CN109058319B - 阶梯油压调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阶梯油压调节装置，主要解决了传统的油压调节方式容易发生主机闷车的问题。摩擦离合器的控制油路采用高压油泵供油，通过溢流阀来调节最高压力，通过2个机械可调式减压阀控制阶梯油压，第1个机械减压阀控制离合器充油压力，第2个机械减压阀控制离合器接排滑摩时的压力。设置2位4通电磁阀控制接排后的最高压力。每个机械减压阀前设置通断电磁阀，减压阀与通断电磁阀构成串联关系。机械减压阀+通断电磁阀与2位4通电磁阀并列连接。本发明有效的减少了摩擦离合器发热与磨损，提高了摩擦离合器使用寿命，能使主机顺利软启动，不容易闷车。
Description
技术领域
本发明涉及油压调节领域，尤其是用于控制湿式多片摩擦离合器工作油压的一种阶梯油压调节装置。
背景技术
湿式多片摩擦离合器（以下简称摩擦离合器）主要应用于船舶、车辆、机床的传动装置中，用来控制主机向传动系统动力的传递；摩擦离合器通过工作油缸压紧一组摩擦片，利用摩擦片之间的摩擦力传递主机的扭矩。
摩擦离合器的性能一般通过最大传扭能力及热负荷能力两项指标衡量；摩擦离合器最大传扭能力通常按负载性质选取，例如一般的船舶传动装置中摩擦离合器最大传扭能力通常不小于主机额定扭矩的1.5倍。摩擦离合器设计完成后最大传扭能力通常由最高工作油压决定。
对于柴油机等内燃机，其工作特性是工作转速较低时能发出的扭矩一比般较小；因此采用柴油机等内燃机的传动装置，需要设置摩擦离合器或液力耦合器实现主机的软启动，避免主机带载启动而导致“闷车”；摩擦离合器实现软启动的工作原理是，在离合器接排时控制工作油压，也即控制摩擦片之间的压紧力和摩擦扭矩，使摩擦离合器的滑摩扭矩始终小于当前转速下主机能够发出的扭矩，避免主机闷车，同时又保证滑摩扭矩大于负载扭矩，实现负载升速。摩擦离合器接排过程中，主从动端转速差即滑差ω(t)逐步缩小到0，在这过程中主从动摩擦片之间一直处于滑摩状态，滑摩扭矩T d(t)产生大量的热，当滑摩热量超过摩擦片的承受能力，摩擦片烧毁，离合器失效。
衡量摩擦片热负荷能力通常有以下三个指标：
1）单位面积瞬时滑摩功率A(t)
摩擦副单位表观面积A p上，摩擦离合器一次滑摩过程中滑摩扭矩T d(t)与滑差ω(t)的乘积。
2）单位面积滑摩功E
摩擦副单位表观面积A p上，摩擦离合器一次滑摩过程中滑摩扭矩T d(t)在滑差ω(t)下作的功。
3）热负荷C
摩擦离合器一次滑摩过程中单位面积滑摩功与单位面积瞬时滑摩功率最大值的乘积；
C=EA(t)max
从以上定义可以看出滑摩扭矩T d(t)与滑差ω(t)的乘积越大、滑摩时间ts越长，摩擦片受到的热负荷越大；降低摩擦离合器接排开始时的油压可以减小初始的瞬时滑摩功率，避免摩擦片表面烧伤，但会增加滑摩时间，同时会增加摩擦片接排完毕的平均温度。
在某些船舶柴油机传动装置中，存在一些负载启动力矩非常大、转动惯量也非常大的场合，当采用二级调压阀控制摩擦离合器时，只有当压力达到0.65MPa时摩擦离合器产生的滑摩扭矩才能克服负载的启动力矩，使负载开始旋转。当油压在0.3-0.65MPa之间时，摩擦离合器一直处于最大转速差的打滑状态，会产生大量的摩擦热，增加了摩擦片的磨损，降低了使用寿命；当油压升达到0.65 MPa后，油压会很快升高到产生的摩擦力矩，如果超过主机能够发出的最大力矩，将会使主机快速降速到最低稳定转速以下，导致主机闷车，接排失败。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种阶梯油压调节装置；输出油压曲线为阶梯形，可控制摩擦离合器接排时保持低油压，避免主机闷车；接排后保持高油压，保证离合器最大传扭能力；克服了现有二级调压阀所控制的摩擦离合器产生较大的发热磨损、主机容易闷车的问题 。