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        差速鎖指示燈開關(guān)密封結(jié)構(gòu)常見故障的 分析及改進(jìn)

        2021-09-23 09:48:56娟,李
        汽車實(shí)用技術(shù) 2021年17期
        關(guān)鍵詞:形圈膜片活塞桿

        董 娟,李 峰

        (西安航天遠(yuǎn)征流體控制股份有限公司,陜西 西安 710100)

        前言

        差速鎖是一種鎖止機(jī)構(gòu),用于鎖死差速器,提升汽車在不良路面上的通過能力[1]。差速鎖指示燈開關(guān)用于控制差速鎖指示燈的亮滅,將差速鎖當(dāng)前所處狀態(tài)的信號(hào)輸出到駕駛室,使駕駛員清楚當(dāng)前差速鎖的工作狀態(tài)[2]。

        圖1為差速鎖指示燈開關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖。開關(guān)安裝在差速鎖氣缸蓋上,圖2為差速鎖指示燈開關(guān)安裝簡圖,氣缸蓋進(jìn)氣口連接氣路。開關(guān)初始安裝時(shí),在復(fù)位彈簧的作用下,活塞桿將頂桿推入開關(guān)內(nèi)部,開關(guān)動(dòng)片與定片分離,觸點(diǎn)斷開,差速鎖指示燈不亮,遇不良路況差速鎖開啟時(shí),進(jìn)氣口通氣,氣壓力推動(dòng)活塞桿帶動(dòng)撥叉下移,使差速鎖工作。此時(shí),開關(guān)頂桿在內(nèi)部彈簧力下復(fù)位,動(dòng)片和定片觸點(diǎn)接觸,開關(guān)接通,差速鎖指示燈亮起[3]。

        圖1 差速鎖指示燈開關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖

        圖2 差速鎖開關(guān)安裝簡圖

        1 問題引入

        差速鎖未開啟時(shí),差速鎖指示燈開關(guān)的頂桿和推桿上下擠壓橡膠膜片,橡膠膜片長期處于壓縮變形狀態(tài),圖3為橡膠膜片安裝狀態(tài)。差速鎖開啟時(shí),活塞桿上腔通氣,氣壓力推動(dòng)活塞桿下移的同時(shí),氣體進(jìn)入開關(guān)下腔,與氣缸上腔形成同一個(gè)密封腔,橡膠膜片被氣壓力推動(dòng)變形,圖4為差速鎖開啟時(shí),橡膠膜片的狀態(tài)。

        圖3 差速鎖指示燈開關(guān)橡膠膜片安裝狀態(tài)

        圖4 差速鎖開啟時(shí)差速鎖指示燈開關(guān)橡膠膜片狀態(tài)

        差速鎖功能開啟與否,橡膠膜片都會(huì)受較大的變形力,從理論分析來看,橡膠膜片是影響差速鎖指示燈開關(guān)功能和壽命的關(guān)鍵零件。

        實(shí)際使用中,對(duì)大量故障件分析發(fā)現(xiàn),差速鎖指示燈開關(guān)失效的主要原因是橡膠膜片密封失效,約占故障件的80%以上,表現(xiàn)為橡膠膜片老化、破裂等問題,與理論分析結(jié)果一致。

        橡膠膜片密封失效主要表現(xiàn)為以下故障:

        (1)差速鎖功能失效。泄漏量較大時(shí),差速鎖氣缸上腔壓力不足,氣壓力不能克服復(fù)位彈簧彈力,無法推動(dòng)活塞桿下移,差速鎖功能失效,車輛難以脫困。

        (2)差速鎖指示燈常亮報(bào)警。差速鎖指示燈常亮是指差速鎖開啟或關(guān)閉時(shí),差速鎖指示燈一直閃亮[4]。泄漏量較小時(shí),氣體在開關(guān)上腔憋壓,開關(guān)上腔氣壓力大于差速鎖氣缸復(fù)位彈簧的彈簧力時(shí),差速鎖復(fù)位彈簧無法將開關(guān)觸點(diǎn)斷開,差速鎖指示燈出現(xiàn)常亮故障,造成司機(jī)行車?yán)_。

        以上兩個(gè)故障都嚴(yán)重影響車輛的正常運(yùn)行。

        2 故障分析

        差速鎖指示燈開關(guān)橡膠膜片在適應(yīng)復(fù)雜工況的同時(shí),需滿足密封和大行程變形的要求,膜片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普遍比較復(fù)雜,圖5為差速鎖指示燈開關(guān)橡膠膜片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定橡膠膜片的加工工藝性較差,橡膠硫化工序是影響橡膠膜片質(zhì)量的關(guān)鍵工序,對(duì)橡膠制品企業(yè)過程控制能力要求較高,硫化過程控制不到位易造成橡膠膜片存在一些難以檢出的缺陷。在使用過程中密封失效的主要原因有以下兩點(diǎn)。

        圖5 差速鎖指示燈開關(guān)橡膠膜片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

        2.1 生產(chǎn)加工缺陷

        橡膠膜片屬于非標(biāo)橡膠制品,外觀、尺寸及硬度等性能批量檢驗(yàn)難度大、成本高,難以保證批量產(chǎn)品的一致性,橡膠膜片加工過程中的小缺陷在多次疲勞動(dòng)作后缺陷放大引起膜片密封失效。

