合的液压回路方案，然后将这些回路组合成完整的液压系统 。 订液压回路方案 构成液压系统的回路有主回路和辅助回路两大类，每一类中按照具体功能还可进一步详细分类，这些回路的具体结构形式可参阅相关手册。通常根据系统的级数要求及工况图，参考这些现有成熟的各种回路及同类主机的先进回路加以选择和制订。 在液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压系统的核心问题。方向控制一般用换向阀或插装 阀来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多采用换向阀实现所要求的各动作。 液压系统的右路循环方式有开式和闭式两种，在此设计中，采用开式系统循环，其特征是液压泵从邮箱西游，压力油经系统释放能量后，再排回油箱，结构简单，而且造价低，一台泵可向多个执行元件供油。 液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵，液压源型式与调速方案有关，当采用节流调速时，只能采用定量泵做动力源；当采用容积调速时，可采用定量泵或变量泵做动力源；动力源中泵的数量视执行元件的工况图而定，要考虑到系统的压力稳定性、流量的均匀性、 系统工作的可靠性、传动介质的温升、污染度及系统效率、可能的干扰等。 液压系统的工作压力必须与所承受的负载相适应，对于定量泵供油的节流调速系统，系统压力采用溢流阀进行恒压控制。如果各回路压力要求不同，则可采用减压阀来控制。对于调压回路，压力控制阀的调整压力应根据负载大小来调整，一般比最大负载压力高 10%20%即可，以避免过多的能量损失。对于采用减压阀的减压夹紧回路，可在减压阀出口串接单向阀，以使高压主油路的压力因快速动作而低于减压阀设定压力时，起到短时保压作用，使夹紧力在短时间内保持不变。 压 系统的组合设计 在确定了满足系统要求的主液压回路和必要的辅助回路方案之后，即可将它们组黑龙江工程学院本科生毕 业设计 9 合成一个完整的液压系统并绘制出其原理图，组合与绘制液压系统图时应注意下列事项： 力求系统简单可靠，应避免和消除多余液压元件和回路； 从实际出发，尽量采用具有互换性的标准液压元件； 管路尽量要短，使系统发热少、效率高； 保证工作循环中的每一个动作均安全可靠，且相互间无干扰； 组合而成的液压系统应经济合理，不可盲目追求先进，脱离实际； 先按所选定的方案绘制出液压系统原理图，待系统最终去确定后再按标准绘制出正式的液压系统原理图。 压元件的选取 液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件。在满足系统性能要求的前提下，应尽量选用现有的标准液压元件，不得已时菜自行设计液压元件。选择液压元件时一般应考虑一下问题： 应用方面的问题，如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装型式及外形连接尺寸、货源情况及维修要求等。 系统要求，如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操作控制方式、冲击振动情况等。 经济性问题，如使用量，购置及更换成本，货源情况及产品质量和信誉等。 应尽量采用标准化、通用化及货源条件较好的元件，以缩短制造周期，便 于互换和维护。 液压元件产品及其技术规格等，可从设计手册或生产厂的产品样本中查取。 压泵选型 液压泵最高压力可由下式计算： M b 式中： P 执行元件的工作压力； 1P 执行元件进油路中的总压力损失，可估取为 根据前面表中的计算结果，并取系统泄漏修正因数 k=进过程中液压泵所需流量： m 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 10 同步过称液压泵所需流量： m 根据所计算得到的液压泵压力和流量值，查液压元件手册，选取齿轮泵 量设定为 r，容积效率为 效率为 定工作压力为 16髙工作压力为 21高转速为 3000r/ 机选型 小型异步电动机可分为：基本系列、派生系列和专用系列。 基本系列 产量大，是一种通用电机，如 Y 系列 (型三相异步电动机 。 派生系列 基本系列的基础上做了部分改动，另部件与基本系列有较高的通用性和一定程度的统一性。派生系列有电气派生 (如高效电机， 、结构派生 (如绕线转子电动机 列 )、特殊环境派生 (隔爆型电动机， 列 )等几种。 专用系列 有特殊使用要求和特殊防护条件系列，如 驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定： 60 bb （ 式中： 经计算得电机功率： ，选用功率为 120W，转速为 900r/永磁直流电机，型号为 90高转速 2400r/压 24V。 助元件的选择 据液压系统的工作压力和通过系统以及辅助元件的实际流量，可以选定阀类元件 及辅助元件的型号及规格。 参考标准见表 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 11 压回路动态分析 由于所设计的 辆离合器及换档执行机构是釆用液压操纵方式，所以液压回路的动态响应是影响换档品质的重要因素。下面将结合对液压油粘度的特性进行分析，找到提高液压系统动态响应的途径。 压油粘度 别是夏季和冬季尤其明显。粘度的变化，直接影响到换档执行机构的响应速度。液压回路中的沿程阻力和局部阻力在总的压力损 失中所占的比例随粘度的不同也有明显的变化。粘度较小时，局部阻力所占比例较大，粘度较大时，沿程阻力所占比例较大。所以应根据不同的环境温度变化，找到不同的措施来降低油液压的阻力。 增加阀的通流面积。在油液粘度较小时，可以有效地提高执行机构的速度，但随着粘度的增大，效果将变得不显著。这是因为沿程阻力的增大，导致了执行速度的降低。 加大管路内径。随油液粘度变大，对提高执行机构执行速度的效果也更明显，但管路内径过大，也会对提高执行速度造成不利影响。 增大系统工作压力。无论油液粘度如何变化，均有明显提高执行速度的 效果。换档力与系统压力成正比。系统压力越大，液压执行机构的响应速度越快，同步器同步的时间越短。因此可以增大系统的工作压力来减小
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