摘要：環(huán)衛(wèi)車中洗掃車是道路清掃作業(yè)的主力車型，其可靠程度受到用戶的高度關(guān)注。而其中的傳動部分又是整個車型的關(guān)鍵，相關(guān)傳動件的可靠性及壽命是環(huán)衛(wèi)車輛研發(fā)企業(yè)重點關(guān)注項。離心離合器通常被用作洗掃車風(fēng)機(jī)啟?？刂疲梢宰畲笙薅鹊亟档惋L(fēng)機(jī)對發(fā)動機(jī)等動力源件的沖擊，在相關(guān)產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。由此，從實際問題出發(fā)，分析問題的原因并提出解決問題的方案，通過優(yōu)化改進(jìn)達(dá)到提高離心離合器使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：離心離合器；環(huán)衛(wèi)車；壽命

中圖分類號：U461? 收稿日期：2024-03-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202406023

1 前言

洗掃車在內(nèi)的道路清掃類車型通常由二類汽車底盤改裝，并加裝清水箱、垃圾箱、副車架、左右掃盤、氣路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、高壓水路系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)及傳動系統(tǒng)等專用件。通過風(fēng)機(jī)的抽吸使垃圾箱內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，工作過程中與地面接觸的吸嘴通過軟管與箱體相連，使得吸嘴內(nèi)同樣產(chǎn)生負(fù)壓，與外界產(chǎn)生壓力差進(jìn)而產(chǎn)生氣流將垃圾吸入垃圾箱內(nèi)，整個過程的關(guān)鍵點在于風(fēng)機(jī)參與組成的氣力輸送系統(tǒng)［1］。風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動慣量偏大，加載過程對傳動系統(tǒng)帶來較大的沖擊，易出現(xiàn)磨損或者發(fā)熱甚至損壞。圖1為道路清掃產(chǎn)品原理圖。

2 工作原理

離心離合器廣泛用于機(jī)械傳動中，能隨轉(zhuǎn)速的變化自動結(jié)合或分離，起到減小啟動負(fù)荷及安全保護(hù)的作用［1］。圖2為風(fēng)機(jī)離心離合器結(jié)構(gòu)簡圖。

以某型號洗掃車為例，風(fēng)機(jī)采用離心離合器傳動。離心離合器在輸入軸轉(zhuǎn)速小于600 r/min時不嚙合，轉(zhuǎn)速超過600 r/min后，離合器緩慢跟轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速大于800 r/min后，進(jìn)入工作狀態(tài)。在轉(zhuǎn)速較慢時期甩塊在彈簧力的作用下，會隨著內(nèi)圈一同轉(zhuǎn)動，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，甩塊的離心力大于彈簧的作用力后，甩塊與外圈摩擦傳遞扭矩。

3 主要原因及解決方案

從工作原理不難發(fā)現(xiàn)，離合器在嚙合過程中不可避免地存在外圈與甩塊之間的速度差造成的摩擦現(xiàn)象，該現(xiàn)象是離合器出現(xiàn)磨損的主原因，尤其是在高速大扭矩狀態(tài)下的磨損尤為嚴(yán)重。整個嚙合過程大致分成三個階段：第一階段為初始嚙合階段，此時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；第二階段為離合器完全嚙合，但未達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速階段；第三階段為目標(biāo)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定輸出階段。

風(fēng)機(jī)離心離合器為摩擦式離合器，離合器計算轉(zhuǎn)矩計算公式為：

[Tc=KTKvKm]????????????????????????????????????????????????? （1）

式中，[Tc]為離合器計算轉(zhuǎn)矩，選用離合器時，Tc小于等于離合器的額定轉(zhuǎn)矩；T為離合器的理論轉(zhuǎn)矩；K為工況系數(shù)，對于干式摩擦離合器可取較大值，對于濕式摩擦離合器可取較小值；[Km]為離合器接合頻率系數(shù)；[Kv]為離合器滑動速度系數(shù)。

一般設(shè)計的理論工況系數(shù)選擇K=1.3。

實際計算中，風(fēng)機(jī)離心離合器還要再考慮工作儲備系數(shù)，相關(guān)公式如下：

[Tc=βTt]?????????????????????? ??????????（2）

式中，[Tt]為需傳遞的轉(zhuǎn)矩；β為工作儲備系數(shù)，一般取β＝1.5～2。

目前設(shè)計時取K=1.3，β=1.5。但在實際使用過程中，風(fēng)機(jī)長時間運轉(zhuǎn)后，因灰塵粘結(jié)或風(fēng)機(jī)震動等原因，造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，加之啟動過程中負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量大，一般常規(guī)的工作儲備系數(shù)設(shè)計偏小，易超出設(shè)計轉(zhuǎn)矩范圍，造成離合器工作過程異常打滑，出現(xiàn)損壞風(fēng)險。

