液控離合器在路面銑刨機中的應(yīng)用

1、液控離合器在路面銑刨機中的應(yīng)用任軍鋒1 周輝來2 （1. 西安宏大交通科技有限公司，陜西 西安 710048；2. 廣西遠航公路橋梁工程有限公司，廣西 南寧 530001）摘要：分析了液控離合器的結(jié)構(gòu)、特點和工作原理，提出了設(shè)計時選型計算的依據(jù)，對合理安裝和使用液控離合器提出了參考意見。關(guān)鍵詞：液控離合器 路面銑刨機 選型 應(yīng)用Application of Hydraulically Engageable Clutch for Road Milling MachineRen Jun-feng1 Zhou Hui-lai2(1. Xian HongDa Engineering Co.,Ltd,

2、Xian 710048 Shaan Xi；2.Guangxi YuanHang Highway&Bridge Engineering Co.,Ltd, Nanning, 530001) Abstract：The structure, characterastic and working principle of hydraulically engageable clutch are analyzed. The bases of selection for designing machine are presented. It put forward the reference advi

3、ce for reasonable installing and using hydraulically engageable clutch.Key Words: Hydraulically Engageable Clutch; Road Milling Machine; Selection; Application路面銑刨機按銑刨轉(zhuǎn)子的驅(qū)動方式可分為液壓式和機械式；液壓式一般是通過液壓泵、液壓馬達和轉(zhuǎn)子減速機來完成動力傳遞，由接通或切斷壓力油源來起動或關(guān)閉銑刨轉(zhuǎn)子；機械式通常是由發(fā)動機、離合器、皮帶傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子減速機來完成動力傳遞，由離合器來控制銑刨轉(zhuǎn)子的工作。合理選擇、安裝和應(yīng)用離合器是

4、路面銑刨機設(shè)計和制造中的主要環(huán)節(jié)。液控離合器因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點而被廣泛選用。1液控離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，液控離合器（以下簡稱離合器）主要由殼體、支撐盤、主動盤、干式摩擦盤、從動盤、液壓缸、輸出軸、輸出端軸承和支撐端軸承等組成。離合器的殼體和支撐盤具有SAE標(biāo)準(zhǔn)的連接方式，可以分別與發(fā)動機飛輪殼和飛輪直接連接，安裝時主動盤和支 圖1 液控離合器結(jié)構(gòu)示意圖撐盤被一起連接到發(fā)動機飛輪上，主動盤的內(nèi)齒與從動盤的外齒始終保持嚙合狀態(tài)；從動盤與輸出軸以鍵連接的方式保持一起運動；輸出軸端裝有旋轉(zhuǎn)接頭為液壓缸提供液壓油；輸出端軸承可以承受由傳動皮帶所產(chǎn)生的較大的徑向載荷。其工作過程為：當(dāng)給定壓力

5、的液壓油經(jīng)過輸出軸端的旋轉(zhuǎn)接頭至液壓缸時，液壓缸在壓力的作用下推動從動盤壓緊干式摩擦盤，則主動盤將動力由摩擦盤傳遞到從動盤上，再經(jīng)過從動盤傳遞到輸出軸上，輸出軸同主動盤以相同的速度旋轉(zhuǎn)時，結(jié)合過程完成；當(dāng)系統(tǒng)切斷壓力油的供給時，液壓缸在分離彈簧的作用下縮回，從動盤與摩擦盤脫離，主動盤至輸出軸的動力被切斷，分離過程完成。液控離合器的特點如下： 設(shè)計緊湊，安裝方便； 具有高扭矩傳遞能力； 可以通過按鈕實現(xiàn)遠程控制； 具有補償摩擦盤磨損的自我調(diào)節(jié)功能； 先導(dǎo)軸承不需要安裝在發(fā)動機飛輪中； SAE標(biāo)準(zhǔn)連接尺寸，方便與發(fā)動機的安裝； 摩擦盤更換簡單；2液控離合器的選型計算21 基于傳遞扭矩的選型利用下式

