城市公交底盘离合系统故障分析与改进

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　　摘 要：文章分析城市公交客车离合系统故障模式和原因，以6782城市公交客车底盘为例，阐述了该产品离合系统匹配计算结果、改进措施及实施效果。
　　关键词：客车底盘；离合；故障；改进设计
　　中图分类号：U471 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2019）06-180-03
　　Fault Analysis and Improvement of Urban Bus Chassis Clutch System
　　Wang Kaifeng
　　（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd.， Anhui Hefei 230022）
　　Abstract： This paper analyses the failure modes and causes of urban bus clutch system. Taking 6782 city bus chassis as an example， it expounds the matching calculation results， improvement measures and implementation effect of the bus clutch system.
　　Keywords： Bus Chassis； Clutch； Failure； Improvement of Design
　　CLC NO.： U471 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2019）06-180-03
　　1 前言
　　離合系统的匹配设计在客车底盘设计中占有重要地位，尤其对于城市公交客车由于起步频繁、超载严重，离合系统的适应性设计就显得尤其重要。众所周知，城市公交客车离合器“烧片”、“不耐磨”等故障一直以来都是市场的焦点问题。我司6782公交底盘在投放市场初期也发生过此类问题。本文就此问题的分析及改进过程做了详细阐述。
　　2 公交底盘离合系统故障分析及改进
　　2.1 故障模式分析
　　6782城市公交底盘配置及技术参数如下：
　　底盘最大总质量：9500Kg；
　　底盘轴距：3800mm；
　　发动机总成：YC4E140-50 （103Kw/430N.m）；
　　变速箱总成：LC6T450（杠杆比1.4）；
　　离合器总成：φ350mm膜片弹簧离合器；
　　离合操纵部分：离合踏板杆杆比5.7（行程185mm）；总泵缸径φ23.5mm；分泵缸径φ22.3mm。
　　轮胎总成：8.25R20。（滚动半径465mm）。
　　该产品设计之初离合系统是经过严谨的理论计算和设计匹配。设计上是满足设计标准和要求的。然而实际情况是，该产品投放市场不到半年就接到离合器摩擦片烧片、不耐磨、挂挡苦难、分离轴承不回位等多起故障反馈。到底原因何在呢？在进行了充分的市场调研后，我们发现公交客车实际运营中，车辆长期处于低速大负荷运转，多次起停、频繁换挡、离合器长期处于半联动工作状态。这种特殊的使用工况，是我们设计之初没有充分考虑到的，下面从离合器工作时的扭矩传递模型和热量产生传导原理两方面进行原因分析。
　　离合器工作时扭矩传递方式：
　　图1中，Me为发动机输出扭矩；Je为离合器主动部分转动惯量；Mf为离合器传递扭矩Mc为道路阻力矩；Jc为离合器从动部分转动惯量。
　　离合器工作时的热量产生及传导路径：
　　通过离合器扭矩传递和热量传导两方面分析，可以初步得出以下结论：该车辆离合器摩擦片烧片、不耐磨、挂挡苦难、分离轴承不回位等故障的根本原因在于大量的滑磨功及压盘热量累计导致离合器环境温度急剧升高，当温度升高到一定值时，摩擦片会快速异常磨损。同时过高的温度和频繁的工作也会导致离合系统的其它故障。
　　2.2 理论匹配计算与较核
　　（1）扭矩后备系数校核
　　2.3 公交底盘离合系统改进设计
　　根据以上理论计算分析，同时结合公交客车实际运行工况，对离合系统进行如下改进设计。
　　（1）离合器结构改进
　　虽然膜片弹簧离合器较螺旋弹簧离合器在某些方面优点突出，如材料非线性特性、结构紧凑、压紧力分部均匀等。但对于城市公交客车的离合系统而言在频繁使用的情况下会导致环境温度过高，再加上膜片弹簧自身结构尺寸薄、质量小，导致耐热性比螺旋弹簧差，所以稳定性就差。实践证明6782公交底盘上将φ350mm膜片弹簧离合器改为同尺寸的螺旋弹簧离合器后，使用寿命提高了30%。
　　（2）变速器速比优化
　　由于频繁起步、超载运营以及半联动工作，底盘离合系统内部快速产生的滑磨功短时间转化成大量热量，使得离合器内部温度瞬间达到200℃以上。导致了从动盘摩擦片快速磨损及烧蚀。为减少滑磨工及二档起步对整个传动系的冲击，我们对变速器的格挡速比进行优化设计，重新开发了适应城市客车的公交速比。
　　改进前后一、二档速比的对比如下：
　　式中，μ为动力粘度；l为管长；d为管子内径，v为流速，ξ为局部阻力系数（试验测定），γ为液体密度，g为重力加速度。
　　可以看出，液压管路中的阻力、流速最主要的影响因素是管路的长度、内径、管路弯角的数量。基于此，我们对离合液压管路进行如下优化：
　　每次离合操纵时，离合踏板响应速度是一定的，管路中的液压流速是与管路内径的平方成反比的。将改进后的数值代入公式（7）、（8）、（9）中可以看到，管路加粗后的压力损失减少到是以前的3/5。通过试验测试表明，管路优化后踏板高度变化的问题得到了解决同时踏板力也得到了改善。
　　（4）变速箱一轴套管及分离轴承套筒材料优化
　　从变速箱及离合器市场返回的故障件来看：分离轴承套筒磨坏严重，一轴套管已经磨出台阶，分离轴承已经烧蚀。由此可知，分离机构的磨损影响了分离轴承的正常回位及分
　　离行程。由于分离不彻底，离合器从动盘滑磨严重，温升加快又促使了离合器摩擦片的烧蚀。
　　为了保持分离机构各元件的相对稳定性，需进一步提高关进零部件材料的耐磨性及表面硬度。表三为变速箱一轴套管、分离轴承套筒优化改进前后的材料及硬度对比分析：
　　3 结论
　　实践证明，在充分考虑使用环境及运行特点的情况下，6782城市公交底盘离合系统上的设计改进是行之有效的。这种从离合系统整体上考虑问题的思路和方法，不仅很好的解决了实际的市场问题，同时也给该类车型后续离合系统的匹配设计提供了很好的借鉴。
　　参考文献
　　[1] 王望予.汽车设计.[M]机械工业出版社.
　　[2] 林世裕.膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造.[M]东南大学出版社.
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