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种阶梯油压调节装置，包括阶梯油压控制装置以及阶梯油压控制装置出口端通过管道连接的离合器总成部分、阶梯油压控制装置入口端通过管道连接的供油装置总成部分，其特征在于，所述的阶梯油压控制装置中，过滤器A的出口端分别通过管道连接二位四通电磁阀A入口端、二位二通电磁阀入口端、二位四通电磁阀B入口端、液控二位二通阀入口端，其中，所述的二位四通电磁阀B的出口端管道经过机械减压阀B连接在单向阀B的入口端；所述二位二通电磁阀出口端连接在机械减压阀A的入口端；所述的液控二位二通阀出口端、单向阀B出口端、机械减压阀A的出口端的管道一路与溢流阀A连接，另一路与单向阀A入口端连接；所述的单向阀A出口端与二位四通电磁阀A出口端的管道与二位四通液控电磁阀的入口端连接，二位四通液控电磁阀的出口端即及阶梯油压控制装置出口端与离合器总成部分中的油缸进油腔连接。
进一步的，所述的离合器总成部分中，主机通过摩擦离合器连接带动负载，摩擦离合器内部设置有油缸，油缸中包括油缸进油腔与复位弹簧；摩擦离合器上还设置有回油口与进油口，所述的进油口与的供油装置总成部分连接。
进一步的， 所述的供油装置总成部分包括电机以及电机带动的油泵，油泵的出口端管道一路经过滤器B连接阶梯油压控制装置中过滤器A的入口端，另一路经溢流阀C连接离合器总成部分中摩擦离合器的进油口；油泵的出口端管道还设置连接有溢流阀B，溢流阀C出口端管道上连接设置有溢流阀D。
本发明的有益效果是：通过采用本发明的技术方案，在负载启动力矩非常大、转动惯量也非常大的场合，为摩擦离合器控制提供一种阶梯油压控制装置，采用本发明的油压控制装置的摩擦离合器，可以减少发热与磨损，提高使用寿命，主机能够顺利软启动，不闷车。
附图说明
图1a为本发明阶梯油压控制装置所有阀处于关闭停机油路状态示意图。
图1b为本发明阶梯油压控制装置输出的压力曲线示意图。
图2a为二位四通液控电磁阀10开启离合器油缸初步充油油路状态示意图。
图2b为二位四通液控电磁阀10开启离合器油缸初步充油状态阶梯油压控制装置输出的压力曲线示意图。
图3a为二位四通液控电磁阀10、液控二位二通阀50开启离合器油缸充油90%油路状态示意图。
图3b为二位四通液控电磁阀10、液控二位二通阀50开启离合器油缸充油90%状态阶梯油压控制装置输出的压力曲线示意图。
图4a为液控二位二通阀50关闭、二位四通液控电磁阀10、机械减压阀B40开启，离合器油缸充油100%油路状态的示意图。
图4b为液控二位二通阀50关闭、二位四通液控电磁阀10、机械减压阀B40开启，离合器油缸充油100%状态油缸压力达到P0的曲线示意图。
图5a为机械减压阀B40关闭，二位四通液控电磁阀10、机械减压阀A30开启，离合器油缸充油100%油路状态示意图。
图5b为机械减压阀B40关闭，二位四通液控电磁阀10、机械减压阀A30开启，离合器油缸充油100%状态油缸压力达到P1的曲线示意图。
图6a为机械减压阀A30关闭，二位四通液控电磁阀10、二位四通电磁阀A20开启离合器油缸充油100%油路状态示意图。
图6b为机械减压阀A30关闭，二位四通液控电磁阀10、二位四通电磁阀A20开启离合器油缸充油100%状态油缸压力达到P2的曲线示意图。
图7a为二位四通液控电磁阀10关闭离合器油缸油压快速下降油路状态示意图。
图7b为二位四通液控电磁阀10关闭离合器油缸油压快速下降状态曲线示意图。
图8为本发明的结构示意图。
图9a为油缸油压逐渐升压曲线示意图。
图9b为油缸油压阶梯升压曲线示意图。
图10为摩擦系数摩擦系数与速度关系示意图。
图11a、图11b、图11c为负载启动力矩大，采用逐渐升压曲线控制摩擦离合器时的各性能曲线示意图。
