李梅芹 魏磊 樊銀斌

摘 要：針對(duì)拖拉機(jī)底盤發(fā)熱、單邊制動(dòng)不靈敏和制動(dòng)距離長等問題，進(jìn)行充分的分析和試驗(yàn)，找出發(fā)熱源和影響制動(dòng)效果的因素，通過在后橋殼體及制動(dòng)器殼體之間增加潤滑油道、制動(dòng)操縱系統(tǒng)改進(jìn)和制動(dòng)器改進(jìn)，解決發(fā)熱的問題。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)器；制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)；制動(dòng)摩擦片；制動(dòng)壓盤

1 前言

某型號(hào)輪式拖拉機(jī)在試銷過程中，因整機(jī)地隙高、使用質(zhì)量小更適合水田作業(yè)而受到了好評(píng)；但是在旱田區(qū)域作業(yè)時(shí)，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(jī)型的商品化速度。經(jīng)服務(wù)人員初步分析，認(rèn)為發(fā)熱源可能在制動(dòng)系統(tǒng)；技術(shù)人員針對(duì)該機(jī)型的底盤、整機(jī)進(jìn)行了連續(xù)重負(fù)荷試驗(yàn)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)單邊制動(dòng)不靈敏、整機(jī)制動(dòng)距離較長、制動(dòng)操縱沉重的問題。

為進(jìn)一步研究并解決該問題，設(shè)計(jì)人員對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行全面系統(tǒng)分析和優(yōu)化改進(jìn)，解決底盤發(fā)熱和制動(dòng)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(jī)試驗(yàn)

在試驗(yàn)場地，多臺(tái)整機(jī)在行駛30min左右，底盤溫度開始明顯上升，整機(jī)行駛1h左右，底盤溫度穩(wěn)定在95℃左右，測(cè)量座椅附近溫度41℃左右。實(shí)驗(yàn)表明，該機(jī)型發(fā)熱情況很普遍。

針對(duì)此問題進(jìn)行逐步排除：

2.1.1 首先對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)

選一臺(tái)整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)進(jìn)行40min之后，底盤溫度高于液壓系統(tǒng)溫度，而且該機(jī)型液壓系統(tǒng)和底盤系統(tǒng)采用分油結(jié)構(gòu)，兩個(gè)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(duì)底盤各部位進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)

因?yàn)樽兯傧淇偝珊秃髽蚩偝商幱隈{駛室下方，不宜測(cè)量，因此只對(duì)整機(jī)后端的動(dòng)力輸出總成、末端傳動(dòng)總成和制動(dòng)器總成進(jìn)行了溫升對(duì)比試驗(yàn)。

試驗(yàn)開始10min之后，測(cè)量發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器總成開始升溫，而動(dòng)力輸出總成和末端傳動(dòng)總成沒有發(fā)現(xiàn)溫升情況；在30min時(shí)，整個(gè)底盤溫度開始上升，并且制動(dòng)器部位溫度高于底盤其他部位溫度。試驗(yàn)時(shí)間在40min時(shí)，整個(gè)底盤油溫穩(wěn)定在95℃左右。通過實(shí)驗(yàn)初步認(rèn)為是由于制動(dòng)器發(fā)熱造成底盤溫度過高。

2.1.3 針對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)

對(duì)試驗(yàn)場已完成調(diào)試的該機(jī)型進(jìn)行抽檢試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括：對(duì)制動(dòng)操縱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，放松或拉緊之后，進(jìn)行制動(dòng)性能試驗(yàn)，包括單邊制動(dòng)和制動(dòng)距離試驗(yàn)；同時(shí)，調(diào)整制動(dòng)拉桿，使制動(dòng)摩擦片和制動(dòng)壓盤之間間隙調(diào)到最大和最小，分別進(jìn)行行駛試驗(yàn)，并測(cè)量底盤溫度。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

