汽车典型液压系统及其设计.ppt

第九章汽车典型液压系统及其设计,第一节汽车起重机液压系统第二节自动变速器液压控制系统第三节汽车防滑液压控制系统第四节汽车液压悬架系统第五节液压动力转向系统第六节液压系统设计及其实例重点：（根据自校实际情况，自行确定）难点：教学目的：,89-2,在汽车底盘上装设起重设备完成吊装任务的汽车，称为汽车起重机。汽车起重机广泛地应用在运输、装卸和筑路等场合或临时吊装作业。随着液压元件的完善和液压技术的发展，液压式汽车起重机的应用更加广泛，优势更加突出。汽车起重机可独立到达目的地，完成起重的作业循环通常是：起吊回转卸载返回。,第一节汽车起重机液压系统,89-3,1三联齿轮泵2油箱3回油精过滤器4、5、11、12、13、15、16、18、19、25、26、29、31、33、34管路6支腿组合阀7转阀8液压锁9支腿水平缸10支腿垂直缸14中心回转接头17顺序阀20组合阀21蓄能器22操纵阀23多路换向闽24单向阀27溢流阀28、29、30平衡阀32梭阀35制动液压缸36单向阻尼阀37离合器缸38起升马达40变幅缸41伸缩臂缸42柱塞马达,89-4,一、支腿收放液压回路,1.水平缸的动作泵1.1油管5选择阀6.2(上位)换向阀6.3(上、下位)水平缸9(伸出、缩回)2.垂直缸的动作泵1.1油管5选择阀6.2(中位)换向阀6.4(上位)转阀7液压锁(伸出)泵1.1油管5选择阀6.2(中位)换向阀6.4(下位)油管11液压锁(缩回),89-5,二、回转机构液压回路,泵1.1油管5阀6.2(下位)管路13中心回转接头14外控顺序阀17多路换向阀23.2(上、中、下位)柱塞马达42(顺、停、逆)顺序阀17的开启受到蓄能器21的压力(9MPa)控制。,89-6,三、臂架变幅液压回路,泵1.3油管16多路换向阀23.5(上、下位)平衡阀30变幅缸40(增、减幅)平衡阀作用是使负载作用腔产生一定的背压，以平衡负载的作用力，同时又起到液压锁的作用，是变幅回路中必不可少的元件。应将其串连在高压分支油路中，控制压力油向低压分支供油。,89-7,四、伸缩臂液压回路,泵1.3油管16多路换向阀23.4(上、下位)平衡阀28变幅缸41(缩回、伸出)平衡阀控制伸缩臂的缩回速度。,89-8,五、吊重起升液压回路,起升机构，即卷筒吊索机构，作用是实现垂直起升和放下重物。液压起升机构用大转矩起升马达38通过减速器驱动卷筒，液压马达的转速可通过改变发动机的转速来进行调节。阀23.6为五位六通换向阀，五位是指操纵此阀可得到快、慢两挡起升和快、慢两挡下降速度以及中位。,89-9,1.慢挡上升,泵1.2中心回转接头14管路26阀23.6向上第一挡(上数第二位置)平衡阀39起升马达38的油口A低转速工作，使重物慢速起升泵1.3排出的油阀23.5的中位阀23.6管路25回油箱,89-10,2.快挡上升,阀23.6向上第二挡(上数第一位置)平衡阀39起升马达38的油口A高转速工作，使重物快速起升B口排出的油阀23.6管路25回油箱,89-11,3.慢挡下降,泵1.2中心回转接头14管路26阀23.6向下第一挡(上数第四位置)平衡阀39起升马达38的油口B低转速工作，使重物慢速下降泵1.3排出的油阀23.5的中位阀23.6管路25回油箱,89-12,4.快挡下降,阀23.6向下第二挡(上数第五位置)平衡阀39起升马达38的油口B高转速工作，使重物快速下降A口排出的油阀23.6管路25回油箱阀39限制马达的转速，防止重物超速下降。,89-13,六、吊重起升液压回路与其制动、离合的配合,起升回路与其制动、离合的配合对汽车起重机的操作较为重要。操纵阀22(左、中、右位)、离合器37(松、松、接)、制动缸35(松、抱、松)、重物(下降、停止、上升或下降)。,89-14,第二节自动变速器液压控制系统,汽车传动系中的变速器控制自动化是汽车发展的较高级阶段，自动变速器能根据车速与发动机负荷的变化情况及时、自动地进行传动比变换（换挡），从而使操作简单省力，减轻驾车者的疲劳强度。