6、計算工作時所需要的扭矩： (N.m) 1式中，T-工作扭矩(N.m)；Tmax-發(fā)動機的最大扭矩(N.m),k-載荷系數(shù)；對于路面銑刨機，一般取k=2；Ts- 離合器所能傳遞的最大扭矩。表1是Desch公司部分液控離合器的性能參數(shù)，根據(jù)1式的計算結(jié)果和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并結(jié)合發(fā)動機的飛輪殼和飛輪尺寸，可以初步選擇合適的型號。表1 Desch 公司液控離合器的性能參數(shù)型號最大傳遞扭矩(N.m)最高轉(zhuǎn)速(rpm)殼體尺寸可連接飛輪尺寸101103530004-3-2-1 可選10”111116128504-3-2-1 可選11.5”112235428503-2-1-0 可選11.5”1133522285

7、03-2-1-0 可選11.5”142429325001-0-00 可選14”143642525001-0-00 可選14”163910022000-00 可選16”1831117019600-00 可選18”22 離合器結(jié)合過程中滑磨功和滑磨功率的計算離合器在結(jié)合過程中，由于主從動盤角速度不等而產(chǎn)生滑磨，研究表明，完成結(jié)合過程所需能量的50%被轉(zhuǎn)化為熱量輸出，使離合器摩擦盤和從動盤的溫度升高、摩擦系數(shù)降低、磨損加大；若溫升過高，則導(dǎo)致其工作特性變壞，甚至使摩擦面燒毀。因此，離合器不但需要具備優(yōu)異的扭矩傳遞能力，并且能夠承受結(jié)合過程中所引起的溫升。校驗離合器的熱負(fù)荷是系統(tǒng)設(shè)計和離合器選型的主要

8、步驟。路面銑刨機在使用中，通常是在無負(fù)載的情況下啟動離合器，因此以下的計算不考慮有負(fù)載的啟動工況。單次無負(fù)載啟動時離合器的摩擦功按下式計算： (J) 2式中，In- 換算到離合器從動盤上的從動部分的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）；n-離合器結(jié)合時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速(rpm)；e- 環(huán)境溫度系數(shù)，從表2中選取；Qa- 單次啟動摩擦功的允許值(J),由離合器生產(chǎn)廠家提供，見表3。由式2可知，從動部分的轉(zhuǎn)動慣量和離合器結(jié)合時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速是影響摩擦功的主要因素，設(shè)計過程中應(yīng)考慮盡量減少從動部分（如銑刨轉(zhuǎn)子、皮帶輪等）的轉(zhuǎn)動慣量；在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格要求操作人員在發(fā)動機怠速的情況下完成離合器的結(jié)合過程，以減少摩擦功的產(chǎn)

9、生；在總體布置當(dāng)中應(yīng)考慮離合器周圍的具備良好的散熱條件，防止環(huán)境溫度的不正常升高。表2 環(huán)境溫度的影響系數(shù)環(huán)境溫度20°30°40°50°60°e10.920.860.810.75單次無負(fù)載啟動時離合器的摩擦功率按下式計算： (J/s) 3式中，Wa為單次啟動摩擦功率的允許值(J),由離合器生產(chǎn)廠家提供，見表3；其余符號意義同前。由式3可知，在發(fā)動機選定時，摩擦功率主要與離合器結(jié)合時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此強調(diào)在發(fā)動機怠速情況下完成結(jié)合過程對于降低摩擦功率也是非常有效的。表3 Desch公司離合器單次啟動摩擦功和摩擦功率的最大允許值離合器型號10

10、1111112142143163183Qa(×103J) 2253102254456659351200Wa(×103J/s)31408014221327633323 離合器軸承壽命的校核計算由圖1可知，離合器的輸出軸由兩個軸承支撐，在輸出軸端施加的徑向載荷的大小和作用點影響軸承的使用壽命。由離合器結(jié)構(gòu)可知，在離合器結(jié)合后的工作過程中，支撐端軸承的內(nèi)外圈并不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，因此主要校核輸出端軸承的使用壽命。可根據(jù)離合器生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)進行軸承的校核計算。3液控離合器的安裝和使用31 離合器的安裝方式離合器在路面銑刨機上的安裝方式主要有兩種（見圖2）：一是離合器直接安裝到發(fā)動機

