一种拖拉机离合器散热装置设计

白 杨 ，蒋亚波 ，原志华 ，管 磊 ，罗跃辉

（第一拖拉机股份有限公司大拖公司，河南 洛阳 471004）

0 引言

离合器是拖拉机的关键部件，在拖拉机使用过程中起着传递和切断动力的作用，并对变速箱起到一定的安全保护的作用。独立干式双作用离合器由于结构简单，成本较低，且可以分别控制变速箱和拖拉机的动力输出的动力结合与切断，因此在200 马力以下的拖拉机中被广泛应用[1-3]。

随着国家对农业的重视程度的不断增强，农业生产活动中农机手对作业速度和效率的要求越来越高，因此更多的人倾向于大马力拖拉机[4]。拖拉机马力越大，所需要匹配的离合器尺寸也越大[5-6]。大尺寸干式离合器在拖拉机上的使用越来越普遍，而大尺寸离合器在使用过程中因摩擦产生的热量更多，离合器摩擦片在热变形后会导致离合器分离不彻底，从而引起摘挂挡困难。同时，半结合状态会加速摩擦片的磨损，缩短离合器的使用寿命。

从对大马力拖拉机离合器市场故障信息的分析来看，由于离合器摩擦片变形导致的离合器分离不彻底等故障在整个离合器故障中占比相对较高。因此，如何解决大马力拖拉机离合器散热问题是当下各大拖拉机主机厂亟待解决的事项。

1 离合器发热成因

1.1 储备系数不足

储备系数是离合器配套中最为重要的性能参数之一，它是指离合器所能传递的最大扭矩和发动机输出扭矩的比值[7-9]。离合器传递的最大扭矩由离合器摩擦片作用半径、离合器碟簧压紧力、摩擦片材料等决定。离合器储备系数不足会严重影响其使用寿命，拖拉机作业过程中整机负荷的突然增大，会导致离合器打滑，并产生大量的摩擦热，使得离合器各个部件性能严重下降。储备系数过大则会导致离合器分离力过大，从而引起离合器操纵力过大，影响用户操纵性；同时，分离力过大会引起发动机曲轴润滑不良，导致发动机故障，无法起到保护发动机和变速箱的作用。在进行拖拉机离合器的配套时，必须满足储备系数要求。国内拖拉机行业中，一般建议主离合器的储备系数按不小于2.4 进行配套选型[10]。

1.2 操作习惯

使用离合器进行完换挡或其他操作时，应当尽快松开离合器[11]。由于拖拉机作业时一般需要较低的车速，个别农机手使用拖拉机时为了控制车速和机具作业，习惯一只脚一直放在离合器踏板上，使离合器一直处于半分离状态。如此一来，离合器一直处于滑磨状态，不仅产生的摩擦热多，还严重影响离合器的使用寿命。根据对用户市场的走访和调查，不良的使用习惯是拖拉机离合器故障高的一个重要原因。

1.3 使用频率高

拖拉机在工作中，离合器的使用频率要比汽车大得多。特别是水田作业等工况，由于地块较小，需要频繁转向，因此需要频繁操纵离合器。此外，配套部分特殊农具时会频繁使用离合器，如拖拉机配套打捆机时，几乎1 min～2 min 就要使用一次离合器[6]。在离合器不断接合与分离过程中会产生大量的摩擦热，这种情况是由于配套农具的工作特性使然，不可避免。若对离合器进行散热，则可以有效减少部件的热变形，延长离合器的使用寿命。

1.4 空间密闭

拖拉机的作业环境和商用车相比更加恶劣，一般多尘土和泥水。因此，拖拉机离合器箱体有一定的防泥水要求，故而其安装空间比较密闭。同时，拖拉机箱体有较高的强度要求，离合器箱体一般壁厚较大，就更不利于离合器的散热。由于安装在密闭且壁厚大的空间内，离合器因摩擦产生的热量不能及时排出，易导致离合器从动盘及摩擦片的热变形问题。大尺寸干式离合器由于尺寸大，产生的摩擦热也更多，散热不及时的问题更为突出。

2 离合器散热设计

2.1 设计思路

由于拖拉机使用的干式离合器一般都布置在相对密闭的空间内，传统的水冷和油冷的散热方式难以应用到。因此，能够考虑到的拖拉机离合器散热方式只有风冷的散热方式。在进行风冷设计时，可选择自然风冷或强制风冷两种方式。若采用自然风冷的散热方式，需要对离合器的安装空间进行改造，以便于自然风的进入和流出。此方法对拖拉机来讲改动大，产生的生产成本高，且已经投放市场的拖拉机难以实现。因此，如何在最小的改动下实现拖拉机离合器的散热是本研究的关键所在。

2.2 设计过程

本研究将如何在离合器附近产生循环风作为重点研究对象。实际上，离合器在大多数时间内都处于转动状态。若是能在离合器上装上类似于风扇的叶片，则在离合器的转动下便能不断产生风，带散热的离合器结构如图1 所示。其中，离合器新壳体和散热叶片通过螺钉连接，离合器散热叶片的形状及数量可根据离合器的结构布局确定，不影响离合器自身的分离机构。

图1 带散热的离合器结构图

在离合器上安装若干个散热叶片，随着离合器壳体的转动，离合器所在空间便会产生空气流动，散热叶片转动过程中也会产生朝向离合器摩擦片方向的风。离合器的旋转方向和散热叶片的送风方向如图2所示。

图2 离合器的旋转方向和散热叶片的送风方向

仅仅实现了风的产生还远远不够，要实现离合器散热还需要将热风排出，并引入新鲜的冷风。为了实现离合器箱体内的空气循环流动，借助于拖拉机发动机的进气管路，本研究设计了如图3 所示的离合器散热循环系统。其主要特点是在离合器箱体侧面开孔后通过出气管和空气滤清器进气管相连接，在离合器箱体上方开孔后通过进气管和空气滤清器相连接。离合器上的散热叶片随离合器转动产生流动的风，同时由于离合器箱体与发动机的空气滤清器进气管和空气滤清器之间有管路连接，从而实现离合器箱体里面的空气循环。

图3 离合器散热循环系统

2.3 具体实现过程

本研究所描述的拖拉机离合器散热装置的具体工作过程：拖拉机启动后，离合器总成随发动机飞轮快速转动，带动散热叶片一起转动。离合器箱体内的空气在散热叶片的转动下沿离合器旋转方向流动，从而使得离合器箱体内形成一个负压状态，空气滤清器进气管的空气在离合器箱体的负压作用下流向离合器箱体内部。散热叶片在转动过程中会使空气沿叶片垂直方向流向离合器摩擦片，从而对离合器摩擦片进行散热。流向离合器摩擦片的空气受到离合器摩擦片的阻挡后会改变空气的流向，并流向垂直于离合器摩擦片的方向，流向离合器箱体。在离合器箱体被吹空气的位置连接有出气管，可将吹经离合器摩擦片的空气排出。如此一来，当发动机启动后便会在离合器箱体里面形成一个空气循环，从而对离合器壳体和离合器摩擦片进行散热，达到降低离合器温度的目的。

3 结语

研究团队设计的散热装置通过离合器壳体的转动加快离合器所在空间的空气流动，同时通过管路连接将热空气引至拖拉机空气滤清器管路中，起到降低离合器温度的作用，从而降低离合器的故障率，并具有结构简单、可靠性高的特点。研究团队设计的离合器散热装置对拖拉机的改动小且容易实现，能够有效地对拖拉机离合器进行散热，从而延长离合器的使用寿命。