淺談客車空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)皮帶斷裂原因及改善措施

王勰、孫禮亮

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司 361023，廈門技師學(xué)院 361102)

淺談客車空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)皮帶斷裂原因及改善措施

王勰、孫禮亮

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司 361023，廈門技師學(xué)院 361102)

本文簡要分析了客車空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)皮帶磨損斷裂的原因及改善措施，對(duì)以后客車空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)部分的皮帶選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一些有益的借鑒。

空調(diào)；壓縮機(jī)；皮帶；斷裂

0 前言

目前，傳統(tǒng)客車和混合動(dòng)力客車的空調(diào)壓縮機(jī)動(dòng)力均是來源于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。皮帶作為其動(dòng)力傳遞工具，在運(yùn)行周期中會(huì)產(chǎn)生一些磨損，這是正?，F(xiàn)象，但是嚴(yán)重磨損致皮帶斷裂是需要在設(shè)計(jì)階段需要避免的。

皮帶在工作過程中會(huì)與帶輪發(fā)生反復(fù)交變作用，使三角皮帶表面微粒重復(fù)變形，同時(shí)內(nèi)部拉伸和壓縮的循環(huán)接觸交變應(yīng)力，使皮帶超過彈性變形極限，導(dǎo)致塑性變形并出現(xiàn)裂紋[1]。帶輪結(jié)構(gòu)和皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)與皮帶的磨損斷裂有著緊密的聯(lián)系。

1 空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)皮帶磨損斷裂因素分析

1.1 皮帶彈性滑動(dòng)、打滑、斷裂的概述

皮帶在進(jìn)入和離開包角時(shí)，由于兩邊皮帶的彈性應(yīng)變不相等會(huì)導(dǎo)致皮帶在包角處形成彈性滑動(dòng)。彈性滑動(dòng)是造成皮帶磨損的主要因素之一。正常的彈性滑動(dòng)在皮帶的工作壽命期間都會(huì)存在，長時(shí)間的積累才會(huì)導(dǎo)致皮帶嚴(yán)重磨損，而非正常的彈性滑動(dòng)會(huì)快速導(dǎo)致皮帶磨損，甚至產(chǎn)生皮帶斷裂現(xiàn)象。

當(dāng)最大靜摩擦力≤最大有效拉力時(shí)，傳動(dòng)帶將在帶輪上發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑，此時(shí)，傳動(dòng)失效。打滑產(chǎn)生的后果是皮帶的磨損加劇，帶和從動(dòng)輪處于不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由于長時(shí)間的打滑，皮帶和帶輪摩擦產(chǎn)生熱量，加劇橡膠的老化。

皮帶斷裂，皮帶的任一橫截面上的應(yīng)力將隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而循環(huán)變化。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)，即運(yùn)行一定時(shí)間后，皮帶在局部出現(xiàn)疲勞裂紋脫層，隨之出現(xiàn)疏松狀態(tài)甚至斷裂，從而發(fā)生疲勞損壞，喪失傳動(dòng)能力。

1.2 預(yù)緊力對(duì)皮帶磨損的影響

皮帶預(yù)緊力過大或過小都會(huì)導(dǎo)致皮帶磨損嚴(yán)重。該批車輛空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)皮帶使用的是汽車V帶，V帶傳動(dòng)是依靠帶的兩側(cè)面與帶槽接觸、壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的[2]。預(yù)緊力過小導(dǎo)致帶與帶輪之間的摩擦力太小，從而使皮帶在工作時(shí)容易打滑，即皮帶和帶輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)加快，這樣會(huì)加快皮帶的磨損斷裂。當(dāng)預(yù)緊力過大時(shí)，皮帶有較好的傳動(dòng)效率，皮帶傳動(dòng)過程中也不容易打滑。但是由于預(yù)緊力過大導(dǎo)致皮帶和帶輪之間壓力過大，會(huì)導(dǎo)致皮帶在運(yùn)行過程中摩擦力變大，從而導(dǎo)致磨損加劇。過大的預(yù)緊力也會(huì)導(dǎo)致軸承上的載荷增大，軸承發(fā)熱與磨損。

