摘要：主摩擦片離合器為連接底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)與上裝之間的傳動(dòng)件，是單發(fā)洗掃車傳動(dòng)的關(guān)鍵件，在使用過(guò)程中主離合器故障主要表現(xiàn)為主摩擦片離合器摩擦片燒結(jié)和主摩擦片離合器無(wú)法嚙合，其中主摩擦片燒結(jié)故障占主摩擦片離合器故障總數(shù)的90%以上。針對(duì)主摩擦片離合器燒結(jié)故障率高的問(wèn)題，重點(diǎn)分析了主摩擦片燒結(jié)原因，并提出通過(guò)延長(zhǎng)離合器嚙合時(shí)間、規(guī)范用戶操作、提高輸出軸花鍵精度、增加保護(hù)罩殼等改進(jìn)措施，有效解決了主摩擦片燒結(jié)故障率高的問(wèn)題，進(jìn)一步提高了整車的可靠性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)伟l(fā)洗掃車；主摩擦片離合器；摩擦片燒結(jié)；可靠性

中圖分類號(hào)：U467 收稿日期：2024-01-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.017

1 前言

近年來(lái)洗掃車在城市道路清掃工作中扮演著越來(lái)越重要的角色，為進(jìn)一步節(jié)能、環(huán)保，降低燃油消耗并提高排放，各環(huán)衛(wèi)廠家紛紛開(kāi)始研發(fā)并推出單發(fā)洗掃車[1]，主摩擦片離合器作為單發(fā)洗掃車連接底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)與上裝之間的傳動(dòng)件，是傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件[2]，在使用過(guò)程中主離合器故障主要表現(xiàn)為主摩擦片離合器摩擦片燒結(jié)和主摩擦片離合器無(wú)法嚙合，其中主摩擦片燒結(jié)故障占主摩擦片離合器故障總數(shù)的90%以上，主摩擦離合器燒結(jié)導(dǎo)致單發(fā)洗掃車輛無(wú)法正常作業(yè)，影響用戶使用，降低了整車的可靠性，因此解決主摩擦片離合器摩擦片燒結(jié)問(wèn)題迫在眉睫。

2 主摩擦片離合器組成

主摩擦片離合器主要由主動(dòng)件1、防塵圈2、主摩擦片3、鋼片4、彈簧片5、從動(dòng)件6、進(jìn)氣環(huán)7、從動(dòng)輸出軸8等組成，如圖1所示。

氣動(dòng)主摩擦式離合器主動(dòng)件固定在主傳動(dòng)軸上，從動(dòng)輸出軸與從動(dòng)軸連接，主、從動(dòng)件相接處分別裝有摩擦片，以增加摩擦因數(shù)。工作時(shí)通過(guò)向進(jìn)氣環(huán)的氣缸通氣，氣壓推動(dòng)鋼片與主摩擦片相結(jié)合，兩個(gè)摩擦片壓緊，產(chǎn)生摩擦力，從動(dòng)部分便跟隨主動(dòng)部分一起運(yùn)動(dòng)。

氣動(dòng)摩擦片式離合器有以下特點(diǎn)：

a.通過(guò)氣壓來(lái)控制動(dòng)力傳動(dòng)的分離和吸合，卸壓分離，增壓吸合。

b.吸合和分離動(dòng)作均可在高速旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行。

c.增壓吸合狀態(tài)，氣壓為0.7 MPa。

d.應(yīng)用于干式無(wú)油場(chǎng)合。

3 主摩擦片離合器燒結(jié)故障原因

針對(duì)主摩擦片離合器摩擦片燒結(jié)故障進(jìn)行原因分析，如圖2所示。

主摩擦片離合器摩擦片燒結(jié)原因包括離合器摩擦片損壞及離合器摩擦片表面板結(jié)，下面對(duì)造成這兩個(gè)故障的原因進(jìn)行逐一分析。

3.1 離合器嚙合時(shí)間短，負(fù)載沖擊大

單發(fā)洗掃車傳動(dòng)系統(tǒng)流程如圖3所示。

由流程圖可知，底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)全功率取力器，向主摩擦片離合器傳遞動(dòng)力，再分別向上裝各系統(tǒng)單元傳遞動(dòng)力。目前底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速提升至作業(yè)轉(zhuǎn)速時(shí)間為6 s，因此離合器嚙合時(shí)間最長(zhǎng)為6 s，最大扭矩約為830 N·m。當(dāng)離合器嚙合時(shí)間過(guò)短時(shí)，導(dǎo)致主摩擦片離合器在啟動(dòng)過(guò)程中負(fù)載驟然增加，造成摩擦片離合器的摩擦片因打滑損壞。圖4為底盤(pán)6 s提速扭矩轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。

