基于AMESim的离合器操纵系统建模及随动性能仿真分析

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离合器操纵系统是驾驶员借以使离合器分离 .或使之柔和接合的-套系统。目前，离合器液压气助力式操纵系统由于具有操纵轻便、可极大减轻驾驶员劳动强度等特点.已经广泛应用于重型载货汽车的离合器操纵装置中目前.由于国内多数重型载货汽车变速器为无同步器结构 ，在降档换档过程中，为实现快速换档，减少换档冲击 .需要通过连续两脚离合器”的换档方法实现换档操作” 但在实际用户使用过程中发现.在连续踩踏离合器踏板时.经常出现离合器踏板沉重，并出现离合器异常磨损的故障模式。研究表明，引起该故障的主要原因是离合器操纵系统的随动性能无法满足使用要求而造成的[21本文依据键合图理论网.建立了离合器操纵系统的数学模型.并以此为指导.利用 AMESim提供的HCD液压元件设计库.建立了该系统的仿真模型。通过相关收稿 日期：2013-02-20作者简介：陈德鑫(1982-)，男，天津人，工程师，硕士，研究方向为变速器及离合器的设计与试验。

试验，验证了仿真模型的正确性。并用该模型对离合器操纵系统进行了随动性能仿真.定量地分析了连续踩踏离合器踏板工况下踏板沉重以及离合器异常磨损的故障原因。

1 离合器操纵系统随动过程分析离合器液压气助力操纵系统的结构原理如图 1所示，主要由离合器踏板 12、总泵 8、油管 3及助力泵 1组成。其随动过程可分为分离、平衡和接合 3个过程：1-离合器助力泵总成 2-助力泵气缸活塞 3-油管总成 4-进气口5-液控气压阀 6-放气口 7-气压控制阀 8-离合器总泵总成9-补偿阀 1O-总泵活塞 l1-进油口 l2-踏板图 1 离合器操纵系统结构原理图(1)分离过程：初始状态.总泵 8中的补偿阀 9常开.总泵 8中的油液与油杯中的油液相连，踏下离合器踏板 12.踏板 12带动总泵 8推杆推动总泵活塞 10向45液压 气动 与密 封/2O13年 第 O7期前移动.补偿阀9关闭.整个系统的油液处于封闭状态.由于助力泵 1输出端的负载和液控气压阀5回位弹簧的作用 .系统建立起油压。随着踏板 12的行程和输人力的增大，系统管路中油液的压强增大。管路中的油液-方面直接作用在助力泵 1的推杆上起到助力作用。另-方面使助力泵 1中的液控气压阀 5打开.从而使气压直接作用在助力泵的气缸活塞 2上.起到助力作用。

(2)平衡过程：当踏板 12停止运动时，由于助力泵1推杆在气压助力的带动下左移.为保证助力泵 1液压油体积不变。气压控制阀7随之右移.从而使液控气压阀5关闭，进人助力泵 1的气体处于-个封闭的状态。

(3)接合过程：当松开离合器踏板 12时.离合器操纵系统失去平衡.总泵的活塞 10在回位弹簧的作用下回位.同时.助力泵气缸活塞 2在离合器盖总成膜片弹簧的作用力下回位 .从而推动油液回流总泵 8.这时系统的压力降低.当系统压力小于液控气压阀5的开启压力时，气压控制阀7在回位弹簧作用下回位.助力泵1中的气体排出。对于带补偿阀 9结构的总泵.当油液流速小于总泵活塞 10移动速度时.在总泵 8液压腔中出现真空.补偿阀9由于压力差的作用打开.油液流人液压腔。当总泵 8回位后.补偿阀9也会打开.多余的油液可以从补偿阀9中流回油杯2 离合器操纵系统键合图建模功率键合图是-种描述系统动态结构的建模方法.它能够形象地描述系统能量网络中功率流的流向和分配.能量的汇集和转换等.清晰准确地表达系统动态结构特征及各种影响因素 而离合器液压气助力操纵系统的随动过程.即是液体及气体的动态流动过程。

其过程相当复杂且同时伴随不同能量的转化.因而采用传统的信号流建模分析其系统的随动性能相对比较困难[41。为此，利用键合图理论，所建立的离合器操纵系统键合图模型如图2所示.重点对离合器接合过程进行分析图 2 离合器操纵系统键合图模型在离合器操纵系统接合过程中，质量为 的助力泵气缸及液压缸活塞受到活塞密封处的阻性效应 尺 ，在离合器分离力的作用下.经过助力泵气压缸和液压缸的活塞作用面积 m 和 m 的变换比，将机械能转换为气压能和液压能。气缸容腔具有气容效应 C.，气缸是否排气受气压控制阀位置的控制。质量为 .的气压控制阀在没有与液控气压阀分离之前受到液控气压阀预紧力、刚度为 k 的回位弹簧、弹簧预紧力以及管路经过阻性效应为R 的阻尼孑L的液压作用，并将其机械能通过转换比为 m 的转换器转换为液压能。由于油管较长并且是胶管.故考虑液阻效应 尺 及管壁柔度的容性效应 管路中的液压油经过转换比为 m4的转换比将液压能转换为作用在质量为 m 的总泵活塞上的机械能。