1.3 載荷對(duì)皮帶磨損的影響

當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)需求功率大于皮帶所能夠傳遞的功率，即皮帶的載荷過大時(shí)，對(duì)于非嚙合的V帶，會(huì)導(dǎo)致皮帶在工作中出現(xiàn)打滑，而打滑會(huì)導(dǎo)致橡膠的異常磨損及老化，縮短皮帶的使用壽命，甚至造成皮帶斷裂。

1.4 彎曲應(yīng)力對(duì)皮帶磨損的影響

根據(jù)皮帶彎曲應(yīng)力公式σb≈Eh/D MPa（式中：σb 是彎曲應(yīng)力；E是帶的彈性模量；h是帶的橫截面高度；D是帶輪的基準(zhǔn)直徑）[3]，可以看出皮帶的彎曲應(yīng)力與帶輪的基準(zhǔn)直徑成反比。當(dāng)帶輪直徑過小，即皮帶的彎曲應(yīng)力過大時(shí)，皮帶中性層以上的拉應(yīng)力增加，皮帶上截面的半部被拉伸變窄，皮帶的楔入角度變小，而中性層截面的下半部受到嚴(yán)重壓縮，皮帶中性層下半部會(huì)向兩側(cè)工作面橫向延伸，加劇了皮帶下半部工作面與帶輪之間的摩擦，導(dǎo)致皮帶工作面磨損不均勻而提早疲勞。

1.5 超速度傳動(dòng)對(duì)皮帶磨損的影響

當(dāng)帶輪在低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于皮帶的靜張緊力存在，皮帶的打滑及彈性滑動(dòng)會(huì)處在正常的范圍之內(nèi)，不會(huì)受到傳動(dòng)速度的明顯影響。當(dāng)帶輪超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，皮帶和帶輪之間會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，這個(gè)離心力導(dǎo)致皮帶和帶輪之間的壓力減小，因而兩者之間的摩擦力會(huì)減小。過小的摩擦力會(huì)使皮帶的彈性滑動(dòng)降低，出現(xiàn)大量的打滑現(xiàn)象，皮帶的傳動(dòng)效率因此而降低，長期處于超速傳動(dòng)會(huì)加劇皮帶和帶輪之間的摩擦熱，導(dǎo)致皮帶過度磨損。

1.6 環(huán)境因素對(duì)皮帶壽命的影響

環(huán)境因素對(duì)V帶的壽命也有很大的影響，環(huán)境溫度升高10K，使用壽命減少50%[4]。因此需要注意發(fā)動(dòng)機(jī)艙的通風(fēng)散熱。另外，在安裝帶輪時(shí)，如果平行度超過要求正常的誤差范圍，會(huì)導(dǎo)致皮帶單側(cè)出現(xiàn)異常的磨損，出現(xiàn)線繩表面膠體磨損乃至斷裂的情況。這是需要在車間安裝時(shí)確保從動(dòng)輪和主動(dòng)輪之間的平行度，減少偏差量。

2 實(shí)際案例及解決方案

2.1 皮帶斷裂事故案例

根據(jù)沙特售后現(xiàn)場反饋,沙特公交XMQ6125AGD3部分車輛壓縮機(jī)皮帶批量出現(xiàn)磨損斷裂現(xiàn)象（圖1），現(xiàn)場對(duì)故障原因進(jìn)行初步分析如下。發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪與壓縮機(jī)皮帶輪之間間距過大，皮帶過長，自動(dòng)變速器在切換擋位時(shí)產(chǎn)生沖擊，發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)負(fù)載的頻率與皮帶產(chǎn)生共振，導(dǎo)致皮帶跳動(dòng)幅度過大，與壓縮機(jī)底板轉(zhuǎn)軸支座干涉磨損斷裂。

產(chǎn)生這個(gè)事故的原因可能有2個(gè)方面的問題。本批車由于無過渡輪配置，導(dǎo)致壓縮機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶長，達(dá)到2 160 mm，在運(yùn)行過程中，皮帶易抖動(dòng)，特別是車輛在加減速等狀態(tài)時(shí)，皮帶從動(dòng)邊跳動(dòng)幅度大。本批車自動(dòng)變速器換擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩變化，導(dǎo)致皮帶跳動(dòng)。