3.2 用戶操作不規(guī)范

目前主摩擦片離合器為氣動(dòng)多片式離合器，當(dāng)?shù)妆P(pán)氣壓供氣不足或因離合器氣室密封損壞[3]導(dǎo)致漏氣，未達(dá)到離合器嚙合要求的壓力時(shí)，倘若盲目啟動(dòng)作業(yè)，主摩擦片離合器未能完全嚙合，無(wú)法提供滿足上裝需要的驅(qū)動(dòng)力矩，容易出現(xiàn)主摩擦片打滑，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就會(huì)造成主摩擦片燒結(jié)。

3HatA/hXD3w30dSVxhHXWgg==.3 離合器摩擦片嚙合過(guò)程不順暢

離合器摩擦片與導(dǎo)軌采用花鍵副作為滑動(dòng)支撐?；ㄦI采用線切割加工方式，配合面精度Ra6.3，表面有輕微加工痕跡（圖5），導(dǎo)致離合器摩擦片花鍵嚙合過(guò)程不順暢，存在嚙合不到位或者脫離不徹底現(xiàn)象，且主摩擦片離合器氣缸在推拉回位過(guò)程中無(wú)導(dǎo)向裝置，存在氣缸伸縮過(guò)程中發(fā)生偏移導(dǎo)致的嚙合不到位和卡滯現(xiàn)象，摩擦片長(zhǎng)時(shí)間處于半嚙合甚至打滑狀態(tài)，導(dǎo)致摩擦片燒結(jié)損壞。

3.4 離合器工作環(huán)境惡劣粉塵多

主摩擦片離合器位于單發(fā)洗掃車車架上、清水箱后位置，在洗掃作業(yè)過(guò)程中離合器表面常有灰塵、水霧堆積，因此外部粉塵易對(duì)離合器摩擦片表面形成板結(jié)，影響離合器使用。

4 主摩擦片離合器燒結(jié)故障排除措施

通過(guò)增加離合器嚙合時(shí)間、增加風(fēng)機(jī)出風(fēng)口蓋板、規(guī)范用戶操作、提高花鍵軸的表面精度、離合器表面增加保護(hù)罩等措施降低離合器燒結(jié)故障。

4.1 降低主摩擦片離合器啟動(dòng)負(fù)載沖擊

4.1.1 延長(zhǎng)底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升時(shí)間

風(fēng)機(jī)勻速運(yùn)行狀態(tài)下，一般轉(zhuǎn)矩恒定，主離合器扭矩主要用于克服風(fēng)機(jī)氣動(dòng)力產(chǎn)生扭矩和摩擦扭矩，所以只要主離合器扭矩大于上述扭矩之和，風(fēng)機(jī)就能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)在直接啟動(dòng)時(shí)，主離合器不僅要克服風(fēng)機(jī)氣動(dòng)力產(chǎn)生扭矩和摩擦扭矩，還要克服轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的力矩[4]。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)由氣動(dòng)力產(chǎn)生的阻力矩及由摩擦力產(chǎn)生的阻力矩很難改變，只有通過(guò)減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性力矩來(lái)減小主離合器的啟動(dòng)力矩，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)慣性力矩計(jì)算公式如下[5-6]：

M＝Jβ=J[Δ]ω/[Δ]t （1）

式中，M為慣性力矩，N·m；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；β為角加速度；[Δ]ω為風(fēng)機(jī)的角速度，[Δ]ω=2[π]n/60；n為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；[Δ]t為啟動(dòng)時(shí)間，s。

由式（1）可知，風(fēng)機(jī)慣性力矩與啟動(dòng)時(shí)間成反比，只要延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間就可以降低慣性力矩。

通過(guò)改寫(xiě)底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的升速時(shí)間，延長(zhǎng)離合器完全嚙合時(shí)間，將風(fēng)機(jī)完全啟動(dòng)所需的底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升時(shí)間由6 s延長(zhǎng)至12 s，避免出現(xiàn)離合器啟動(dòng)嚙合過(guò)程中負(fù)載驟增的現(xiàn)象，試驗(yàn)讀取改進(jìn)后的各項(xiàng)參數(shù)如圖6所示。

由圖6可知，在措施實(shí)施后，發(fā)動(dòng)機(jī)提速時(shí)間延長(zhǎng)至12 s，最大扭矩約為300 N·m，最大扭矩降低63.9%，對(duì)主摩擦片離合器最大瞬時(shí)扭矩沖擊降低63.9%，略大于由式（1）單獨(dú)減低慣性力矩的理論計(jì)算的數(shù)值（50%），試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間不僅有效降低啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩，也能大大減低由氣動(dòng)力和摩擦力產(chǎn)生的阻力矩。

延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)提速時(shí)間基本解決了因離合器嚙合時(shí)間短造成的摩擦片磨損加速的現(xiàn)象。