離心離合器的閘塊有效離心力Q計算公式：

[Q=mrπ2（n2?n20）90 000≥Qj]????????????????? （3）

[Qj=TcRμz]???? ???????????????????????????（4）

式中，r為閘塊質(zhì)心所處半徑；n為正常工作轉(zhuǎn)速；[n0]為開始接合轉(zhuǎn)速，r/min，一般取[n0]＝（0.7～0.8）n；m為單個閘塊質(zhì)量；[Qj]為傳遞轉(zhuǎn)矩所需離心力；[Tc]為計算轉(zhuǎn)矩；R為閘塊外半徑；μ為摩擦面材料摩擦因數(shù)；z為閘塊數(shù)量。

從公式可得，離心離合器的閘塊有效離心力與閘塊質(zhì)心所處半徑、單個閘塊質(zhì)量成正比。因此，在一定范圍內(nèi)增加離合器的直徑或增加單個閥塊的質(zhì)量，可以提高正壓力，從而增加離合器的輸出扭矩。

通常離心離合器的摩擦片材質(zhì)采用青銅合金，離合器外殼材料是45鋼，根據(jù)表1查詢摩擦因數(shù)為0.15～0.18。若將摩擦面材料45鋼替換為鑄鐵，可將摩擦因數(shù)由0.15～0.18提高到0.28，大幅提高離合器的輸出扭矩。

根據(jù)實際使用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)可得，掃路車風(fēng)機(jī)離心離合器在安全系數(shù)為2～2.5倍時能達(dá)到較為理想的壽命效果。上述兩項改進(jìn)能使較小的成本實現(xiàn)離合器輸出扭矩的提升，從而滿足安全系數(shù)的要求，進(jìn)而提高離合器的使用壽命。

4 外部原因及解決方案

4.1 負(fù)載的特殊性

掃路車風(fēng)機(jī)通常采用的是離心風(fēng)機(jī)，離心風(fēng)機(jī)的特性曲線，即壓力P、效率η、功率N與流量Q的關(guān)系曲線如圖4所示。

由風(fēng)機(jī)性能曲線可知，同一轉(zhuǎn)速下，風(fēng)機(jī)功率（扭矩）會隨著風(fēng)機(jī)開口（風(fēng)量）的增加而增加。而掃路車傾倒垃圾時，需要對箱體進(jìn)行舉升，此時風(fēng)機(jī)的開口會變大，且需要上裝的水路進(jìn)行輔助，就需要上裝動力啟動。因大部分風(fēng)機(jī)水泵為同一動力源驅(qū)動，風(fēng)機(jī)不可避免地也會跟隨啟動，此時風(fēng)機(jī)的功率通常會達(dá)到工作狀態(tài)下的兩倍，若按照此工況設(shè)計離心離合器，離合器的能力在正常工作時冗余偏大，成本也偏高，因此并不合理。為此，在風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處增加自動節(jié)流裝置，非工作期間降低風(fēng)機(jī)開口大小，可降低所需功率，降低離合器扭矩需求，從而達(dá)到保護(hù)離心離合器的作業(yè)。

4.2 離合器維護(hù)改進(jìn)

從離合器原理可知，離合器在使用過程中會存在滑動摩擦，不可避免地出現(xiàn)粉塵顆[粒[2]]。其他領(lǐng)域的離心離合器通常采用開放式結(jié)構(gòu)，可以將粉塵顆粒隨時排除，能時刻保持較好的工作環(huán)境。圖5所示為開放式離合器。

環(huán)衛(wèi)車的特殊工況大多為多粉塵、多水霧工況，離合器不適合開放結(jié)構(gòu)。因此該所用離合器大部分為封閉結(jié)構(gòu)，灰塵顆粒無法及時排除，不可避免地會夾在摩擦片和外圈之間，造成了嚙合不充分，易造成異常打滑而進(jìn)一步磨損，離合器迅速失效。圖6為封閉式離合器使用較長時間拆開后粉塵情況。

為此，在保證粉塵顆粒及時排出情況下，需防止水霧進(jìn)入離合器內(nèi)部，在離合器端設(shè)置迷宮式排灰口，出口位于離合器側(cè)面，利用離合器本身的離心力將粉塵甩出離合器。同時在離合器徑向外端設(shè)置排水環(huán)，同樣利用離心力將飛濺到離合器上的水及外部顆粒甩開，避免進(jìn)入離合器內(nèi)部，從而解決了上述問題。圖7所示為改進(jìn)型離合器。

5 結(jié)語

掃路車風(fēng)機(jī)離心離合器的使用工況較差，需要較高的安全系數(shù)才能滿足風(fēng)機(jī)各工況的使用，應(yīng)盡可能改變上裝的結(jié)構(gòu)避免沖擊，優(yōu)化離合器結(jié)構(gòu)滿足高粉塵高水霧的工作環(huán)境。通過上述的改進(jìn)措施，最終實現(xiàn)以有限成本來提升離合器壽命的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]林石離心離合器的壓緊力及摩擦扭矩[J]機(jī)械強度，1993（3）：20-23

[2]宋培欣自動離心離合器的設(shè)計[J]壓縮機(jī)技術(shù)，1991（3）：12-18.

作者簡介：

彭彥陽，男，1982年生，工程師，研發(fā)方向為煤專產(chǎn)品及環(huán)衛(wèi)車輛。