混凝土攪拌車離合系統(tǒng)故障分析及改進(jìn)

張鴻剛

摘 要：某批次4x2型混凝土攪拌車在使用不到3個(gè)月的時(shí)間里，多輛車出現(xiàn)離合分離不徹底、離合器打滑、動(dòng)力性變差等現(xiàn)象。針對(duì)該問題提出了離合系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案，并對(duì)優(yōu)化改進(jìn)后的車輛進(jìn)行了跟蹤驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，車輛離合系統(tǒng)未再出現(xiàn)上述現(xiàn)象，用戶反饋效果良好，從而驗(yàn)證了改進(jìn)措施的可行性，對(duì)日后設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌車 離合系統(tǒng) 匹配 分析改進(jìn)

1 前言

在混凝土攪拌車實(shí)際使用過程中，由于各種原因會(huì)造成離合器出現(xiàn)打滑、離合器和飛輪燒蝕、離合分離不徹底、離臺(tái)發(fā)抖異響等失效形式，從而直接導(dǎo)致車輛無法正常工作，影響車輛出勤率。有效地減小離合器的失效是離合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮的問題，離合系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2 離合器故障現(xiàn)象及原因分析

2.1離合器故障現(xiàn)象

某用戶團(tuán)購某4x2型混凝土攪拌車，在使用不到3個(gè)月的時(shí)間里，用戶反映多輛車出現(xiàn)離合分離不徹底、離合器打滑，動(dòng)力性變差等現(xiàn)象，經(jīng)檢查離合踏板無自由行程，拆解后離合器從動(dòng)盤燒蝕，并且個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)曲軸止推片磨損脫離故障。

2.2離合器故障原因分析

2.2.1離合器后備系數(shù)校核

針對(duì)離合器從動(dòng)盤燒蝕現(xiàn)象，專門對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器離合機(jī)構(gòu)匹配進(jìn)行了重點(diǎn)校核，由于用戶反映車輛動(dòng)力性變差，首先對(duì)離合器后備系數(shù)β進(jìn)行校核。

離合器壓盤額定壓緊力F_e=11.5kN，從動(dòng)盤外徑D₁=350mm，內(nèi)徑D₂=200mm，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩M_e的計(jì)算公式：

M_e=F_e×R_CP×n×μ×η

（1）式中：R_CP為摩擦面的有效半徑；n為離合器摩擦面系數(shù)（單面n=2；雙面n=4），取n=2；μ為壓盤對(duì)摩擦面的摩擦系數(shù)，取μ=0.3；η為傳動(dòng)效率，取η=0.95。

R_CP按均壓法計(jì)算：R_CP=（D₁³—D₂³）/[3X（D₁²—D₂²）]，計(jì)算得RCP=140.9mm。

離合器所能傳遞的最大摩擦轉(zhuǎn)矩為：M_e=923.6N·m。

已知該車輛發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩M_emax=430N·m，根據(jù)后備系數(shù)計(jì)算公式：β=M_c/M_emax=2.15。

計(jì)算結(jié)果符合中、重型車輛后備系數(shù)在1.5～2.25范圍的要求。

2.2.2離合器滑磨功校核

汽車起步或換擋時(shí)，因離合器的從動(dòng)盤和壓盤的轉(zhuǎn)速不同，從而產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)摩擦，通過相對(duì)摩擦使汽車平穩(wěn)起步或平順換擋，離合器結(jié)合過程中所產(chǎn)生的滑磨功不僅消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率、引起從動(dòng)盤磨損，而且還產(chǎn)生熱量，使離合器工作溫度升高；工作溫度過高，會(huì)使壓盤受熱后翹曲變形，影響摩擦面之間的良好接觸，甚至產(chǎn)生裂紋和開裂，也會(huì)使從動(dòng)盤翹曲變形，甚至表面熱龜裂或燒損，因此對(duì)離合器滑磨功W和位滑磨功w的計(jì)算尤為重要。滑磨功W的計(jì)算公式：

W=π²n_e²mR_R²/（1 800×i_gl×i₀²）

（2）式中，n為汽車起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)豐富的試車員提供的數(shù)據(jù)，取n_e=1 000r/min；m為整車質(zhì)量16 000kg；R_R為輪胎滾動(dòng)半徑，R_R=0.497m；i_gl為變速器一檔速比7.31；i₀為驅(qū)動(dòng)橋總速比6.33。

將相關(guān)參數(shù)帶入式（2）計(jì)算可得：W=1O.11kJ。

對(duì)于滑磨功W相同，摩擦面積不同的離合器，其發(fā)熱和磨損情況顯然也不相同，因此通常以單位滑磨功w的計(jì)算來評(píng)價(jià)離臺(tái)器的耐磨性能。單位滑磨功w的計(jì)算公式：

w=W/（nA）

（3）式中，A為從動(dòng)盤單面摩擦面的面積，取A=64 763mm²。

由式（3）計(jì)算可得：w=7.8lxl0^-5kJ/mm²（一檔）；根據(jù)《膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計(jì)與制造》中推薦的許用單位面積滑磨功：[w]≤25×l0^-5kJ/mm²，可知該離合器單位面積滑磨功符合使用要求。

2.2.3離合器踏板自由行程和踏板總行程設(shè)計(jì)校核

該車離合器操縱機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償氣壓免調(diào)助力器，離合踏板采用吊掛式踏板。離合器踏板的總行程S是由工作行程S₁和離合器踏板自由行程S₀兩部分組成，即：S=S₁+S₀。

2.2.3.1離合器踏板自由行程S₀的計(jì)算

離合器踏板自由行程S₀計(jì)算公式：

S₀=（△S₁+△S₂×i₂i₃）i₁，

（4）式中：△S₁為離合主泵活塞與推桿間隙，△S₁=1.6mm； △S₂為變速器分離軸承自由行程，因該車裝配自動(dòng)補(bǔ)償氣壓助力器，故△S₂=O；i₂離合系統(tǒng)液壓傳動(dòng)比，i₂=1.44；i₃為離合器分離杠桿傳動(dòng)比，i₃=1.38；i₃為離合踏板傳動(dòng)比，i₁=3.1。

將數(shù)據(jù)帶入式（4）可得：S₀=4.96mm。

2.2.3.2離合器工作行程S₁的計(jì)算

離合器工作行程S₁計(jì)算公式：

S₁=i₁i₂i₃ξ△S

（5）式中，ξ為液壓離合銅制油管系數(shù)，取ξ=l； △S為離合器分離行程，△S=14mm。

經(jīng)式（5）計(jì)算可得：S₁=86.2mm。

離合器踏板的總行程S=S₁+S₀=91.16mm，此時(shí)離合總泵活塞的行程△S₃=S/i₁=29.4mm3