针对现有矿用柴油机轨道牵引机车离合器与变速器操纵复杂、操纵机构相互独立的问题,本文基于手动循环换挡机构,提出了一种能够实现离合器与变速器集中操纵的离合器执行机构,该离合器执行机构对于减轻井下恶劣工作环境中驾驶员的劳动强度、降低操纵难度具有实际意义。机车离合器执行机构采用执行凸轮机构控制离合器的分离与接合,执行凸轮机构通过齿轮组与换挡操纵杆连接,实现换挡过程中离合器与变速器的集中操纵。本文借助虚拟样机技术对离合器执行机构的分离与接合性能以及操纵性能进行了研究,为离合器执行机构的设计以及离合器与变速器集中操纵系统的应用提供了理论依据。本文首先阐述了离合器执行机构与换挡机构集中操纵系统的结构组成与工作原理,通过分析离合器执行机构中膜片弹簧的载荷—位移特性、分离轴承总成的运动规律,得出执行凸轮设计的关键参数;在分析机车运动学基础上,建立了机车离合器接合过程的数学模型,并参考通用车辆确定了机车离合器执行机构的评价方法。其次,对机车离合器执行机构关键部件进行了受力分析;使用MATLAB软件对执行凸轮进行了参数化建模;利用ANSYS有限元软件对关键部件膜片弹簧进行了柔性体建模;以CCG8型防爆柴油机车为例,使用CATIA、接口软件Sim Designer和ADAMS软件建立了离合器执行机构的虚拟样机模型。最后,结合机车实际工况,对离合器执行机构的起步和换挡过程进行了刚柔耦合动力学仿真,通过仿真得出了离合器起步和换挡过程中的主从动盘角速度、传递扭矩、滑磨功、冲击度、驱动扭矩、分离轴承总成位移曲线,分析了离合器执行机构性能。得出以下结论:(1)离合器执行机构能够完成离合器起步和换挡中的分离与接合,且冲击度和滑磨功均满足机车参考值,执行机构最大操纵力在驾驶员操纵的合理范围内,执行机构具有良好的分离与接合性能;(2)驾驶员的操纵速度加快,起步和换挡过程的冲击度增大,滑磨功减小,最大操纵力增大;(3)执行凸轮升程角减小,起步过程滑磨功减小,但离合器冲击度和操纵力增大较为明显,设计执行凸轮升程角时,需要综合考虑对离合器接合性能与操纵性能两个方面的影响。