CN106949170B - 用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀及使用方法，该排油阀安装在离合器缸套上，与离合器一同围绕着输出轴旋转；该排油阀包括进油孔、挡板、阀体、钢球和泄油孔；所述阀体第一端设置有所述挡板，所述挡板上设置有所述进油孔；所述阀体第二端设置有所述泄油孔；所述阀体容腔内部设置有所述钢球，当所述钢球位于第二端时则排油阀关闭；当所述钢球靠近第一端时则排油阀开启。本发明在减少离合器充油流量损失的同时，提高排油阀在离合器放油时的效率，用于获得较优的离合器充放油特性。同时，解决了离合器在高转速下的分离问题，减少离合器结合与分离过程中的滑磨，提高其使用寿命。

Description

用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀及使用方法
技术领域
本发明涉及一种排油阀及其使用方法，特别是关于一种在动力传动技术领域中应用的用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀及使用方法。
背景技术
近些年来，高功率密度、高可靠性和高寿命的传动装置是履带装甲车辆传动技术的发展方向，而对于大功率的综合传动装置而言，高功率密度意味着高转速、高效率，目前制约综合传功装置向高功率密度方向发展的主要因素是综合传动中的湿式离合器在高转速下的工作可靠性问题(湿式离合器是综合传动装置中的核心元件之一)。湿式离合器在大负载，高转速下的滑磨，极易造成离合器的失效。滑磨主要发生在离合器的结合与分离过程中，若要减少滑磨损失，不仅要对离合器结合过程中接合油压进行精确控制，减少滑磨时间，提高可靠性；同时，在离合器分离过程中，应同样使得离合器的主被动端迅速、完全分离，减少离合器分离时主被动端的滑磨。
在离合器分离阶段，离合器的高速旋转会使得活塞腔内的油液难以通过进油道全部排出，残留油液会由于离心油压产生对活塞的作用力(转速越高，离心油压越大)，导致弹簧回复力无法克服离心油压对活塞的作用力，使得离合器分离不彻底，出现滑磨，甚至出现难以分离的问题；同时，在离合器分离阶段，导致离合器的带排损失加大，或者是离合器长时间滑磨烧损离合器。因此，快速的排出活塞腔内的油液，减少和消除活塞腔内离心油压的作用对减少离合器的滑磨有重要意义。尤其是面向未来湿式离合器转速的大幅度提高，在离合器分离阶段，快速排出活塞腔内的剩余油液，消除离心油压的作用，对于提高离合器工作的可靠性和综合传动装置的使用寿命有重要意义。
目前，主要有泄压孔、平衡油缸和排油阀等3种减小离心油压的结构。但是，泄压孔会造成较多的流量损失，并且易受到油液污染的影响(油孔一般为1mm-1.5mm左右)；平衡油缸会导致离合器操纵油路复杂；而排油阀则是一种消除离心油压简单且高效的结构。现有的排油阀结构，具有固定的临界启闭压力，难以获得良好的离合器充放油特性。如公开号为CN204704288U的专利中公开了一种用于液压离合器的快速排油阀结构，其技术特征为安装在泄油孔内端的、中间设置有凹缺圆槽的阀座，且在所述凹缺圆槽中放置有可在凹缺圆槽移动并可以闭合通孔的钢球。如公开号为CN202579717U的专利中公开了一种可消除变速箱旋转离合器离心力的自动排油阀，具体结构包括有阀体、螺塞、锁板、钢球、油缸体等，其技术特征为当离合器断开的时候，钢球会使泄油口打开，将残存的油液泄掉，使得离合器迅速分离。上述结构的排油阀都具有固定不变的临界启闭压力，即排油阀是在活塞腔内的压力达到某一临界值时同时开启或关闭，这将会造成排油阀在离合器充油过程中流量损失较多或者在离合器放油过程中排油阀的泄油效率低，同时会对排油阀造成较大的冲击和磨损。为此，探索一种新的，临界启闭特性好的，充放油特性优良的排油阀结构是十分必要和迫切的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀及使用方法，在减少离合器充油流量损失的同时，提高排油阀在离合器放油时的效率，用于获得较优的离合器充放油特性。同时，解决了离合器在高转速下的分离问题，减少离合器结合与分离过程中的滑磨，提高其使用寿命。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀，该排油阀安装在离合器缸套上，与离合器一同围绕着输出轴旋转；其特征在于：该排油阀包括进油孔、挡板、阀体、钢球和泄油孔；所述阀体第一端设置有所述挡板，所述挡板上设置有所述进油孔；所述阀体第二端设置有所述泄油孔；所述阀体容腔内部设置有所述钢球，当所述钢球位于第二端时则排油阀关闭；当所述钢球靠近第一端时则排油阀开启。