汽车自动变速器可分为三种类型：电控液力机械自动变速器（AutomaticTransmission，AT），电控机械式自动变速器（AutomatedMechanicalTransmission，AMT）和连续可变传动比自动变速器（ContinuouslyVariableTransmission，CVT）。一、液压控制系统的组成二、液压控制系统各装置组成件的结构与工作原理,89-15,一、液压控制系统的组成,自动变速器的自动控制是依靠由动力元件、执行机构和控制机构组成的液压控制系统完成的。动力元件是液压泵。执行机构包括各离合器、制动器的液压缸。控制机构包括主油路调压阀、手动阀、换挡阀及锁止离合器控制阀等，安装在自动变速器上。,89-16,1.液压泵,a)半月形齿轮泵b)转子泵c)叶片泵1腔室2外部元件3内部元件,89-17,2.主油路系统,(1)主油路调压阀主油路调压阀的主要作用是根据车速和发动机负荷率的变化，将液压泵的压力精确调节至规定值，形成稳定的工作油压再输入主油路。,89-18,不同油压的功能要求,1）当发动机节气门开度较小时，主油路压力可以适当降低；而当发动机节气门开度较大时，主油路压力要升高才能满足要求。2）汽车以中、低速行驶时，所传递的转矩较大，主油路需有较高的压力（1.05MPa）；而在高速挡行驶时，主油路油压可降低。3）倒挡时，需提高操纵油压（主油路油压升高到1.75MPa）来避免出现打滑。,89-19,主油路压力调节方式,1）由选挡手柄的位置调节主油路的压力，在中低挡及倒挡时需增加主油路的压力，以满足汽车不同工况对油压的要求。2）由挡位及节气门开度调节主油路的压力。3）由挡位、节气门开度和车辆行驶速度调节主油路的压力。目前，这种方式的应用是最广泛的。,89-20,（2）主油路副调压阀（变矩器阀）主油路副调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节液力变矩器的液压，并保证各摩擦副润滑的油压和流向液压油冷却装置的油压，实际上是一个限压滑阀。,89-21,（3）换挡阀组换挡阀组包括手动换挡阀和换挡阀。换挡阀组通过改变液压操纵油路的方向来控制执行机构的工作，使自动变速器完成换挡动作。,89-22,手动阀,驾驶室内的变速器选挡操纵手柄通过一定的连杆机构与手动阀相连，手动阀是安装在控制系统阀板总成中的多路换向阀，其作用是根据不同的选挡杆位置依次将管路压力油接入相应各挡的油路。,89-23,换挡阀（变速阀）,电液式控制系统换挡阀的工作完全由换挡电磁阀控制。,a）电磁阀关闭b）电磁阀开启,89-24,电磁阀与换挡阀工作情况,89-25,89-26,89-27,（4）锁止控制系统作用是控制液力变矩器的油压以及锁止离合器的工作，主要元件为锁止离合器控制阀。,1变矩器2锁止离合器3脉冲线性式锁止电磁阀4锁止离合器控制阀,89-28,（5）缓冲安全系统提高自动变速器换挡品质和汽车的乘坐舒适性，取决于执行机构各元件的工作性能。为此，在液压系统中设置了缓冲安全系统，以保证换挡的可靠性和平顺性。为防止自动变速器在换挡时出现冲击，装有许多起缓冲和安全作用的缓冲阀、蓄压减振器。这类装置统称为缓冲安全系统。,89-29,缓冲阀,缓冲阀的作用是改善换挡的平顺性。,a)手控制阀在前进挡位置b)抬起加速踏板换直接挡1滑阀2弹簧3阀座,89-30,蓄能器缓冲换挡冲击,89-31,第三节汽车防滑液压控制系统,一、ABS液压系统的组成和工作原理二、ASR液压系统的组成和工作原理,89-32,（一）ABS的基本组成,电控单元，传感器，执行机构。,1轮速传感器2轮缸3液压调节器4制动主缸5ABSECU6报警灯,89-33,1.ABSECU,ABSECU接收各传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并向ABS执行机构下达控制指令来调节各车轮制动器的制动油压，控制各种执行器工作。