图12a、图12b、图12c为负载启动力矩大，采用阶梯升压曲线控制摩擦离合器时的各性能曲线示意图。
图13为负载启动力矩大，采用逐渐升压和采用阶梯升压两种油压曲线对比示意图。
图14为负载启动力矩大，采用逐渐升压和采用阶梯升压两种油压曲线，摩擦离合器滑摩扭矩对比示意图。
图15为负载启动力矩大，采用逐渐升压和采用阶梯升压两种油压曲线，负载升速曲线对比示意图。
图16a为负载启动力矩大，采用逐渐升压曲线，摩擦离合器热负荷曲线示意图。
图16b为负载启动力矩大，采用阶梯升压曲线，摩擦离合器热负荷曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图8所示，本实施例所涉及的一种阶梯油压调节装置，包括阶梯油压控制装置1以及阶梯油压控制装置1出口端通过管道连接的离合器总成部分、阶梯油压控制装置1入口端通过管道连接的供油装置总成部分，所述的阶梯油压控制装置1中，过滤器A110的出口端分别通过管道连接二位四通电磁阀A20入口端、二位二通电磁阀70入口端、二位四通电磁阀B80入口端、液控二位二通阀50入口端，其中，所述的二位四通电磁阀B80的出口端管道经过机械减压阀B40连接在单向阀B100的入口端；所述二位二通电磁阀70出口端连接在机械减压阀A30的入口端；所述的液控二位二通阀50出口端、单向阀B100出口端、机械减压阀A30的出口端的管道一路与溢流阀A60连接，另一路与单向阀A90入口端连接；所述的单向阀A90出口端与二位四通电磁阀A20出口端的管道与二位四通液控电磁阀10的入口端连接，二位四通液控电磁阀10的出口端即及阶梯油压控制装置1出口端3与离合器总成部分中的油缸进油腔301连接。
进一步的，所述的离合器总成部分中，主机320通过摩擦离合器300连接带动负载310，摩擦离合器300内部设置有油缸，油缸中包括油缸进油腔301与复位弹簧302；摩擦离合器300上还设置有回油口360与进油口370，所述的进油口370与的供油装置总成部分连接。
进一步的， 所述的供油装置总成部分包括电机200以及电机200带动的油泵210，油泵210的出口端管道一路经过滤器B220连接阶梯油压控制装置1中过滤器A110的入口端，另一路经溢流阀C240连接离合器总成部分中摩擦离合器300的进油口370；油泵210的出口端管道还设置连接有溢流阀B230，溢流阀C240出口端管道上连接设置有溢流阀D260。
主机320通过摩擦离合器300带动负载310旋转升速，阶梯油压控制装置1控制摩擦离合器300的工作油压；润滑油通过节流孔370进入摩擦离合器，润滑油冷却摩擦片后通过回油口360流回油箱。
油泵电机200带动油泵210产生压力油，压力油通过过滤器B220过滤较大颗粒杂质，溢流阀C240控制了进入阶梯油压控制装置1的压力；溢流阀B230为油泵的安全阀；溢流阀D260控制了给齿轮、轴承、摩擦离合器润滑的润滑油压力。
阶梯油压控制装置1的出口端能产生阶梯油压曲线500，入口端供油压力为阶梯油压的最高压力P2，工作时压力油进入油缸进油腔301，并压缩油缸复位弹簧302；阶梯油压控制装置1不工作时，在油缸复位弹簧302弹簧复位力的作用下流出油缸进油腔301。
压力油通过过滤器110进行过滤，防止油液杂质卡住电磁阀，二位四通液控电磁阀10控制进入和流出摩擦离合器300的压力油，二位四通液控电磁阀10具有较大的通径，允许通过更大的流量，能够减少摩擦离合器300的进、排油时间，二位四通液控电磁阀10带有机械定位和手动按钮，能够实现断电保持和手动操作功能；二位四通电磁阀A20用来控制最高压力P2的切换；二位四通电磁阀A20带有机械定位和手动按钮，机械减压阀A30控制压力P1，当压力油流过机械减压阀A30时，机械减压阀A30出口压力保持在滑摩压力P1，机械减压阀B40控制充油压力P0，当压力油流过机械