其中选取离合器分离力作为势源E ；液控气压阀的预紧力作为势源 ；气压控制阀的预紧力作为势源 ；总泵活塞预紧力作为势源 ；总泵活塞速度和助力泵液压缸活塞速度之差所产生的负压作为势源 ：助力泵气缸的进气与排气端作为流源 和 。

根据已经建立的离合器操纵系统键合图模型.列写操纵系统接合过程状态方程如公式(1)所示，其中分别取助力泵气缸气容 C 的体积值 口 ，考虑管路管壁柔度时的体积膨胀值 q押，总泵活塞的位移 q ，气压控制阀活塞的位移 q ，助力泵气缸活塞的动量P3，气压控制阀活塞的动量P 总泵活塞的动量P 作为状态变量。

其中：接合A接合 接合B接合U接合 (1)q7g24q27X接合Jq34P3p21p321 0l 0f 0接合J01 1l 0l 0I g71 q24l qz7； 接合IP3lP21O 0O 00 0O 00 01 l0 Op320O000O1E1E2E3；U接舍I0 -10 00 00 00 00 0m4 01 O 0 0 0 O 0 Hvdraulics Pneumatics＆ Seals/No.07.2013飞机液压作动筒机械锁定装置及试验检查杜来林.杨 超(空军第-航空学院，河南 信阳 464000)摘 要：飞机液压系统收放部分所应用的作动筒大多数是简单的，在特定的部位要求某些液压操纵机构在极限位置能可靠地固定。如起落架放下后，作动简应成为刚性撑杆承受起落架传递来的外载荷 ，所以在飞机起落架作动筒内部设有机械锁定装置 .以保障飞机飞行 、地面停放及地面维护人员的安全。该文主要介绍飞机液压作动筒机械锁定装置的结构、原理、试验内容及方法。

关键词：飞机液压系统；作动筒；机械锁定装置；试验中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2013)07-0049-03M echanical Lock Device and Its Experimental Check ofAircraft Hydrauhc Actuating CylinderDU Lai-2 .YANG Chao(The First Aviation Colege of Air Force，Xinyang 464000，China)Abstract： To most main-gear actuating cylinders in hydraulic system of aircraft， their structure is simple， and should belocked reliably on limiting position. For example， the actuating cylinder endures the external load coming form under cariage as rigidstay pole when the under carriages lay down. To guarantee the safety of aviation and park of aircrafts and ground maintenance staff，mechanical lock devices are designed in actuating cylinders of under cariage of aircraft. Structure， principle， test contents andmethods of mechanical lock device in actuating cylinders in hydraulic system of aircraft are introduced in the paper。

Key words：hydraulic system of aircraft； actuating cylinder； mechanical lock device； experiments0 引言飞机上的某些液压操纵机构.要求在极限位置能可靠地固定，以保障飞机飞行、地面停放与地面维护人收稿 日期 ：2013-02-22作者简介：杜来林(1961-)，男 ，山东巨野人 ，副教授，学士，主要从事机电- 体化的教学和科研工作。

6 总结(1)基于AMESim软件，建立了离合器液压气助力式操纵系统.将键合图理论应用于该系统的随动性能的仿真、计算和分析中去，并通过试验 ，验证了模型的正确性：(2)通过该仿真模型，不仅详细分析了离合器操纵系统的整个随动过程.而且定量地分析了导致连续两脚离合器”换档工况下离合器踏板沉重以及离合器异常磨损的原因：(3)通过该模型还可以对离合器操纵系统的随动性能进行匹配计算 .利用仿真结果来检验系统随动性能是否合理.以此作为对参数进行修改的依据。

员的安全。如起落架放下后 .作动筒应成为刚性撑杆承受起落架传递来的外载荷.所以在飞机起落架作动筒内部设有机械锁。在特别重要的诚.在作动筒外部还增设有液压锁，当机械锁失效时，液压锁还起作用，这就是我们所说的多余度设计.从而提高安全可靠性。现将飞机液压作动筒机械锁定装置的结构、原理、试验内容及方法加以介绍