11、后端即飛輪端，動力由發(fā)動機飛輪直接傳遞給離合器，而在發(fā)動機的前端則安裝有驅(qū)動液壓泵的分動箱；這種布置方式有以下缺點：為了縮短其橫向?qū)挾瘸叽纾仨毷褂肰型發(fā)動機，使發(fā)動機的選擇具有局限性；發(fā)動機的前端輸出只能達到輸出功率的30%，因此 第一種方式 第二種方式1- 液壓泵，2- 普通分動箱，3- V型發(fā)動機，4- 離合器，5- 直列發(fā)動機，6- 特殊分動箱圖2 離合器的安裝方式 限制了液壓泵的驅(qū)動功率；發(fā)動機前端安裝的分動箱，不便于發(fā)動機前端的保養(yǎng)和維修；因此在新一代的路面銑刨機上已不采用。另外一種布置方式是離合器安裝在特殊設(shè)計的分動箱上，該分動箱的兩端都具有標(biāo)準(zhǔn)的SAE連接方式，一端連接發(fā)動機飛

12、輪端，另外一端連接離合器，同時分動箱上具有多個驅(qū)動液壓泵的接口；發(fā)動機的動力全部經(jīng)分動箱的輸入軸傳遞給離合器和液壓泵；這種布置方式克服了前者的缺點，在新一代的路面銑刨機上已被逐漸采用。為減少離合器輸出軸端的徑向載荷對發(fā)動機（或分動箱）殼體所產(chǎn)生的扭矩，需要在離合器的輸出端的殼體上增加一個支撐座（稱為“頭部支撐”）。32 離合器的液壓控制系統(tǒng)圖3所示是一種典型的離合器液壓控制系統(tǒng)原理圖，主要由減壓閥、電磁換向閥、壓力開關(guān)、測壓表、單向節(jié)流閥構(gòu)成。減壓閥用來設(shè)定供給離合器的壓力，不同生產(chǎn)廠家的壓力可能有所不同，使用時應(yīng)引起特別注意。電磁閥控制離合器的結(jié)合或分離。壓力開關(guān)和系統(tǒng)中的測壓表用于檢測系統(tǒng)

13、壓力的情況，當(dāng)系統(tǒng)壓力偏差大于設(shè)定值（例如3bar）時，壓力開關(guān)發(fā)出報警信號或通過電控系統(tǒng)使離合器自動脫離。調(diào)整單向節(jié)流閥，以確保離合器能夠平穩(wěn)結(jié)合，并在分離時能實現(xiàn)快速分離。為了確保離合器能夠分離徹底，必須保證分離時的回油壓力不得超過0.5bar。 圖 3 離合器液壓控制系統(tǒng)原理圖33 設(shè)計、安裝和使用時的注意事項在布置動力系統(tǒng)和其他部件時保證離合器周圍具有良好的通風(fēng)條件，使離合器工作過程中能夠獲得良好散熱，避免因環(huán)境溫度過高導(dǎo)致離合器傳遞扭矩的能力下降。安裝前檢查發(fā)動機飛輪或連接盤（當(dāng)采用專用分動箱時）的端面跳動公差應(yīng)不大于0.2mm、連接止口徑向跳動公差應(yīng)不大于0.13mm。 離合器安裝

14、后調(diào)整頭部支撐，確保發(fā)動機（或分動箱）殼體不承受附加扭矩，且輸出軸也不承受附加徑向力。 由式2和式3可知，在較低的轉(zhuǎn)速下啟動銑刨轉(zhuǎn)子有利于降低離合器的摩擦功和摩擦功率，因此使用時嚴(yán)格要求操作人員在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不高于950rpm時啟動銑刨轉(zhuǎn)子。在工作過程中，也應(yīng)盡量減少離合器的結(jié)合次數(shù)，以減少摩擦產(chǎn)生的熱量。 銑刨過程開始時，應(yīng)保證發(fā)動機在額定轉(zhuǎn)速附近工作，使離合器能充分發(fā)揮其功率傳遞能力。銑刨機控制系統(tǒng)應(yīng)具備發(fā)動機功率自動調(diào)節(jié)功能，即能保證發(fā)動機因外部載荷增大而引起轉(zhuǎn)速降低時，自動減慢行走速度，降低銑刨功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速附近工作。 皮帶傳動系統(tǒng)設(shè)計時，在滿足傳遞功率的條件下，選擇需要較小皮帶張緊力的傳動設(shè)計方案，以減少對離合器輸出軸端的徑向力。