减压阀B40，机械减压阀B40的出口压力保持在充油压力P0，液控二位二通阀50同样具有大通径，用来实现向摩擦离合器300快速充油，溢流阀A60具有大通径，控制滑摩压力P1的范围，当滑摩压力P1过大时，溢流阀A60开始溢流，二位二通电磁阀70控制流入机械减压阀A30的油，二位四通电磁阀B80控制流入机械减压阀B40的油和液控二位二通阀50液控口，实现机械减压阀B40和液控二位二通阀50交替流通，单向阀A90防止二位四通液控电磁阀10断电时压力油反向流动到机械减压阀A30、机械减压阀B40、液控二位二通阀50、溢流阀A60；单向阀B100防止机械减压阀B40、液控二位二通阀50交替流通时压力油反向流动到机械减压阀B40。
由图1a、图1b所示，二位四通液控电磁阀10、二位四通电磁阀20、二位二通电磁阀70、二位四通电磁阀B80，均处于断电状态，液控二位二通阀50、溢流阀A60处于关闭状态，压力油流经过滤器A110、二位四通电磁阀B80、机械减压阀B40、单向阀B100、单向阀A90、二位四通液控电磁阀10，二位四通液控电磁阀10处于关闭状态产生，但会产生少许泄露，阶梯油压控制装置1的出口端压力为0，其整个工作过程产生阶梯油压曲线如图1b所示。
如图2a，二位四通液控电磁阀10打开，压力油依次流经过滤器A110、二位四通电磁阀B80、机械减压阀B40、单向阀B100、单向阀A90、二位四通液控电磁阀10进入摩擦离合器300，将摩擦离合器300中油缸的死腔容积充满，出口端的压力曲线A510如图2b所示。
本发明通过设置几个电磁阀控制较高压力的压力油，流过不同设定压力的减压阀减压来控制阶梯压力曲线。
如图3a，二位四通电磁阀B80通电，液控二位二通阀50打开，压力油依次流经过滤器A110、液控二位二通阀50、单向阀A90、二位四通液控电磁阀10进入摩擦离合器300，压缩油缸复位弹簧302到90%行程，出口端的压力曲线B520如图3b所示。
如图4a，二位四通电磁阀B80断电，液控二位二通阀50关闭，压力油依次流经过滤器A110、二位四通电磁阀B80、机械减压阀B40、单向阀B100、单向阀A90、二位四通液控电磁阀10进入摩擦离合器300，压缩油缸复位弹簧302到100%行程，出口端的压力曲线C530，达到充油压力P0，如图4b所示。
如图5a，二位二通电磁阀70通电，液控二位二通阀50关闭，压力油依次流经过滤器A110、二位二通电磁阀70、机械减压阀A30、单向阀A90、二位四通液控电磁阀10进入摩擦离合器300，继续保持油缸复位弹簧302压缩到100%行程，出口端的压力曲线D540见图5b，达到压力滑摩压力P1。
如图6a，二位二通电磁阀70断电，二位四通电磁阀20通电打开，压力油流经过滤器A110、二位四通电磁阀20、二位四通液控电磁阀10进入摩擦离合器300，继续压缩保持油缸复位弹簧302压缩到100%行程，出口端的压力曲线E550如图6b，达到最高压力P2。
如图7a，二位四通液控电磁阀10断电，摩擦离合器300中油缸进油腔301内压力油经二位四通液控电磁阀10快速排出，出口端的压力曲线G570如图7b，压力下降到0。二位四通液控电磁阀10的通流面积远远大于二位四通电磁阀20的通流面积，通流面积越大，流动速度越快。
如图9a，为二级调压阀产生的逐渐升压曲线，压力由0升高到最高压力P2所需时间为6.0秒，到达充油压力P0段时间为2秒，到达滑摩压力P1段时间为3.5秒，图9b为阶梯油压控制装置产生的阶梯油压曲线500。
如图10，摩擦力矩随着转速减低而降低呈摩擦力矩-转速曲线700状态，当转速低到某一个数值时，摩擦力矩突然会增大到一了较大的值呈摩擦启动力矩710状态。
