鞏麗琴，楊立榮，2，賀帥

(1.泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000； 2.燕山大學，河北秦皇島 066004)

0 引言

特種車底盤通常采用重型輪胎，重型輪胎體積大、質(zhì)量大、更換不便，為解決該問題特設計開發(fā)了一套液壓備胎收放裝置。某特種車底盤采用常流式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，固可在該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上增加一套液壓回路，利用液壓缸實現(xiàn)備胎架的收放[1]。樣車試驗、備胎處于地面狀態(tài)時，備胎架存在無法收放問題。為解決該問題，對該備胎架進行結(jié)構(gòu)分析，并計算管路及閥件壓力損失，對備胎架液壓系統(tǒng)進行分析。

1 故障原因分析定位

經(jīng)對備胎無法回收質(zhì)量問題進行分析，繪制了引起該問題的故障樹，如圖1所示，分別對故障原因進行分析。備胎無法回收包含備胎機械結(jié)構(gòu)設計不完善和備胎翻轉(zhuǎn)壓力不夠兩種可能因素。其中壓力不夠可能因壓力設計不夠或日常保養(yǎng)不到位造成。

2 備胎機械結(jié)構(gòu)設計分析

該機構(gòu)由備胎翻轉(zhuǎn)架、固定架、備胎翻轉(zhuǎn)油缸及油管、備胎升降控制集成閥、備胎翻轉(zhuǎn)四連桿等組成(如圖2所示)。固定架通過備胎架連接支架固定在車架縱梁上，備胎翻轉(zhuǎn)油缸一頭連接在固定架上，一頭連接在四連桿上，備胎翻轉(zhuǎn)架通過轉(zhuǎn)軸與四連桿和固定架分別相連。工作時，油缸推動四連桿搖桿，通過四連桿上的連桿推動備胎翻轉(zhuǎn)架使其繞翻轉(zhuǎn)架與固定架回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，完成備胎的裝卸作業(yè)。此設備操作簡單，備胎裝卸方便，可安放多種型號的備胎，并避免輪胎的懸空現(xiàn)象，提高輪胎在汽車行駛中的穩(wěn)定性[2]。

圖1 故障樹分析拓撲圖

圖2 備胎架結(jié)構(gòu)

對備胎架翻轉(zhuǎn)過程中進行研究，分別對落地、水平、垂直3種狀態(tài)進行分析，可知備胎架翻轉(zhuǎn)過程無死點現(xiàn)象，備胎機械結(jié)構(gòu)設計不完善導致備胎無法回收的因素排除。

3 備胎翻轉(zhuǎn)壓力分析

備胎升降機構(gòu)由油缸驅(qū)動四連桿的搖桿1、搖桿1驅(qū)動連桿、連桿驅(qū)動搖桿2來實現(xiàn)備胎的升降運動，如圖2所示。

圖3 備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理

油缸拉(推)力：

式中：F為油缸力(N；拉力時為正數(shù)，推力時為負數(shù))；m為備胎及輪輞總質(zhì)量(kg)；L為備胎距支座2的水平距離(mm)；L1為支座1距油缸的垂直距離(mm)；L2為支座1距連桿的垂直距離(mm)；L3為支座2距連桿的垂直距離(mm)。

計算油缸所需的最大壓力

對該特種汽車備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行計算，分別針對備胎落地狀態(tài)、備胎水平狀態(tài)、備胎垂直狀態(tài)，計算備胎升降油缸所需壓力值，見表1。

表1 備胎升降時各參數(shù)變化

由表1可知：備胎處于地面狀態(tài)時油缸壓力最大，壓力值為11.18 MPa。

備胎架管路及閥件壓力損失計算。液壓油流經(jīng)較長管道(如膠管、鋼管等)時，液壓油存在一定的壓力損失，即沿流體流動方向，管道上游比下游略高出一個壓差。這個壓差值與管道長度成線性關系，即管道越長，壓損越大。該特種汽車備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理如圖3所示，系統(tǒng)壓力由穩(wěn)流閥中的溢流閥決定，穩(wěn)流閥出油口壓力為13.5 MPa，液壓油自穩(wěn)流閥經(jīng)穩(wěn)流閥出油膠管到備胎集閥塊P1口，備胎液壓系統(tǒng)中管路及閥均造成一定壓損[3]。

根據(jù)上述分析計算液壓油自穩(wěn)流閥出口到備胎集閥塊出口的壓力損失，主要由兩部分組成：流經(jīng)液壓管路的沿程壓力損失和流經(jīng)閥體的局部壓力損失。

沿程壓力損失計算：

(1)計算液壓膠管內(nèi)液壓油流速v=Q/A，計算可得：v=0.823 m/s。

(2)計算雷諾數(shù)Re=vd/υ,計算可得：Re=1 564.4。

(3)判斷流態(tài)及計算沿程阻力系數(shù)λ。Re<2 320，液流為層流。λ=64/Re，計算可得：λ=0.041。

局部壓力損失計算。根據(jù)液壓元件手冊相關章節(jié)，節(jié)流閥通流穩(wěn)定的前提條件是：節(jié)流閥前后壓差Δp>0.3 MPa。只有Δp達到此值后，節(jié)流閥的流量才穩(wěn)定。備胎架液壓系統(tǒng)中，共有2個節(jié)流閥(調(diào)速閥)，所以液壓系統(tǒng)局部壓力損失按1 MPa計。

備胎架所需工作壓力。由表1可知備胎處于地面狀態(tài)時油缸壓力最大，壓力值為11.18 MPa，備胎架液壓系統(tǒng)所需工作壓力為(11.18+1+0.03) MPa，即備胎架液壓系統(tǒng)工作壓力不低于12.21 MPa，考慮到壓力裕量，設計備胎架液壓系統(tǒng)能提供的最高工作壓力為13.5 MPa。將壓力表接入液壓系統(tǒng)，通過重新調(diào)整穩(wěn)流閥中溢流閥壓力，使出油口的壓力值達到13.5 MPa，備胎順利回收。

根據(jù)液壓元件手冊相關章節(jié)，液壓設備工作中產(chǎn)生故障，除設計、制造等方面的原因外，液壓設備的使用、維護管理不當也是產(chǎn)生故障的主要原因[4]。因此，正確使用與精心保養(yǎng)液壓設備，可以防止機件過早磨損和遭受不應有的損壞，保障液壓系統(tǒng)效率，延長設備的使用壽命。加強液壓設備的日常維護保養(yǎng)，是預防液壓設備故障的主要手段。

4 結(jié)束語

針對某特種車備胎架故障分析，通過繪制引起該問題的故障樹，分別對備胎架進行結(jié)構(gòu)分析和管路及閥件壓力損失計算，找到了故障原因，對備胎架液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化分析，分析結(jié)果與實際情況吻合。通過重新調(diào)整穩(wěn)流閥中溢流閥壓力，有效改善了該特種車備胎架收放問題，提高了裝備使用的可靠性。