一種輪式拖拉機(jī)制動系統(tǒng)故障分析和優(yōu)化改進(jìn)

李梅芹 魏磊 樊銀斌

摘 要：針對拖拉機(jī)底盤發(fā)熱、單邊制動不靈敏和制動距離長等問題，進(jìn)行充分的分析和試驗，找出發(fā)熱源和影響制動效果的因素，通過在后橋殼體及制動器殼體之間增加潤滑油道、制動操縱系統(tǒng)改進(jìn)和制動器改進(jìn)，解決發(fā)熱的問題。

關(guān)鍵詞：制動器；制動操縱機(jī)構(gòu)；制動摩擦片；制動壓盤

1 前言

某型號輪式拖拉機(jī)在試銷過程中，因整機(jī)地隙高、使用質(zhì)量小更適合水田作業(yè)而受到了好評；但是在旱田區(qū)域作業(yè)時，部分用戶反映該產(chǎn)品發(fā)生底盤高溫現(xiàn)象，影響了該機(jī)型的商品化速度。經(jīng)服務(wù)人員初步分析，認(rèn)為發(fā)熱源可能在制動系統(tǒng)；技術(shù)人員針對該機(jī)型的底盤、整機(jī)進(jìn)行了連續(xù)重負(fù)荷試驗，同時還發(fā)現(xiàn)單邊制動不靈敏、整機(jī)制動距離較長、制動操縱沉重的問題。

為進(jìn)一步研究并解決該問題，設(shè)計人員對該產(chǎn)品進(jìn)行全面系統(tǒng)分析和優(yōu)化改進(jìn)，解決底盤發(fā)熱和制動力不足的問題，提升品質(zhì)并滿足用戶的使用要求。

2 市場故障分析

2.1 整機(jī)試驗

在試驗場地，多臺整機(jī)在行駛30min左右，底盤溫度開始明顯上升，整機(jī)行駛1h左右，底盤溫度穩(wěn)定在95℃左右，測量座椅附近溫度41℃左右。實驗表明，該機(jī)型發(fā)熱情況很普遍。

針對此問題進(jìn)行逐步排除：

2.1.1 首先對液壓系統(tǒng)進(jìn)行對比試驗

選一臺整機(jī)進(jìn)行試驗，在試驗進(jìn)行40min之后，底盤溫度高于液壓系統(tǒng)溫度，而且該機(jī)型液壓系統(tǒng)和底盤系統(tǒng)采用分油結(jié)構(gòu)，兩個系統(tǒng)的潤滑油不流通，因此排除了液壓系統(tǒng)引起底盤高溫。

2.1.2 對底盤各部位進(jìn)行對比試驗

因為變速箱總成和后橋總成處于駕駛室下方，不宜測量，因此只對整機(jī)后端的動力輸出總成、末端傳動總成和制動器總成進(jìn)行了溫升對比試驗。

試驗開始10min之后，測量發(fā)現(xiàn)制動器總成開始升溫，而動力輸出總成和末端傳動總成沒有發(fā)現(xiàn)溫升情況；在30min時，整個底盤溫度開始上升，并且制動器部位溫度高于底盤其他部位溫度。試驗時間在40min時，整個底盤油溫穩(wěn)定在95℃左右。通過實驗初步認(rèn)為是由于制動器發(fā)熱造成底盤溫度過高。

2.1.3 針對制動器進(jìn)行專項試驗

對試驗場已完成調(diào)試的該機(jī)型進(jìn)行抽檢試驗，試驗內(nèi)容包括：對制動操縱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，放松或拉緊之后，進(jìn)行制動性能試驗，包括單邊制動和制動距離試驗；同時，調(diào)整制動拉桿，使制動摩擦片和制動壓盤之間間隙調(diào)到最大和最小，分別進(jìn)行行駛試驗，并測量底盤溫度。

實驗發(fā)現(xiàn)：

①該機(jī)型單邊制動不靈敏；整機(jī)制動距離20m左右，制動減速度符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但相對其他機(jī)型，制動距離較長，且地面無明顯的制動印痕；