①該機(jī)型單邊制動(dòng)不靈敏；整機(jī)制動(dòng)距離20m左右，制動(dòng)減速度符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但相對(duì)其他機(jī)型，制動(dòng)距離較長，且地面無明顯的制動(dòng)印痕；

②制動(dòng)拉桿調(diào)整后，整機(jī)的制動(dòng)操縱有變化，拉桿調(diào)緊時(shí)，整機(jī)制動(dòng)距離較?。焕瓧U調(diào)整到最松的時(shí)候，整機(jī)制動(dòng)距離較大。但無論間隙大小，行駛1h后，測(cè)量底盤油溫均達(dá)到95℃左右。

③制動(dòng)操縱機(jī)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(huì)造成制動(dòng)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(yàn)

（1）磨合試驗(yàn)進(jìn)行10min左右，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)底盤變速箱總成與后橋總成對(duì)接部位、分動(dòng)箱與后橋?qū)硬课?、制?dòng)器部位等3個(gè)區(qū)域，溫度開始高于底盤其他部位，隨后制動(dòng)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(dòng)器部分溫度明顯發(fā)燙，底盤溫度開始逐步升高；試驗(yàn)80min左右，底盤溫度穩(wěn)定在90℃左右。

（3）同時(shí)磨合的還有其他兩個(gè)機(jī)型底盤，同步監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，這兩種底盤制動(dòng)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(dòng)器殼體的變形情況進(jìn)行驗(yàn)證

因?yàn)樵摍C(jī)型制動(dòng)器殼體是大平板結(jié)構(gòu)，擔(dān)心在使用過程中產(chǎn)生變形，不利于制動(dòng)。重新組裝一臺(tái)該后橋總成，安裝制動(dòng)器總成后，使用撬杠對(duì)制動(dòng)器殼體施加壓力，用高度千分尺測(cè)量制動(dòng)器殼體的變形量，未發(fā)現(xiàn)有變形情況，證明制動(dòng)力不足不是制動(dòng)器殼體變形造成。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

①該進(jìn)行溫度過高是由于底盤制動(dòng)器發(fā)熱造成；

②制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率過低，操縱不靈敏，使用舒適性不佳；

③制動(dòng)器制動(dòng)性能偏差，制動(dòng)距離較長；

2.4 制動(dòng)器拆解分析

將試驗(yàn)后底盤拆解，并進(jìn)行尺寸檢測(cè)，以及磨損痕跡檢查，分析結(jié)果如下：

（1）摩擦片外邊與制動(dòng)器殼體部位有較明顯摩擦痕跡，觀察發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器殼體的摩擦片安裝面存在加工不清根的現(xiàn)象，分析認(rèn)為加工殘留部分與制動(dòng)摩擦片外邊摩擦造成發(fā)熱。

（2）該后橋殼體與某機(jī)型后橋殼體的制動(dòng)器安裝部位對(duì)比，發(fā)現(xiàn)某機(jī)型有潤滑油過油孔，而該機(jī)型沒有過油孔，分析認(rèn)為，增加過油孔有利于潤滑油循環(huán)，帶出制動(dòng)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(dòng)行程理論分析

對(duì)照生產(chǎn)圖紙進(jìn)行計(jì)算，制動(dòng)器制動(dòng)間隙為0.4～0.9mm，制動(dòng)系統(tǒng)杠桿比為55，鋼球直徑φ18mm。

制動(dòng)器作用過程中，操縱系統(tǒng)推動(dòng)制動(dòng)壓盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鋼球與壓盤錐窩配合部位產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使壓盤壓緊制動(dòng)摩擦片，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。按照這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，計(jì)算出操縱系統(tǒng)的理論行程。

圖中S尺寸是鋼球在制動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)的最大弧長，計(jì)算處弧長S后，通過作圖法計(jì)算分析處制動(dòng)器撥塊的運(yùn)轉(zhuǎn)角度β，并進(jìn)一步計(jì)算出踏板行程。