圖1 皮帶磨損、斷裂

2.2 解決方案

基于以上分析，根據(jù)本批訂單空間布置等情況，提出以下3種方案。

方案一，如圖2所示，在車架左尾梁處增加壓縮機(jī)皮帶張緊輪，確保從動(dòng)邊皮帶運(yùn)行平穩(wěn)。

方案二，如圖3所示，增加過渡輪，修改壓縮機(jī)上底板。

方案三，如圖4所示，增加惰輪。

通過對(duì)比試驗(yàn)以上三個(gè)方案，從售后工作量角度來說。

第一方案，現(xiàn)場安裝調(diào)整張緊輪較困難，須保證皮帶平面度。同時(shí)與后艙門近，易干涉。

第二方案，需要在現(xiàn)場焊接，鉆孔等操作，難度大，工時(shí)損耗大。

第三方案，存在的問題是，皮帶運(yùn)行時(shí)由惰輪限制跳動(dòng)，易摩擦導(dǎo)致皮帶表面溫度高，降低皮帶使用壽命。

根據(jù)以上分析，選擇第一和三方案各改制兩臺(tái)樣車，試運(yùn)行1周。出現(xiàn)以下問題。第一方案，運(yùn)行兩天后出現(xiàn)皮帶翻帶現(xiàn)象，現(xiàn)場測量后分析為壓緊輪平面度調(diào)整偏差，導(dǎo)致在驅(qū)動(dòng)力變化皮帶跳動(dòng)時(shí)脫出輪槽，導(dǎo)致翻帶。第三方案，運(yùn)行后皮帶出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。因此，并未找到故障的根本原因。

售后現(xiàn)場人員在沙特反饋，皮帶調(diào)整后，車輛在大部分地區(qū)都不會(huì)出現(xiàn)皮帶問題，故障車輛主要集中在一個(gè)爬坡路段。此情況反饋回來后，經(jīng)過技術(shù)分析，這種情況主要可能是車輛配置自動(dòng)變速箱存在間隙，當(dāng)車輛頻繁加減速上下坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)存在前后竄動(dòng)的問題，建議皮帶改為雙聯(lián)皮帶。

汽車連組V帶有以下優(yōu)點(diǎn)，更好的抗沖擊負(fù)載和抗振動(dòng)性能，運(yùn)行更加平穩(wěn)，不易打滑，不易翻轉(zhuǎn)，完全消除了單聯(lián)V帶配組公差問題，提高了兩倍或更高的使用壽命。經(jīng)過現(xiàn)場試裝，改為雙聯(lián)皮帶，故障解決。在用聯(lián)組V帶替換單帶時(shí)要注意檢查槽距是否匹配，頂寬是否相同。

圖2 張緊輪安裝狀態(tài)

圖3 增加過渡輪方案

圖4 增加惰輪方案

3 結(jié)束語

皮帶作為空調(diào)壓縮機(jī)動(dòng)力的傳遞工具，是使整個(gè)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)保持穩(wěn)定工作狀態(tài)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)皮帶機(jī)構(gòu)時(shí)要充分考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用壽命，同時(shí)要考慮可能使皮帶異常磨損的不利因素，包括前文提到的合理的預(yù)緊力、額定傳遞功率、平面度等，讓皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)給整套機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)提供可靠保證。

[1]趙曉玲.三角皮帶傳動(dòng)疲勞磨損研究[J].廣西輕工業(yè),2007,(3):48-55.

[2]鄭其明.皮帶傳動(dòng)問題的探討[J].青海師專學(xué)報(bào)(教育科學(xué)),2003,(6):19-20.

[3]張立.客車空調(diào)皮帶異常磨損的分析和改善[J].客車技術(shù)與研究,2014,(5):57-58.

[4]劉奇榮,胡江.安源牌客車空調(diào)制冷機(jī)組斷皮帶的處理[J].江西煤炭科技,2014,(3):194-196.

王勰（1973—），男，工程師，本科，研究方向?yàn)榭蛙囯娖骱桶l(fā)動(dòng)機(jī)檢測維修。

孫禮亮（1980—），男，高級(jí)技師，本科，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測和維修。

G642.41文獻(xiàn)標(biāo)示碼A