②制動拉桿調(diào)整后，整機(jī)的制動操縱有變化，拉桿調(diào)緊時，整機(jī)制動距離較小；拉桿調(diào)整到最松的時候，整機(jī)制動距離較大。但無論間隙大小，行駛1h后，測量底盤油溫均達(dá)到95℃左右。

③制動操縱機(jī)構(gòu)使用過程中，發(fā)現(xiàn)駕駛室支撐部位有明顯的上下起伏變形，這會造成制動系統(tǒng)的操縱效率降低，一部分操縱力消耗在支撐部位的變形中。

2.2 底盤磨合試驗

（1）磨合試驗進(jìn)行10min左右，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)底盤變速箱總成與后橋總成對接部位、分動箱與后橋?qū)硬课弧⒅苿悠鞑课坏?個區(qū)域，溫度開始高于底盤其他部位，隨后制動器部位溫度逐漸高于底盤其他部位。

（2）底盤磨合40min左右，制動器部分溫度明顯發(fā)燙，底盤溫度開始逐步升高；試驗80min左右，底盤溫度穩(wěn)定在90℃左右。

（3）同時磨合的還有其他兩個機(jī)型底盤，同步監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，這兩種底盤制動器部位也有局部溫度高于底盤其他部位的現(xiàn)象，但是最終并未造成底盤高溫。

2.3 制動器殼體的變形情況進(jìn)行驗證

因為該機(jī)型制動器殼體是大平板結(jié)構(gòu)，擔(dān)心在使用過程中產(chǎn)生變形，不利于制動。重新組裝一臺該后橋總成，安裝制動器總成后，使用撬杠對制動器殼體施加壓力，用高度千分尺測量制動器殼體的變形量，未發(fā)現(xiàn)有變形情況，證明制動力不足不是制動器殼體變形造成。

試驗結(jié)果表明：

①該進(jìn)行溫度過高是由于底盤制動器發(fā)熱造成；

②制動器操縱機(jī)構(gòu)傳動效率過低，操縱不靈敏，使用舒適性不佳；

③制動器制動性能偏差，制動距離較長；

2.4 制動器拆解分析

將試驗后底盤拆解，并進(jìn)行尺寸檢測，以及磨損痕跡檢查，分析結(jié)果如下：

（1）摩擦片外邊與制動器殼體部位有較明顯摩擦痕跡，觀察發(fā)現(xiàn)制動器殼體的摩擦片安裝面存在加工不清根的現(xiàn)象，分析認(rèn)為加工殘留部分與制動摩擦片外邊摩擦造成發(fā)熱。

（2）該后橋殼體與某機(jī)型后橋殼體的制動器安裝部位對比，發(fā)現(xiàn)某機(jī)型有潤滑油過油孔，而該機(jī)型沒有過油孔，分析認(rèn)為，增加過油孔有利于潤滑油循環(huán)，帶出制動器摩擦產(chǎn)生的雜質(zhì)，減少發(fā)熱，并且有利于散熱。

2.5 制動行程理論分析

對照生產(chǎn)圖紙進(jìn)行計算，制動器制動間隙為0.4～0.9mm，制動系統(tǒng)杠桿比為55，鋼球直徑φ18mm。

制動器作用過程中，操縱系統(tǒng)推動制動壓盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使鋼球與壓盤錐窩配合部位產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而使壓盤壓緊制動摩擦片，產(chǎn)生制動力矩。按照這個運(yùn)動過程，計算出操縱系統(tǒng)的理論行程。

圖中S尺寸是鋼球在制動過程中運(yùn)動的最大弧長，計算處弧長S后，通過作圖法計算分析處制動器撥塊的運(yùn)轉(zhuǎn)角度β，并進(jìn)一步計算出踏板行程。

按制動間隙0.4mm計算，理論計算踏板行程為97.59mm；若按照最大制動間隙0.9mm計算，同時將操縱系統(tǒng)各零部件之間的間隙代入，則操縱行程將大于200mm。