按制動(dòng)間隙0.4mm計(jì)算，理論計(jì)算踏板行程為97.59mm；若按照最大制動(dòng)間隙0.9mm計(jì)算，同時(shí)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(shí)，理論計(jì)算得出整機(jī)的最小制動(dòng)距離為：L=12.916 m。

而實(shí)際測(cè)量踏板行程在150mm左右，實(shí)測(cè)行車制動(dòng)距離在20m左右，均比理論計(jì)算值大很多。

通過以上分析，認(rèn)為制動(dòng)器存在3方面問題，這3方面共同導(dǎo)致制動(dòng)器異常發(fā)熱，造成底盤高溫：

①制動(dòng)器與后橋總成無潤滑油孔，不利于潤滑油循環(huán)；

②制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩偏小，導(dǎo)致單邊制動(dòng)和行車制動(dòng)距離偏大。

③制動(dòng)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(jìn)措施

針對(duì)以上分析結(jié)果，對(duì)制動(dòng)器存在的3方面問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)：

（1）后橋殼體及制動(dòng)器殼體之間增加潤滑油道，使制動(dòng)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(dòng)器摩擦雜貨，改善制動(dòng)環(huán)境。加大制動(dòng)器殼體與摩擦片外徑之間的間隙，控制加工清根。

實(shí)驗(yàn)證明，這兩個(gè)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(yàn)溫度保持在85°左右。

（2）針對(duì)踏板行程不夠問題，對(duì)制動(dòng)操縱系統(tǒng)杠桿比進(jìn)行調(diào)整，將操縱杠桿比由55調(diào)整為28，此時(shí)按制動(dòng)間隙0.4mm計(jì)算，理論計(jì)算踏板行程為52.15mm，實(shí)測(cè)踏板行程為85～90mm，滿足使用需求。但是此時(shí)制動(dòng)踏板力比較大，操縱沉重。實(shí)測(cè)踏板力為500N左右，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19407《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)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(dòng)器改進(jìn)設(shè)計(jì)。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)構(gòu)，對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)：

①原設(shè)計(jì)制動(dòng)器制動(dòng)力矩偏小，不能在整機(jī)制動(dòng)時(shí)徹底抱死驅(qū)動(dòng)軸，導(dǎo)致制動(dòng)距離偏大。為了保證改進(jìn)后制動(dòng)器與整機(jī)的適配性，決定采用增加摩擦片對(duì)數(shù)的方法來增大制動(dòng)力矩，將該機(jī)型的單摩擦片制動(dòng)器改為雙摩擦片，使摩擦面對(duì)數(shù)由2變?yōu)?。

②調(diào)整制動(dòng)器殼體深度尺寸，以保證改進(jìn)后制動(dòng)器雙摩擦片、以及摩擦片隔板的裝配。

③加大制動(dòng)器殼體內(nèi)腔直徑，防止摩擦片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，與制動(dòng)器殼體之間產(chǎn)生異常發(fā)熱。

④因摩擦片增加之后，制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)弧長S來減少制動(dòng)行程。同時(shí)采用杠桿比為25的制動(dòng)操縱系統(tǒng)，此時(shí)理論踏板行程為78mm，實(shí)際裝車測(cè)量為90mm，操縱機(jī)構(gòu)滿足使用要求。

通過以上措施，將制動(dòng)器重新設(shè)計(jì)，使制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)距離、單邊制動(dòng)等性能要求，同時(shí)實(shí)測(cè)制動(dòng)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(qiáng)駕駛室支撐、在制動(dòng)器與后橋總成之間增加潤滑油道、并且調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)杠桿比后，該機(jī)型制動(dòng)性能有所改善，底盤高溫情況和制動(dòng)性能得到改善。新設(shè)計(jì)雙摩擦片制動(dòng)器能有效解決該機(jī)型存在的單邊制動(dòng)、制動(dòng)距離大等問題，經(jīng)過連續(xù)實(shí)況模擬試驗(yàn)底盤油溫可控制在70℃左右，整機(jī)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(xiàn)

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（作者單位：第一拖拉機(jī)股份有限公司中小輪拖裝配廠）