液控离合器在路面铣刨机中的应用

1、液控离合器在路面铣刨机中的应用任军锋1 周辉来2 （1. 西安宏大交通科技有限公司，陕西 西安 710048；2. 广西远航公路桥梁工程有限公司，广西 南宁 530001）摘要：分析了液控离合器的结构、特点和工作原理，提出了设计时选型计算的依据，对合理安装和使用液控离合器提出了参考意见。关键词：液控离合器 路面铣刨机 选型 应用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路面铣刨机按铣刨转子的驱动方式可分为液压式和机械式；液压式一般是通过液压泵、液压马达和转子减速机来完成动力传递，由接通或切断压力油源来起动或关闭铣刨转子；机械式通常是由发动机、离合器、皮带传动系统和转子减速机来完成动力传递，由离合器来控制铣刨转子的工作。合理选择、安装和应用离合器是

4、路面铣刨机设计和制造中的主要环节。液控离合器因其独特的结构和优点而被广泛选用。1液控离合器的结构和工作原理如图1所示，液控离合器（以下简称离合器）主要由壳体、支撑盘、主动盘、干式摩擦盘、从动盘、液压缸、输出轴、输出端轴承和支撑端轴承等组成。离合器的壳体和支撑盘具有SAE标准的连接方式，可以分别与发动机飞轮壳和飞轮直接连接，安装时主动盘和支 图1 液控离合器结构示意图撑盘被一起连接到发动机飞轮上，主动盘的内齿与从动盘的外齿始终保持啮合状态；从动盘与输出轴以键连接的方式保持一起运动；输出轴端装有旋转接头为液压缸提供液压油；输出端轴承可以承受由传动皮带所产生的较大的径向载荷。其工作过程为：当给定压力

5、的液压油经过输出轴端的旋转接头至液压缸时，液压缸在压力的作用下推动从动盘压紧干式摩擦盘，则主动盘将动力由摩擦盘传递到从动盘上，再经过从动盘传递到输出轴上，输出轴同主动盘以相同的速度旋转时，结合过程完成；当系统切断压力油的供给时，液压缸在分离弹簧的作用下缩回，从动盘与摩擦盘脱离，主动盘至输出轴的动力被切断，分离过程完成。液控离合器的特点如下： 设计紧凑，安装方便； 具有高扭矩传递能力； 可以通过按钮实现远程控制； 具有补偿摩擦盘磨损的自我调节功能； 先导轴承不需要安装在发动机飞轮中； SAE标准连接尺寸，方便与发动机的安装； 摩擦盘更换简单；2液控离合器的选型计算21 基于传递扭矩的选型利用下式

6、计算工作时所需要的扭矩： (N.m) 1式中，T-工作扭矩(N.m)；Tmax-发动机的最大扭矩(N.m),k-载荷系数；对于路面铣刨机，一般取k=2；Ts- 离合器所能传递的最大扭矩。表1是Desch公司部分液控离合器的性能参数，根据1式的计算结果和发动机转速，并结合发动机的飞轮壳和飞轮尺寸，可以初步选择合适的型号。表1 Desch 公司液控离合器的性能参数型号最大传递扭矩(N.m)最高转速(rpm)壳体尺寸可连接飞轮尺寸101103530004-3-2-1 可选10”111116128504-3-2-1 可选11.5”112235428503-2-1-0 可选11.5”1133522285

7、03-2-1-0 可选11.5”142429325001-0-00 可选14”143642525001-0-00 可选14”163910022000-00 可选16”1831117019600-00 可选18”22 离合器结合过程中滑磨功和滑磨功率的计算离合器在结合过程中，由于主从动盘角速度不等而产生滑磨，研究表明，完成结合过程所需能量的50%被转化为热量输出，使离合器摩擦盘和从动盘的温度升高、摩擦系数降低、磨损加大；若温升过高，则导致其工作特性变坏，甚至使摩擦面烧毁。因此，离合器不但需要具备优异的扭矩传递能力，并且能够承受结合过程中所引起的温升。校验离合器的热负荷是系统设计和离合器选型的主要