同時，理論計算得出整機(jī)的最小制動距離為：L=12.916 m。

而實際測量踏板行程在150mm左右，實測行車制動距離在20m左右，均比理論計算值大很多。

通過以上分析，認(rèn)為制動器存在3方面問題，這3方面共同導(dǎo)致制動器異常發(fā)熱，造成底盤高溫：

①制動器與后橋總成無潤滑油孔，不利于潤滑油循環(huán)；

②制動器產(chǎn)生的制動力矩偏小，導(dǎo)致單邊制動和行車制動距離偏大。

③制動器操縱系統(tǒng)操縱效率過低，造成操縱力大和操縱不到位的故障。

3 改進(jìn)措施

針對以上分析結(jié)果，對制動器存在的3方面問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計：

（1）后橋殼體及制動器殼體之間增加潤滑油道，使制動器殼體與后橋殼體之間的潤滑油能有效循環(huán)，利用散熱和帶出制動器摩擦雜貨，改善制動環(huán)境。加大制動器殼體與摩擦片外徑之間的間隙，控制加工清根。

實驗證明，這兩個措施使底盤高溫情況得到部分改善，底盤溫度有所降低，試驗溫度保持在85°左右。

（2）針對踏板行程不夠問題，對制動操縱系統(tǒng)杠桿比進(jìn)行調(diào)整，將操縱杠桿比由55調(diào)整為28，此時按制動間隙0.4mm計算，理論計算踏板行程為52.15mm，實測踏板行程為85～90mm，滿足使用需求。但是此時制動踏板力比較大，操縱沉重。實測踏板力為500N左右，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19407《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)操縱裝置最大操縱力》要求的600N范圍內(nèi)，但是使用舒適性不佳。

（3）制動器改進(jìn)設(shè)計。根據(jù)計算分析結(jié)構(gòu)，對制動器進(jìn)行針對性改進(jìn)：

①原設(shè)計制動器制動力矩偏小，不能在整機(jī)制動時徹底抱死驅(qū)動軸，導(dǎo)致制動距離偏大。為了保證改進(jìn)后制動器與整機(jī)的適配性，決定采用增加摩擦片對數(shù)的方法來增大制動力矩，將該機(jī)型的單摩擦片制動器改為雙摩擦片，使摩擦面對數(shù)由2變?yōu)?。

②調(diào)整制動器殼體深度尺寸，以保證改進(jìn)后制動器雙摩擦片、以及摩擦片隔板的裝配。

③加大制動器殼體內(nèi)腔直徑，防止摩擦片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，與制動器殼體之間產(chǎn)生異常發(fā)熱。

④因摩擦片增加之后，制動器制動間隙增大，因此將壓盤錐窩角度由144°調(diào)整為136°，這樣可以通過減小制動弧長S來減少制動行程。同時采用杠桿比為25的制動操縱系統(tǒng)，此時理論踏板行程為78mm，實際裝車測量為90mm，操縱機(jī)構(gòu)滿足使用要求。

通過以上措施，將制動器重新設(shè)計，使制動系統(tǒng)制動距離、單邊制動等性能要求，同時實測制動踏板力降低到300N左右，操縱力減小一半，操縱舒適性得到很大提高。

4 結(jié)論

通過措施1和措施2，加強(qiáng)駕駛室支撐、在制動器與后橋總成之間增加潤滑油道、并且調(diào)整制動系統(tǒng)杠桿比后，該機(jī)型制動性能有所改善，底盤高溫情況和制動性能得到改善。新設(shè)計雙摩擦片制動器能有效解決該機(jī)型存在的單邊制動、制動距離大等問題，經(jīng)過連續(xù)實況模擬試驗底盤油溫可控制在70℃左右，整機(jī)高溫情況得到解決，并且操縱舒適性得到明顯改善。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：第一拖拉機(jī)股份有限公司中小輪拖裝配廠）