混凝土搅拌车离合系统故障分析及改进

张鸿刚

摘 要：某批次4x2型混凝土搅拌车在使用不到3个月的时间里，多辆车出现离合分离不彻底、离合器打滑、动力性变差等现象。针对该问题提出了离合系统优化改进方案，并对优化改进后的车辆进行了跟踪验证。试验结果表明，车辆离合系统未再出现上述现象，用户反馈效果良好，从而验证了改进措施的可行性，对日后设计工作具有指导意义。

关键词：混凝土搅拌车 离合系统 匹配 分析改进

1 前言

在混凝土搅拌车实际使用过程中，由于各种原因会造成离合器出现打滑、离合器和飞轮烧蚀、离合分离不彻底、离台发抖异响等失效形式，从而直接导致车辆无法正常工作，影响车辆出勤率。有效地减小离合器的失效是离合系统设计时需重点考虑的问题，离合系统示意图如图1所示。

2 離合器故障现象及原因分析

2.1离合器故障现象

某用户团购某4x2型混凝土搅拌车，在使用不到3个月的时间里，用户反映多辆车出现离合分离不彻底、离合器打滑，动力性变差等现象，经检查离合踏板无自由行程，拆解后离合器从动盘烧蚀，并且个别发动机出现曲轴止推片磨损脱离故障。

2.2离合器故障原因分析

2.2.1离合器后备系数校核

针对离合器从动盘烧蚀现象，专门对发动机和变速器离合机构匹配进行了重点校核，由于用户反映车辆动力性变差，首先对离合器后备系数β进行校核。

离合器压盘额定压紧力F_e=11.5kN，从动盘外径D₁=350mm，内径D₂=200mm，离合器传递转矩M_e的计算公式：

M_e=F_e×R_CP×n×μ×η

（1）式中：R_CP为摩擦面的有效半径；n为离合器摩擦面系数（单面n=2；双面n=4），取n=2；μ为压盘对摩擦面的摩擦系数，取μ=0.3；η为传动效率，取η=0.95。

R_CP按均压法计算：R_CP=（D₁³—D₂³）/[3X（D₁²—D₂²）]，计算得RCP=140.9mm。

离合器所能传递的最大摩擦转矩为：M_e=923.6N·m。

已知该车辆发动机输出的最大转矩M_emax=430N·m，根据后备系数计算公式：β=M_c/M_emax=2.15。

计算结果符合中、重型车辆后备系数在1.5～2.25范围的要求。

2.2.2离合器滑磨功校核

汽车起步或换挡时，因离合器的从动盘和压盘的转速不同，从而产生相对滑动摩擦，通过相对摩擦使汽车平稳起步或平顺换挡，离合器结合过程中所产生的滑磨功不仅消耗一部分发动机功率、引起从动盘磨损，而且还产生热量，使离合器工作温度升高；工作温度过高，会使压盘受热后翘曲变形，影响摩擦面之间的良好接触，甚至产生裂纹和开裂，也会使从动盘翘曲变形，甚至表面热龟裂或烧损，因此对离合器滑磨功W和位滑磨功w的计算尤为重要。滑磨功W的计算公式：

W=π²n_e²mR_R²/（1 800×i_gl×i₀²）

（2）式中，n为汽车起步时发动机的转速，根据经验丰富的试车员提供的数据，取n_e=1 000r/min；m为整车质量16 000kg；R_R为轮胎滚动半径，R_R=0.497m；i_gl为变速器一档速比7.31；i₀为驱动桥总速比6.33。

将相关参数带入式（2）计算可得：W=1O.11kJ。

对于滑磨功W相同，摩擦面积不同的离合器，其发热和磨损情况显然也不相同，因此通常以单位滑磨功w的计算来评价离台器的耐磨性能。单位滑磨功w的计算公式：

w=W/（nA）

（3）式中，A为从动盘单面摩擦面的面积，取A=64 763mm²。

由式（3）计算可得：w=7.8lxl0^-5kJ/mm²（一档）；根据《膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造》中推荐的许用单位面积滑磨功：[w]≤25×l0^-5kJ/mm²，可知该离合器单位面积滑磨功符合使用要求。

2.2.3离合器踏板自由行程和踏板总行程设计校核

该车离合器操纵机构采用液压传动，自动补偿气压免调助力器，离合踏板采用吊挂式踏板。离合器踏板的总行程S是由工作行程S₁和离合器踏板自由行程S₀两部分组成，即：S=S₁+S₀。

2.2.3.1离合器踏板自由行程S₀的计算

离合器踏板自由行程S₀计算公式：

S₀=（△S₁+△S₂×i₂i₃）i₁，

（4）式中：△S₁为离合主泵活塞与推杆间隙，△S₁=1.6mm； △S₂为变速器分离轴承自由行程，因该车装配自动补偿气压助力器，故△S₂=O；i₂离合系统液压传动比，i₂=1.44；i₃为离合器分离杠杆传动比，i₃=1.38；i₃为离合踏板传动比，i₁=3.1。

将数据带入式（4）可得：S₀=4.96mm。

2.2.3.2离合器工作行程S₁的计算

离合器工作行程S₁计算公式：

S₁=i₁i₂i₃ξ△S

（5）式中，ξ为液压离合铜制油管系数，取ξ=l； △S为离合器分离行程，△S=14mm。

经式（5）计算可得：S₁=86.2mm。

离合器踏板的总行程S=S₁+S₀=91.16mm，此时离合总泵活塞的行程△S₃=S/i₁=29.4mm3