李梅芹 魏磊 樊銀斌
摘 要:針對拖拉機底盤發(fā)熱、單邊制動不靈敏和制動距離長等問題,進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)改進和制動器改進,解決發(fā)熱的問題。
關(guān)鍵詞:制動器;制動操縱機構(gòu);制動摩擦片;制動壓盤
1 前言
某型號輪式拖拉機在試銷過程中,因整機地隙高、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,影響了該機型的商品化速度。經(jīng)服務(wù)人員初步分析,認為發(fā)熱源可能在制動系統(tǒng);技術(shù)人員針對該機型的底盤、整機進行了連續(xù)重負荷試驗,同時還發(fā)現(xiàn)單邊制動不靈敏、整機制動距離較長、制動操縱沉重的問題。
為進一步研究并解決該問題,設(shè)計人員對該產(chǎn)品進行全面系統(tǒng)分析和優(yōu)化改進,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 整機試驗
在試驗場地,多臺整機在行駛30min左右,底盤溫度開始明顯上升,整機行駛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,該機型發(fā)熱情況很普遍。
針對此問題進行逐步排除:
2.1.1 首先對液壓系統(tǒng)進行對比試驗
選一臺整機進行試驗,在試驗進行40min之后,底盤溫度高于液壓系統(tǒng)溫度,而且該機型液壓系統(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,因此只對整機后端的動力輸出總成、末端傳動總成和制動器總成進行了溫升對比試驗。
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 針對制動器進行專項試驗
對試驗場已完成調(diào)試的該機型進行抽檢試驗,試驗內(nèi)容包括:對制動操縱系統(tǒng)進行調(diào)整,放松或拉緊之后,進行制動性能試驗,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,分別進行行駛試驗,并測量底盤溫度。
實驗發(fā)現(xiàn):
①該機型單邊制動不靈敏;整機制動距離20m左右,制動減速度符合國家標準規(guī)定,但相對其他機型,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,整機的制動操縱有變化,拉桿調(diào)緊時,整機制動距離較?。焕瓧U調(diào)整到最松的時候,整機制動距離較大。但無論間隙大小,行駛1h后,測量底盤油溫均達到95℃左右。
③制動操縱機構(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行驗證
因為該機型制動器殼體是大平板結(jié)構(gòu),擔心在使用過程中產(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)該后橋殼體與某機型后橋殼體的制動器安裝部位對比,發(fā)現(xiàn)某機型有潤滑油過油孔,而該機型沒有過油孔,分析認為,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)運動,使鋼球與壓盤錐窩配合部位產(chǎn)生相對運動,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轉(zhuǎn)角度β,并進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,認為制動器存在3方面問題,這3方面共同導致制動器異常發(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 改進措施
針對以上分析結(jié)果,對制動器存在的3方面問題進行改進設(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,在國家標準GB/T 19407《農(nóng)業(yè)拖拉機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)制動器改進設(shè)計。根據(jù)計算分析結(jié)構(gòu),對制動器進行針對性改進:
①原設(shè)計制動器制動力矩偏小,不能在整機制動時徹底抱死驅(qū)動軸,導致制動距離偏大。為了保證改進后制動器與整機的適配性,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
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(作者單位:第一拖拉機股份有限公司中小輪拖裝配廠)