,89-34,2.传感器,ABS采用的传感器包括轮速传感器和汽车减速度传感器两种。一般轮速传感器都安装在车轮上，有些后轮驱动的车辆将检测后轮速度的传感器安装在差速器内，通过后轴转速来检测，故又称之为轴速传感器。目前，国内外ABS控制车速范围是15160km/h，并将逐渐扩大到8260km/h，甚至更大。霍尔效应式轮速传感器适应面更广，现已得到广泛的应用。,89-35,执行机构,ABS执行机构主要由制动压力调节器和ABS报警灯组成。液压式制动压力调节器主要由电磁阀、液压泵和储液器等组成。制动压力调节器串接在制动主缸和轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。根据工作原理的不同，液压制动系统装用的制动压力调节器有循环式（压力调节器通过电磁阀直接控制制动压力）和可变容积式（压力调节器通过电磁阀间接控制制动压力）两种。,89-36,1轮缸2电磁阀3电动液压泵4蓄能器,（1）循环式制动压力调节器,89-37,电磁阀,89-38,回油泵与蓄能器,1偏心轮2回油泵柱塞3回油泵4蓄能器B通蓄能器A通轮缸,89-39,常规制动过程,1电磁阀2ECU3传感器4车轮5轮缸6液压部件7主缸8线圈9阀心10储液器11回油泵12踏板,89-40,保压过程,1电磁阀2ECU3传感器4车轮5轮缸6主缸7线圈8回油泵9储液器10踏板,89-41,减压过程,1电磁阀2ECU3传感器4车轮5轮缸6液压部件7主缸8线圈9储液器10电动机11回油泵12踏板,89-42,可变容积式压力调节器常规制动过程1ECU2传感器3车轮4轮缸5储液器6线圈7液压泵8电磁阀9柱塞10单向阀11液压部件12主缸13踏板,89-43,减压过程,1ECU2轮缸3传感器4车轮5储液器6线圈7柱塞8电磁阀9液压泵10蓄能器11单向阀12液压部件13主缸14踏板,89-44,保压过程,1ECU2轮缸3传感器4车轮5储液器6线圈7液压泵8电磁阀9柱塞10单向阀11液压部件12主缸13踏板,89-45,增压过程,1ECU2传感器3车轮4轮缸5储液器6线圈7柱塞8电磁阀9液压泵10蓄能器11单向阀12液压部件13主缸14踏板,89-46,4.ABS的分类,89-47,89-48,89-49,（二）ABS的工作原理,通过轮速传感器测量车轮转速并将这一数据传送到ECU上。ECU利用车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，车轮转速可与固化在ECU中的理想减速度的特性曲线相比较。如果ECU判断出车轮减速度太大和车轮即将抱死，它就将信号传送给液压执行装置。液压执行装置根据来自ECU的信号能够迅速地对制动器进行保压、减压、升压或常规制动，动作频率能达到10次/s以上。ABS的功用就是控制实际的制动过程，使之接近于理想制动过程。,89-50,（一）ASR的基本组成,1右前轮速传感器2比例阀和差压阀3制动主缸4ASR制动压力调节器5右后轮速传感器6左后轮速传感器7发动机控制电脑8ABSASR控制电脑9ASR关闭指示灯10ASR工作指示灯11ASR选择开关12左前轮速传感器13主节气门位置传感器14辅助节气门位置传感器15辅助节气门驱动步进电动机16ABS制动压力调节器,89-51,ASRECU,ASR和ABS的一些信号输入和处理都是相同的，为减少电子元件的使用量，使结构更加紧凑，ASR控制器与ABS电子控制单元通常集成在一起，成为ABS/ASRECU。,89-52,ASR传感器,ASR与ABS共用轮速传感器，而节气门开度传感器则与发动机电子控制系统共享。ASR选择开关是ASR专用的信号输入装置，将ASR选择开关关闭，ASR就不起作用。,89-53,ASR执行机构,在通往驱动车轮制动轮缸的管路中增设了一个ASR制动压力调节器，ASR制动压力源是蓄能器，通过电磁阀来调节驱动车轮制动压力的大小。