进一步，所述阀体第二端外部采用圆锥台型结构。
进一步，所述阀体的容腔采用由圆柱形和圆锥台构成的一体式结构，圆柱形容腔靠近所述阀体第一端，圆锥台容腔靠近所述阀体第二端；所述泄油孔与所述圆锥台容腔连通。
进一步，所述泄油孔的直径与所述圆锥台容腔的上底直径相同。
进一步，所述进油孔的直径与所述泄油孔的直径都不超过钢球的直径。
进一步，所述圆柱形容腔的半径与所述钢球的半径的差为排油阀的偏心距。
进一步，所述阀体内圆锥台容腔的上底端部端点到所述泄油孔外端面中心点之间的连线，与所述泄油孔和阀体中轴线之间的夹角α为阀体倾角，该阀体倾角α的取值范围为0<α<90°，所述阀体倾角α越大，则排油阀的临界启闭压力越大。
进一步，所述阀体倾角α的取值范围为30°<α<70°。
进一步，所述离合器缸套上间隔设置有2个以上具有不同阀体倾角α的排油阀。
一种基于如权利要求上述排油阀的用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀使用方法，其特征在于包括以下步骤：1)将3个不同阀体倾角α的排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ间隔安装在离合器缸套上，3个排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的阀体倾角分别为α1、α2和α3，并且α1＜α2＜α3；2)在离合器充油过程中：排油阀的初始位置为开启位置，当控制油通过进油道进入活塞腔时，部分控制油液会通过排油阀泄漏，活塞腔内压力缓慢升高，当压力达到油液对钢球的压力能够克服钢球受到的阻力时，压力推动钢球由开启位置运动到关闭位置，堵住泄油孔，阻断控制油的泄漏，排油阀关闭；同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1＜α2＜α3，得到三个不同排油阀的临界关闭压力pcl1<pcl2<pcl3，在活塞腔中压力逐渐升高的过程当中，三个排油阀会依次逐渐关闭；随着控制油的不断充入，活塞腔内的压力逐渐升高，油液压力推动活塞移动，消除钢片和摩擦片之间的间隙，使得离合器结合，传递动力；3)在离合器放油过程中：切断控制油，当活塞腔的压力低于排油阀的临界开启压力时，油液对钢球的压力不足以克服钢球所受到的离心作用力时，钢球由关闭位置运动到开启位置，排油阀开启，活塞腔内的残余油液从泄油孔排出；同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1＜α2＜α3，得到三个不同排油阀的临界开启压力pop1<pop2<pop3，在活塞腔中压力逐渐降低的过程当中，三个排油阀会依次逐渐开启；随着活塞腔内的油液不断通过排油阀排出，离心油压对活塞的作用力逐渐减小，活塞在回位弹簧的作用下退回到初始位置处，钢片和摩擦片之间产生间隙，使得离合器分离，切断动力传递。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过改变排油阀阀体倾角α来改变排油阀的临界启闭油压，通过不同排油阀的顺序开启和关闭,在减少离合器充油流量损失的同时，提高排油阀在离合器放油时的效率，有效的改善了离合器的充放油特性，减小了钢球对阀体的冲击，并且结构简单，可靠性好。2、本发明采用顺序启闭排油阀的方法，在离合器分离时，排油阀能够顺序开启，将活塞腔内的油液排出，消除离心油压对活塞的作用力，解决离合器在高转速下的分离问题；在离合器结合时，排油阀能够顺序关闭，减少流量损失和建压时间。3、本发明能广泛的应用于大功率综合传动装置的湿式离合器系统中，具有可预见的应用前景。
附图说明
图1是本发明排油阀的整体结构示意图；
图2是本发明的钢球受力分析示意图；
图3是本发明的排油阀临界启闭压力随阀体倾角α变化图；其中，虚线表示临界开启压力pop，实线表示临界关闭压力pcl；
图4是本发明安装在离合器缸套上的侧视图；
图5是本发明安装在离合器上是的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀，该排油阀安装在离合器缸套上，与离合器一同围绕着输出轴旋转；该排油阀包括阀体1、挡板2、进油孔3、泄油孔4和钢球5。
