重型拖拉機主離合器系統失效分析

董文華，范振喜，鞠 超，慕海鋒

（拖拉機動力系統國家重點實驗室洛陽拖拉機研究所有限公司，河南洛陽 471003）

0 引言

拖拉機主離合器系統的用途是使拖拉機換擋時斷開發動機與傳動系之間動力傳輸，減小輸入端轉動慣量，保證換擋平順；起步時斷開發動機與傳動系之間動力傳輸，并通過腳踏板緩慢結合動力，保證拖拉機起步平穩；田間作業時離合器上扭轉減振器減弱傳動系的載荷波動；惡劣工況下，離合器摩擦片滑轉限載，保護零部件安全。一旦作業過程中主離合器系統發生故障，將會影響拖拉機換擋操作，嚴重時拖拉機將無法運行。拖拉機主離合器系統一般由離合器總成和操縱機構兩部分組成。目前，市面上拖拉機主離合器操縱機構主要有機械式、液壓助力式和液壓操縱氣壓助力式等。由于重型拖拉機為147 kW以上的拖拉機，發動機扭矩大，離合器需要傳遞的扭矩大，離合器壓緊力偏大，簡單機械操縱結構已無法滿足駕駛操縱需求，目前市面上重型拖拉機主離合器操縱機構主要有液壓助力和液壓操縱氣壓助力兩種形式。這兩種操縱機構較傳統機械操縱復雜，故障表現形式及解決方案與傳統機械操縱有很大區別，目前未見重型拖拉機主離合器系統失效分析的相關介紹，本文針對重型拖拉機主離合器系統不同失效故障現象進行分析研究。

1 重型拖拉機主離合器系統結構特點

考慮到單片離合器從動結構轉動慣量小，分離徹底，散熱好等優點，重型拖拉機主離合器多采用干式單片單作用離合器。離合器壓緊機構主要有螺旋彈簧壓緊和膜片彈簧壓緊兩種壓緊形式；螺旋彈簧價格低，但彈簧本身形變量與操縱力成正比，離合器使用后摩擦片磨損，若分離踏板操縱力不變，離合器扭矩儲備則降低。膜片彈簧壓緊的離合器分離指代替離合器的分離杠桿機構，使結構簡單、緊湊；膜片彈簧具有變剛度特性，使離合器操縱輕便[1]；此外，受膜片彈簧特性曲線的影響，分離行程內踏板操縱力較平順。離合器使用后摩擦片磨損，若分離踏板操縱力不變，離合器扭矩儲備變化不大，但膜片彈簧較螺旋彈簧價格偏高。

目前市面上液壓操縱氣壓助力機構存在結合粗暴，駕駛舒適性差的缺點，正逐步被液壓助力操縱機構代替，以下主要對液壓助力操縱機構主離合器系統故障分析研究。

2 重型拖拉機主離合器系統故障分析

重型拖拉機主離合器系統在正常使用條件下，一般新拖拉機主離合器系統故障率較低，使用較長時間后，摩擦片磨損量增加引起的分離指翹起，翹起量超過自由行程，分離軸承壓緊離合器分離指，離合器壓緊力降低，靜摩擦力矩也隨之降低，遇到重負載工況，摩擦片和壓盤發生相對滑動，加劇摩擦片磨損，使離合器摩擦片溫度升高，摩擦系數降低，嚴重時摩擦片發生燒蝕，使整個離合器系統發生故障。

拖拉機屬于季節性生產工具，兩個生產季之間，拖拉機長時間閑置，離合器系統也易發生故障。由于長時間停放，會導致助力油管泄漏和進氣，管路中有氣體，踏板操縱行程不足使離合器分離，離合器分離不徹底，摩擦片與壓盤滑摩，摩擦片溫度迅速升高而燒結，進而引起離合器系統故障。

重型拖拉機主離合器系統故障主要分為四類：引起離合器傳遞扭矩不足的故障；離合器分離不徹底的故障；拖拉機起步抖動的故障；造成駕駛員操縱困難的故障；以下對重型拖拉機主離合器系統在實際使用過程中遇到的各種故障現象進行判斷與排除。

2.1 離合器打滑

2.1.1 故障現象

1）在平整路面上，拖拉機打火起步，掛上低速擋，松開離合器踏板，拖拉機提速緩慢，發動機動力不能完全傳至傳動系輸入軸。

2）拖拉機加速時，踩下油門踏板，速度提升慢，感覺提速無力。

3）當拖拉機負載過大起步或爬升坡度較大路面時，拖拉機打滑嚴重。

2.1.2 故障原因分析

1）離合器踏板自由行程太小，松開離合器踏板，分離軸承壓在離合器分離指上，降低了離合器壓緊力，靜摩擦力矩也隨之降低，導致離合器扭矩儲備系數降低。

2）離合器設計匹配不當，離合器扭矩儲備系數選擇過小，造成正常工作時出現打滑。

3）傳動系密封件破損，離合器摩擦片粘上油液，摩擦系數降低，導致離合器扭矩儲備系數降低。

4）嚴重超載使用拖拉機，超過了離合器的設計承載能力而造成打滑。

2.1.3 故障判斷與排除

在平整路面上，拉上手制動，拖拉機打火起步，掛上低速擋，駕駛員緩慢松開離合器踏板，逐漸加大油門，若拖拉機不動，發動機正常運轉，表明離合器打滑。不操縱離合器踏板，旋轉離合器分離叉軸，若能向離合器分離方向轉動，則證明有自由行程，反之，調整離合器分離叉軸安裝角度。自由行程調整后問題仍沒有解決，應拆下離合器檢查摩擦片清潔和磨損狀況。若有油污，檢查傳動系密封件是否破損漏油；如沒有上述情況，拖拉機又沒有超載使用，則需要重新校核離合器扭矩儲備系數。