ASR制动压力调节器对滑转车轮施加制动力并且控制制动力的大小，将滑转车轮的滑转率控制在目标范围之内。ASR制动压力调节器的结构形式有单独方式和组合方式两种。,89-54,单独方式的ASR制动压力调节器,1ABS制动压力调节器2ASR制动压力调节器3调压缸4三位三通电磁阀5蓄能器6压力开关7驱动轮制动器,89-55,组合方式的ASR制动压力调节器,1液压泵2ABSASR制动压力调节器3、8、9电磁阀4蓄能器5压力开关6循环泵7储液器10、11驱动轮制动器,89-56,节气门驱动装置,应用最广的方法是ASRECU通过改变发动机辅助节气门的开度来控制发动机的输出功率。在ASR不起作用时，辅助节气门处于全开位置。当需要减小发动机的驱动转矩来控制车轮滑转时，ASRECU就输出控制信号，使辅助节气门驱动装置工作（节气门驱动装置一般由步进电动机和传动机构组成。步进电动机根据ASRECU输出的控制脉冲转动规定的转角，通过传动机构带动辅助节气门转动），减小辅助节气门的开度使发动机进气量减少，从而达到控制发动机的输出功率、抑制驱动车轮滑转的目的。,89-57,（二）ASR的工作原理,汽车行驶时，ECU根据轮速传感器产生的驱动车轮及非驱动车轮的转速信号，确定驱动车轮的滑转率，如果ECU判断滑转率超出了目标范围，ECU再综合参考节气门开度信号、发动机转速信号、转向信号等因素确定控制方式，向相应执行机构发出指令，使驱动副节气门的步进电动机动作，减小节气门的开度，发动机的输出转矩减小，驱动轮上的驱动力矩也随着减小，从而将驱动车轮的滑转率控制在目标值之内。,89-58,（三）ABS与ASR的比较,ABS是在车速大于8km/h时制动才发挥作用，ASR则是在汽车行驶的过程中起作用，但当车速大于80120km/h时一般不起作用。,89-59,第四节汽车液压悬架系统,一、汽车电控液压悬架系统的组成和工作原理二、车高控制系统三、自适应悬架系统,89-60,一、汽车电控液压悬架系统的组成和工作原理,89-61,液压控制油路,1液压泵2调压阀3车身4液压缸5缓冲腔6衰减阀7螺旋弹簧,89-62,二、车高控制系统,车高控制系统是在被动悬架的基础上加装水平高度调节机构形成的。它能够根据车身负载的变化自行调节，使车身高度不随乘员和载荷的变化而改变，保证悬架始终都有合适的工作行程。车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调整机构一般分为空压式与液压式两类。液压式又分为千斤顶式和液压气动式，可与普通弹簧并联使用。,89-63,液压千斤顶式车身高度调节机构,89-64,液压气动机械控制式车身高度调节机构,1油箱2液压泵3管路4、5、12、13带气体弹簧的液压缸6漏液回收回路7高度调节阀（前桥）8前桥制动阀9优先控制阀10后桥制动阀11高度调节阀（后桥）,89-65,三、自适应悬架系统,自适应悬架的刚度和阻尼特性能根据车辆的行驶条件进行自适应调节。当汽车在正常路面行驶时，悬架的刚度和阻尼应设置得较低，以保证乘坐舒适性。在急转弯、快速起动及紧急制动时，提高阻尼可减少车身姿态变化。在凸凹不平及坏路面行驶时，提高阻尼力能快速吸收车身的振动，并降低轮胎接地点力的变化，减少轮胎动负荷。,89-66,液力主动控制自适应悬架系统,89-67,第五节液压动力转向系统,在汽车转向系统中增设动力装置后就称为“动力转向”。采用动力转向的目的，是使转向躁纵轻便，改善响应特性。目前的动力转向装置均采用液压作动力，利用油泵来建立液压，再经过控制阀来调节液压油的流量，根据汽车的行驶状态，控制转向系统。在转向时，转向动作仍由驾驶员来完成，但作用在转向机构上的力则由动力装置提供，因此，能使转向轻便省力。一、液压动力转向系统概述及分类二、液压动力转向系统的组成和工作原理,89-68,一、液压动力转向系统概述及分类,液压式动力转向系统是以液体的压力作动力完成转向加力动作的，工作介质多用油液，工作压力一般为815MPa。