        2.2 老化變形

        重型卡車多用于工程機(jī)械,使用環(huán)境惡劣,且車輛內(nèi)部氣路情況較差,水汽、油污對(duì)開關(guān)橡膠膜片的壽命有很大影響, 硬度變化是橡膠老化的一種表現(xiàn)[5]。試驗(yàn)證明,橡膠膜片硬度控制在HSA73~75時(shí),橡膠膜片受氣壓力變形情況較好,開關(guān)一次裝配合格率較高,調(diào)整橡膠膜片硬度小于HSA73時(shí),開關(guān)一次裝配合格率上升,但壽命降低;橡膠膜片硬度高于HSA75時(shí),出現(xiàn)開關(guān)下腔通氣后開關(guān)斷開故障,成品報(bào)廢率突增。使用過程中橡膠膜片硬度變化是開關(guān)發(fā)生故障的主要原因之一。

        對(duì)橡膠膜片結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行多次改進(jìn)后,開關(guān)極限壽命有所提高,由5~6萬次提升至10萬次。

        受結(jié)構(gòu)限制,10萬次成為差速鎖指示燈開關(guān)不可逾越的極限壽命,遠(yuǎn)不能滿足車輛的使用要求。

        3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

        為解決橡膠膜片引起的失效問題,將橡膠膜片密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)成O形圈密封結(jié)構(gòu),圖6為密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的開關(guān)原理圖。O形圈密封結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,拆裝方便,單件可實(shí)現(xiàn)雙向密封,摩擦系數(shù)小,在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用[6]。改進(jìn)后的差速鎖指示燈開關(guān)由O形圈Ⅰ和O形圈Ⅱ代替橡膠膜片,將開關(guān)分割成上下兩個(gè)腔,密封可靠性更高,改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):

        圖6 改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)后的差速鎖指示燈開關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖

        3.1 開關(guān)承受氣壓力的能力提升

        改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)后開關(guān)下腔的受力面積為推桿下端面面積,氣體進(jìn)入開關(guān)下腔后,推桿下端面積小于橡膠膜片受力面積,可有效改善氣壓力對(duì)開關(guān)通斷的影響,解決了橡膠膜片硬度超差引起的開關(guān)被氣壓力推開的故障。試驗(yàn)證明,改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)前開關(guān)下腔通入約1.2 MPa的氣壓時(shí),開關(guān)會(huì)被氣壓力斷開。改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)后的開關(guān)可承受2 MPa以上的氣壓力而不被斷開。

        3.2 氣密性能更可靠

        新結(jié)構(gòu)開關(guān)工作時(shí),O形圈Ⅰ選用端面靜密封,O形圈Ⅱ?yàn)檩S向動(dòng)密封,推桿動(dòng)作行程很小,兩個(gè)O形圈受力情況較好,可有效降低漏氣風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3 提升開關(guān)對(duì)工況的適應(yīng)能力

        新結(jié)構(gòu)開關(guān)上下腔受壓面積均為推桿下端面的面積,O形圈微漏時(shí),開關(guān)上腔憋壓,上腔氣體的受力面積大幅減小,氣壓力遠(yuǎn)小于差速鎖氣缸復(fù)位彈簧的彈簧力,不會(huì)造成開關(guān)上腔憋壓時(shí)頂桿無法將開關(guān)斷開的故障,降低了開關(guān)對(duì)氣密性能的要求,提高了開關(guān)對(duì)工況的適應(yīng)能力。

        3.4 降低生產(chǎn)成本

        標(biāo)準(zhǔn)O形圈,加工成本低廉,工藝成熟,殘次品率低,開關(guān)一次裝配合格率和售后質(zhì)量均有提升,產(chǎn)品生產(chǎn)成本及索賠均大幅降低。

        差速鎖開關(guān)改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)后完成10件壽命試驗(yàn),壽命均超過50萬次未見異常。

        裝車驗(yàn)證2 000臺(tái)開關(guān),12個(gè)月故障率為零??蛻舴答伔浅M意,改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的差速鎖指示燈開關(guān)性能可達(dá)到進(jìn)口開關(guān)水平,目前已批量供貨超過5萬臺(tái)。

        4 結(jié)論

        (1)改進(jìn)后的差速鎖指示燈開關(guān),對(duì)工況的適應(yīng)能力更高,在相同工況下對(duì)產(chǎn)品的密封性要求降低,壽命大幅提升。

        (2)改進(jìn)后的差速鎖指示燈開關(guān)裝車故障率下降,可及時(shí)準(zhǔn)確的將差速鎖工作狀態(tài)反饋給司機(jī),提升駕車安全性,降低產(chǎn)品質(zhì)量索賠。

        (3)O形圈在各行業(yè)大批量使用,加工方便、產(chǎn)品質(zhì)量一致性高。此次結(jié)構(gòu)改進(jìn)選用標(biāo)準(zhǔn)O形圈,標(biāo)準(zhǔn)件的使用更適合大批量的生產(chǎn),對(duì)產(chǎn)品的成品控制及可靠性有很大的提升。

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