阀体1第一端设置有挡板2，挡板2上设置有进油孔3；阀体1第二端设置有泄油孔4。阀体1容腔内部设置有钢球5，钢球5沿着阀体1容腔内壁运动，当钢球5位于第二端时则排油阀关闭(如图1中A处实线表示位置所示)；当钢球5靠近第一端时则排油阀开启(如图1中B处虚线表示位置所示)。
在一个优选地实施例中，阀体1第二端外部采用圆锥台型结构；且阀体1的容腔采用由圆柱形和圆锥台构成的一体式结构，圆柱形容腔靠近阀体1第一端，圆锥台容腔靠近阀体1第二端。其中，泄油孔4与圆锥台容腔连通，且泄油孔4的直径d3与圆锥台容腔的上底直径相同，进油孔3的直径dl与泄油孔4的直径d3都不能超过钢球5的直径da，否则排油阀不能稳定工作。
优选地，圆柱形容腔的半径ra与钢球的半径rb的差为排油阀的偏心距。偏心距越大，临界关闭压力pcl越大，即在离合器充油过程中排油阀会造成较多的流量损失。同时，偏心距越大,排油阀在离合器分离过程中的排油效果越好，即能快速的将活塞腔内的油液排出。
上述实施例中，阀体1内圆锥台容腔的上底端部端点到泄油孔4外端面中心点之间的连线，与泄油孔4和阀体1中轴线之间的夹角α为阀体倾角，该阀体倾角α的取值范围为0<α<90°。本实施例中综合离合器的实际结合压力与工作转速，排油阀倾角α的优选范围为30°<α<70°，阀体倾角α越大，则排油阀的临界启闭压力越大。
如图2所示，由钢球5在阀体1容腔内的受力分析可知，钢球5在阀体1容腔内受到的作用力有油压对钢球5前端的作用力F1、对钢球5后端的作用力F3、油液对钢球5的粘性作用力Fτ、离心作用力Fc、阀体壁面对钢球5的摩擦力f、钢球5上下半球的离心油压的压差作用力Fsz、阀体壁面对钢球5的支持力N、钢球重力G以及油液对钢球5的浮力Fρ等9个作用力。其中钢球5的重力G和浮力Fρ远小于钢球5所受到的压力Fp和离心力Fc，为简化计算，忽略钢球的重力G和浮力Fρ。
根据排油阀在开启和关闭位置处的受力平衡，排油阀临界启闭压力分别为：
式中，pop表示排油阀开启时的临界压力，pcl表示排油阀开启和关闭时的临界压力，μg为钢球5沿阀体壁面的滚动阻力系数，pL为阀体中心处的离心油压，patm为大气压，A1为排油阀入口面积，A3为排油阀出口面积，A2为排油阀阀体与钢球之间的最小通流面积，Aeff为钢球的有效作用面积。
根据式(1)、(2)，得到排油阀的临界启闭压力随角度的变化关系(如图3所示)，随着阀体倾角α的增大，排油阀的临界启闭压力均在逐渐增大，且变化趋势越来越明显。
在一个优选地实施例中，如图4所示，在离合器缸套上间隔设置有2个以上具有不同阀体倾角α的排油阀，且所有排油阀同圆设置。通过不同的阀体倾角α使得各排油阀具有不同的临界启闭压力，从而在离合器充放油过程中，实现不同排油阀的顺序开启和关闭。
本发明还提供一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀使用方法，本实施例中采用在离合器缸套上设置3个不同阀体倾角α的排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，则具体使用方法如下：
1)将3个不同阀体倾角α的排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ间隔安装在离合器缸套上(如图4所示)，辅助完成湿式离合器的充放油过程，则该离合器包括三个排油阀21(Ⅰ～Ⅲ)、进油道6、活塞7、离合器缸套8、回位弹簧9、轴向排油阀螺纹堵10、径向排油阀螺纹堵11、活塞密封环12、活塞腔13、钢片14、摩擦片15、压板卡环16、压板17、输入齿轮18、回位弹簧座19和弹簧座卡环20，离合器保持原有结构不变(如图5所示)。各排油阀21安装在离合器缸套上，与离合器总成一同围绕着输出轴旋转。如图4所示，3个排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的阀体倾角分别为α1、α2和α3，并且α1＜α2＜α3。