与气压动力转向比较，工作压力高、动力缸尺寸小、结构紧凑、质量小；由于油液具有不可压缩性，所以液压式动力转向灵敏度高、系统刚性好；油液的阻尼作用可以吸收路面冲击；助力装置也无需润滑。缺点是结构复杂，对加工精度和密封要求高等。液压式动力转向系统按液流的形式分为常流式和常压式两种。,89-69,常流式液压动力转向系统,常流式是指汽车在行驶中，转向盘保持不动，控制阀中的滑阀在中间位置时油路保持畅通，即油液从油罐吸入液压泵，又被液压泵排出，经控制阀回到油罐，一直处于常流状态。,1转向油罐2转向液压泵3转向管路4动力转向器,89-70,常压式液压动力转向系统,常压式是指汽车行驶中，无论转向盘转动或不转动，整个液压系统一直保持高压。通常用蓄能器保持压力，控制阀是常闭的。平时液压泵工作以提高蓄能器的压力，达到最大工作压力后，液压泵自动卸载而空转。与常流式相比，常压式液压元件多，结构复杂；蓄能器增加了充氮的工序；对系统的密封要求更高；液压泵的磨损较大；在转向阻力较小时，消耗的功率也较大。由于这些问题的存在，限制了它的使用，目前常压式转向系统应用较少。,89-71,分类,液压动力转向系统按控制阀形式分为滑阀式和转阀式两种。按动力缸、控制阀和转向器的相互位置可分为整体式和分置式两种：动力缸、控制阀与转向器合为一体的为整体式；动力缸和转向器分开布置的为分置式。按控制阀的位置分为三种形式：控制阀装在转向器上的为半整体式；控制阀装在动力缸上的为联阀式；控制阀装在转向器和动力缸之间的拉杆上的为联杆式。,89-72,整体式与分置式的比较,整体式动力转向系统结构紧凑、管路少、支架小、质量小、易于布置，因而在部分重型汽车、中型汽车和绝大多数高级轿车上得到应用。缺点是不能用于吨位较大的重型汽车上，前轴负荷要小或等于8t。分置式动力转向系统结构简单，根据不同车型的需要将控制阀灵活地布置在转向器、动力缸或拉杆上。可选用现有的转向器，加装控制阀、动力缸及液压泵和管路等，组成动力转向系统。但其管路布置要比整体式复杂得多，零件的数量也增加了。其显著特点是承受载荷的限制较小，特别是对超重型汽车和特种汽车，可以视需要增加动力缸的数目，增大缸径或改变动力缸的位置，以满足转向阻力矩增大的需要。,89-73,1.整体式动力转向系统,该动力转向系统由转向油罐、转向液压泵、转向管路、整体式动力转向器组成。,1转向油罐2转向液压泵3转向管路4动力转向器,89-74,2.半整体式动力转向系统,该转向系统中的转向器大都是滑阀式结构。,a)保持转向盘不动时b)向左转动转向盘时1转向盘2动力缸3转向螺杆4转向螺母5摇臂轴6转向摇臂7复位装置8单向阀9油罐10转向液压泵11阀体12滑阀,89-75,3.联阀式动力转向系统,该系统的控制阀与动力缸合为一体。,a)保持转向盘不动时b)向左转动转向盘时1转向盘2螺杆3螺母4摇臂轴5摇臂6中间摇臂7副拉杆8油罐9液压泵10溢流阀11阀体12滑阀13复位装置14动力缸,89-76,第六节液压系统设计及其实例,系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好。设计步骤大致为：1）明确设计要求；2）分析系统工况，进行总体规划；3）草拟液压系统原理图；4）选择液压元件；5）验算液压系统性能。一、液压系统设计二、液压系统设计计算举例,89-77,1.设计要求,1）明确主机用途、操作过程、周期时间、工作特点、性能指标和作业环境的要求；2）明确液压系统必须完成的动作，运动形式，执行元件的载荷特性、行程和对速度的要求；3）动作的顺序、控制精度、自动化程度和连锁要求；4）防尘、防寒、防爆、噪声控制要求；5）效率、成本、经济性和可靠性要求等。,89-78,2.总体规划,（1）确定液压执行元件,89-79,89-80,a)负载图b)速度图,（2）绘制液压系