2.2 離合器分離不徹底

2.2.1 故障現象

離合器踏板踩到底，換擋桿操縱力過大或掛不上擋，掛擋有齒輪打齒聲響。

2.2.2 故障原因分析

1）離合器分離指與分離軸承之間自由間隙過大，離合器踏板踩到底，踏板有效行程不足使離合器完全分離。

2）離合器液壓油路進氣，分離油缸的工作行程不足克服離合器分離行程。

3）從動盤盤轂內花鍵與傳動系輸入軸外花鍵配合公差過緊，從動盤軸向移動不暢。

4）離合器液壓油路壓力過低，不足克服離合器壓緊力。

2.2.3 故障判斷與排除

在平整路面上，拖拉機打火起步，掛上低速擋，離合器踏板踩到底，若拖拉機移動，說明離合器分離不徹底。首先檢查液壓油路是否有泄漏，其次對離合器系統進行排氣，排氣后檢查離合器踏板自由行程，如果踏板自由行程超過40 mm，應調整離合器分離叉軸安裝角度，減小自由行程。自由行程調整后問題仍沒有解決，應拆下離合器檢查，檢查從動盤轂是否能在傳動系輸入軸上正常滑動，如能輕松滑動，檢查從動盤摩擦片、壓盤與離合器分離指平面度是否超差。

2.3 拖拉機起步發抖

2.3.1 故障現象

在平整路面上，拖拉機打火起步，掛上低速擋，駕駛員緩慢松開離合器踏板，拖拉機抖動，加速不連續，行駛振動強烈。

2.3.2 故障原因分析

1）離合器固定不牢固，發動機與傳動系之間扭矩傳遞不穩定。

2）離合器偏磨，摩擦片表面承受力不均。

3）扭轉減振器彈簧失效。

4）離合器儲備系數過大，結合粗暴。

2.3.3 故障判斷與排除

在平整路面上，發動機怠速運轉，踩下離合器踏板，傳動系掛低擋，緩慢松開離合器踏板，拖拉機起步，檢查此時拖拉機抖動情況。若存在拖拉機起步抖動，采用扭矩扳手檢查離合器固定螺栓是否松動，有松動則緊固[2]；檢查分離軸承端面磨損是否平齊，若偏磨，拆解離合器，檢查分離指是否翹曲變形，若發生形變，則更換離合器分離機構；如上述良好，分別測量離合器摩擦片、壓盤平面度是否超差，若超差，則更換新離合器總成；排除上述原因后，若起步拖拉機仍然抖動，考慮該離合器儲備系數是否過大。

2.4 離合器操縱沉重

2.4.1 故障現象

很難將離合器踏板踩到底，感到沒有助力。

2.3.2 故障原因分析

1）離合器泵推桿偏角大于5°。

2）離合器系統液壓油路泄漏，壓力過低。

3）離合器系統液壓油路進氣。

2.3.3 故障判斷與排除

1）檢查離合器泵推桿安裝角度，保證推桿擺角不大于5°。

2）檢查液壓油路是否有泄漏，如有泄漏，更換破損零件，重新連接，測量系統壓力。

3）檢查油路是否有氣體，并對液壓油路進行排氣操作。

3 重型拖拉機主離合器系統設計和使用注意事項

設計重型拖拉機主離合器系統時，考慮到離合器系統操縱舒適性，單作用離合器踏板操縱力不大于200 N，踏板操縱力方向一般應與水平方向成30°左右夾角為宜，踏板操縱行程不宜超過200 mm，其中自由行程為20～40 mm[1]。從動盤花鍵轂與傳動系輸入軸花鍵配合一般采用H9/e8間隙配合。考慮到離合器系統可靠性，重型拖拉機主離合器儲備系數不宜低于3，離合器壓盤應具有良好的吸熱和散熱能力，離合器摩擦片摩擦材料應具有良好的抗熱衰退性和恢復性。

用戶在使用重型拖拉機時，踏板自由行程小于15 mm時，應及時按照規定調大自由行程整；拖拉機長時間停放后，再次使用前要檢查管路是否泄漏，并進行排氣操作；駕駛拖拉機時，正確使用離合器，不要長時間把腳放在離合器踏板上，避免離合器摩擦片長時間滑摩。

4 結語

根據多年積累的工作經驗，針對重型拖拉機主離合器常見故障現象，通過對重型拖拉機主離合器打滑、離合器分離不徹底、拖拉機起步發抖和離合器操縱沉重等故障現象進行分析。并從重型拖拉機主離合器系統設計、維修及用戶日常維護等給出相關建議，為設計者和維修人員提供參考。