2)在离合器充油过程中：如图1所示，排油阀的初始位置为开启位置，当控制油通过进油道6进入活塞腔13时，部分控制油液会通过排油阀泄漏，活塞腔13内压力缓慢升高，当压力达到油液对钢球5的压力能够克服钢球5受到的阻力时，压力推动钢球5由开启位置运动到关闭位置，堵住泄油孔4，阻断控制油的泄漏，排油阀6关闭。同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1＜α2＜α3，根据图3可得，三个不同排油阀的临界关闭压力pcl1<pcl2<pcl3，在活塞腔13中压力逐渐升高的过程当中，三个排油阀会依次逐渐关闭。随着控制油的不断充入，活塞腔13内的压力逐渐升高，油液压力推动活塞7移动，消除钢片14和摩擦片15之间的间隙，使得离合器结合，传递动力。
3)在离合器放油过程中：切断控制油，当活塞腔13的压力低于排油阀6的临界开启压力时，油液对钢球5的压力不足以克服钢球5所受到的离心作用力时，钢球5由关闭位置运动到开启位置，排油阀6开启，活塞腔13内的残余油液从泄油孔4排出。同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1＜α2＜α3，根据图3可得，三个不同排油阀的临界开启压力pop1<pop2<pop3，在活塞腔13中压力逐渐降低的过程当中，三个排油阀会依次逐渐开启。随着活塞腔13内的油液不断通过排油阀排出，离心油压对活塞7的作用力逐渐减小，活塞7在回位弹簧9的作用下退回到初始位置处，钢片14和摩擦片15之间产生间隙，使得离合器分离，切断动力传递。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种用于高转速湿式离合器的顺序启闭的排油阀使用方法，其特征在于：
所述排油阀包括进油孔、挡板、阀体、钢球和泄油孔；所述阀体第一端设置有所述挡板，所述挡板上设置有所述进油孔；所述阀体第二端设置有所述泄油孔；所述阀体容腔内部设置有所述钢球，当所述钢球位于第二端时则排油阀关闭；当所述钢球靠近第一端时则排油阀开启；
所述阀体第二端外部采用圆锥台型结构；
所述阀体的容腔采用由圆柱形和圆锥台构成的一体式结构，圆柱形容腔靠近所述阀体第一端，圆锥台容腔靠近所述阀体第二端；所述泄油孔与所述圆锥台容腔连通；
所述泄油孔的直径与所述圆锥台容腔的上底直径相同；
所述进油孔的直径与所述泄油孔的直径都不超过钢球的直径；
所述圆柱形容腔的半径与所述钢球的半径的差为排油阀的偏心距；
所述阀体内圆锥台容腔的上底端部端点到所述泄油孔外端面中心点之间的连线，与所述泄油孔和阀体中轴线之间的夹角α为阀体倾角，该阀体倾角α的取值范围为0<α<90°，所述阀体倾角α越大，则排油阀的临界启闭压力越大；
所述使用方法包括以下步骤：
1)将3个不同阀体倾角α的排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ间隔安装在离合器缸套上，3个排油阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的阀体倾角分别为α1、α2和α3，并且α1<α2<α3；
2)在离合器充油过程中：排油阀的初始位置为开启位置，当控制油通过进油道进入活塞腔时，部分控制油液会通过排油阀泄漏，活塞腔内压力缓慢升高，当压力达到油液对钢球的压力能够克服钢球受到的阻力时，压力推动钢球由开启位置运动到关闭位置，堵住泄油孔，阻断控制油的泄漏，排油阀关闭；同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1<α2<α3，得到三个不同排油阀的临界关闭压力pcl1<pcl2<pcl3，在活塞腔中压力逐渐升高的过程当中，三个排油阀会依次逐渐关闭；随着控制油的不断充入，活塞腔内的压力逐渐升高，油液压力推动活塞移动，消除钢片和摩擦片之间的间隙，使得离合器结合，传递动力；
3)在离合器放油过程中：切断控制油，当活塞腔的压力低于排油阀的临界开启压力时，油液对钢球的压力不足以克服钢球所受到的离心作用力时，钢球由关闭位置运动到开启位置，排油阀开启，活塞腔内的残余油液从泄油孔排出；同时，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置处的阀体倾角α1<α2<α3，得到三个不同排油阀的临界开启压力pop1<pop2<pop3，在活塞腔中压力逐渐降低的过程当中，三个排油阀会依次逐渐开启；随着活塞腔内的油液不断通过排油阀排出，离心油压对活塞的作用力逐渐减小，活塞在回位弹簧的作用下退回到初始位置处，钢片和摩擦片之间产生间隙，使得离合器分离，切断动力传递。
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