如图11a，负载启动力矩标线330，摩擦力矩随着转速减低而降低，滑摩扭矩曲线A810呈摩擦力矩-转速曲线700的状态，负载升速曲线A820，负载扭矩曲线A830，如图11b，采用逐渐升压曲线840，第2秒控制油压开始增加，第6秒达到最高压力P2，负载从第3.7秒开始升速，5.5秒升速结束，离合器打滑3.5秒，如图11c，单位面积滑摩功率曲线A860为0.3，单位面积滑摩功曲线A850最大值0.7，单位面积热负荷曲线A870最大值0.15。
如图12a，负载启动力矩标线330，摩擦力矩随着转速减低而降低，滑摩扭矩曲线B910呈摩擦力矩-转速曲线700的状态，负载升速曲线B920，负载扭矩曲线B930，如图12b，采用阶梯升压曲线940，第2秒控制油压开始增加，第6秒达到最高压力P2，负载从第2.1秒开始升速，3.7秒升速结束，离合器打滑了1.6秒，如图12c，单位面积滑摩功率曲线B960为0.4，单位面积滑摩功曲线B950最大值0.5，单位面积热负荷曲线B970最大值0.08。
如图13，阶梯升压曲线940与逐渐升压曲线840对比，升压的间隔时间基本一致。
如图14，滑摩扭矩曲线B910与滑摩扭矩曲线A810对比，采用阶梯升压曲线940控制的摩擦离合器，滑摩扭矩曲线B910更快的超过负载启动力矩标线330，滑摩结束后，采用阶梯升压控制方式的滑摩扭矩小于采用逐渐升压控制方式的滑摩扭矩，从而主机相对不容易发生闷车。
如图15，负载升速曲线A820与负载升速曲线B920对比，采用阶梯升压方式控制的摩擦离合器，扭矩负载升速更快，滑摩时间更短。
如图16a与图16b，单位面积滑摩功曲线A850与单位面积滑摩功曲线B950对比，单位面积热负荷曲线A870与单位面积热负荷曲线B970对比，采用阶梯升压方式控制的摩擦离合器，滑摩功更小、热负荷也更小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种阶梯油压调节装置，包括阶梯油压控制装置（1）以及阶梯油压控制装置（1）出口端通过管道连接的离合器总成部分、阶梯油压控制装置（1）入口端通过管道连接的供油装置总成部分，其特征在于，所述的阶梯油压控制装置（1）中，过滤器A（110）的出口端分别通过管道连接二位四通电磁阀A（20）入口端、二位二通电磁阀（70）入口端、二位四通电磁阀B（80）入口端、液控二位二通阀（50）入口端，其中，所述的二位四通电磁阀B（80）的出口端管道经过机械减压阀B（40）连接在单向阀B（100）的入口端；所述二位二通电磁阀（70）出口端连接在机械减压阀A（30）的入口端；所述的液控二位二通阀（50）出口端、单向阀B（100）出口端、机械减压阀A（30）的出口端的管道一路与溢流阀A（60）连接，另一路与单向阀A（90）入口端连接；所述的单向阀A（90）出口端分别与二位四通电磁阀A（20）出口端和二位四通液控电磁阀（10）的入口端连接，二位四通液控电磁阀（10）的出口端即及阶梯油压控制装置（1）出口端（3）与离合器总成部分中的油缸进油腔（301）连接，所述的离合器总成部分中，主机（320）通过摩擦离合器（300）连接带动负载（310），摩擦离合器（300）内部设置有油缸，油缸中包括油缸进油腔（301）与复位弹簧（302）；摩擦离合器（300）上还设置有回油口（360）与进油口（370），所述的进油口（370）与的供油装置总成部分连接，所述的供油装置总成部分包括电机（200）以及电机（200）带动的油泵（210），油泵（210）的出口端管道一路经过滤器B（220）连接阶梯油压控制装置（1）中过滤器A（110）的入口端，另一路经溢流阀C（240）连接离合器总成部分中摩擦离合器（300）的进油口（370）；油泵（210）的出口端管道还设置有溢流阀B（230），溢流阀C（240）出口端管道上连接设置有溢流阀D（260）。
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