4.1.2 增加風(fēng)機(jī)出風(fēng)口蓋板

離心風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖7所示，其中，壓力為P，效率為η，功率為N，流量為Q。

由圖7可知，同一轉(zhuǎn)速下，風(fēng)機(jī)功率（扭矩）會(huì)隨著風(fēng)機(jī)開(kāi)口（風(fēng)量）的增加而增加，降低風(fēng)機(jī)開(kāi)口大小，可降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)所需功率，在風(fēng)機(jī)出風(fēng)口增加蓋板后，通過(guò)更改電氣程序，讀取底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，風(fēng)機(jī)蓋板在底盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 100 r/min時(shí)打開(kāi)，試驗(yàn)讀取的底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如圖8所示。

根據(jù)圖8可知，措施實(shí)施后，風(fēng)機(jī)蓋板在底盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 100 r/min，蓋板未打開(kāi)時(shí)扭矩約為240 N·m，當(dāng)風(fēng)機(jī)蓋板打開(kāi)后，扭矩升至395 N·m，上升64.5%，因此在離合器啟動(dòng)階段關(guān)閉風(fēng)機(jī)出風(fēng)口蓋板，即可降低主摩擦片離合器啟動(dòng)時(shí)負(fù)載，延長(zhǎng)離合器使用壽命。

4.2 加強(qiáng)用戶培訓(xùn)

用戶使用前均經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，知曉正確的操作步驟，做到培訓(xùn)后上崗。規(guī)定底盤(pán)氣壓在低于0.7 MPa時(shí)，不許嚙合主摩擦片離合器。在氣動(dòng)離合器進(jìn)氣口處取氣，在駕駛室內(nèi)安裝氣壓表，操作者可隨時(shí)觀察氣動(dòng)離合嚙合氣壓，出現(xiàn)氣壓未達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，即使停止工作檢查，避免離合器因非正常結(jié)合造成的燒結(jié)。

4.3 改進(jìn)加工工藝

4.3.1 鍵型改為漸開(kāi)線鍵

原主摩擦片離合器摩擦片鍵型為矩形鍵，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在摩擦片嚙合過(guò)程中易產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，更改為漸開(kāi)線齒輪后，嚙合過(guò)程平順性高，有效減少了摩擦片嚙合運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的卡滯和滑動(dòng)摩擦現(xiàn)象，如圖9及圖10所示。

4.3.2 提高摩擦片花鍵加工精度

摩擦片花鍵加工方式為線切割，加工精度Ra6.3，根據(jù)摩擦離合器的磨損系數(shù)公式：

ε=Amz/α （2）

式中，ε為磨損系數(shù)；Am為離合器一次結(jié)合摩擦功；z為每分鐘結(jié)合次數(shù)；α為總摩擦面積。

由式（2）可知，在每分鐘結(jié)合次數(shù)和離合器結(jié)合摩擦功一定的條件下，增加50%總摩擦面積α，能降低50%的磨損系數(shù)。

因此通過(guò)更改線切割加工工藝，增加修刀功能，多刀切割，提高花鍵加工精度，將摩擦片花鍵精度由Ra6.3提升至Ra3.2（圖11），提高摩擦片鍵結(jié)合面精度，可有效提高總摩擦面積，降低磨損量，避免因摩擦片花鍵加工精度誤差導(dǎo)致的非正?？?，提升離合器嚙合的平順性。

4.4 增加離合器保護(hù)罩

主摩擦片離合器外部增加罩殼保護(hù)，因此外部粉塵較難進(jìn)入主離合器的摩擦片表面，保證離合器的正常嚙合與脫離不受影響，如圖12所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在介紹主摩擦片離合器結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，分析了主摩擦離合器摩擦片出現(xiàn)燒結(jié)的主要原因，并提出了以下改進(jìn)措施：

a.通過(guò)延長(zhǎng)離合器嚙合時(shí)間、增加風(fēng)機(jī)出風(fēng)口蓋板等措施降低主摩擦片的啟動(dòng)負(fù)載沖擊。

b.加強(qiáng)用戶培訓(xùn)，安裝氣動(dòng)離合器進(jìn)氣口氣壓表等措施使主摩擦片離合器在規(guī)定使用條件下工作。

c.改進(jìn)加工工藝，提高花鍵精度，改善主摩擦離合器工作時(shí)卡滯現(xiàn)象。

d.增加離合器保護(hù)罩，防止粉塵進(jìn)去離合器。

對(duì)以上改進(jìn)措施進(jìn)行了推廣驗(yàn)證，改進(jìn)后的主摩擦片離合器大大降低了主摩擦片燒結(jié)的故障率，減少了用戶維護(hù)費(fèi)用，得到一致好評(píng)，也為后續(xù)的相關(guān)設(shè)計(jì)提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

徐超超，男，1987年生，工程師，研究方向?yàn)閷Ｓ密囕v。