8、步骤。路面铣刨机在使用中，通常是在无负载的情况下启动离合器，因此以下的计算不考虑有负载的启动工况。单次无负载启动时离合器的摩擦功按下式计算： (J) 2式中，In- 换算到离合器从动盘上的从动部分的转动惯量（kg.m2）；n-离合器结合时的发动机转速(rpm)；e- 环境温度系数，从表2中选取；Qa- 单次启动摩擦功的允许值(J),由离合器生产厂家提供，见表3。由式2可知，从动部分的转动惯量和离合器结合时的发动机转速是影响摩擦功的主要因素，设计过程中应考虑尽量减少从动部分（如铣刨转子、皮带轮等）的转动惯量；在使用过程中应严格要求操作人员在发动机怠速的情况下完成离合器的结合过程，以减少摩擦功的产

9、生；在总体布置当中应考虑离合器周围的具备良好的散热条件，防止环境温度的不正常升高。表2 环境温度的影响系数环境温度20°30°40°50°60°e10.920.860.810.75单次无负载启动时离合器的摩擦功率按下式计算： (J/s) 3式中，Wa为单次启动摩擦功率的允许值(J),由离合器生产厂家提供，见表3；其余符号意义同前。由式3可知，在发动机选定时，摩擦功率主要与离合器结合时的发动机转速有关，因此强调在发动机怠速情况下完成结合过程对于降低摩擦功率也是非常有效的。表3 Desch公司离合器单次启动摩擦功和摩擦功率的最大允许值离合器型号10

10、1111112142143163183Qa(×103J) 2253102254456659351200Wa(×103J/s)31408014221327633323 离合器轴承寿命的校核计算由图1可知，离合器的输出轴由两个轴承支撑，在输出轴端施加的径向载荷的大小和作用点影响轴承的使用寿命。由离合器结构可知，在离合器结合后的工作过程中，支撑端轴承的内外圈并不发生相对转动，因此主要校核输出端轴承的使用寿命。可根据离合器生产厂家提供的参数进行轴承的校核计算。3液控离合器的安装和使用31 离合器的安装方式离合器在路面铣刨机上的安装方式主要有两种（见图2）：一是离合器直接安装到发动机

11、后端即飞轮端，动力由发动机飞轮直接传递给离合器，而在发动机的前端则安装有驱动液压泵的分动箱；这种布置方式有以下缺点：为了缩短其横向宽度尺寸，必须使用V型发动机，使发动机的选择具有局限性；发动机的前端输出只能达到输出功率的30%，因此 第一种方式 第二种方式1- 液压泵，2- 普通分动箱，3- V型发动机，4- 离合器，5- 直列发动机，6- 特殊分动箱图2 离合器的安装方式 限制了液压泵的驱动功率；发动机前端安装的分动箱，不便于发动机前端的保养和维修；因此在新一代的路面铣刨机上已不采用。另外一种布置方式是离合器安装在特殊设计的分动箱上，该分动箱的两端都具有标准的SAE连接方式，一端连接发动机飞

12、轮端，另外一端连接离合器，同时分动箱上具有多个驱动液压泵的接口；发动机的动力全部经分动箱的输入轴传递给离合器和液压泵；这种布置方式克服了前者的缺点，在新一代的路面铣刨机上已被逐渐采用。为减少离合器输出轴端的径向载荷对发动机（或分动箱）壳体所产生的扭矩，需要在离合器的输出端的壳体上增加一个支撑座（称为“头部支撑”）。32 离合器的液压控制系统图3所示是一种典型的离合器液压控制系统原理图，主要由减压阀、电磁换向阀、压力开关、测压表、单向节流阀构成。减压阀用来设定供给离合器的压力，不同生产厂家的压力可能有所不同，使用时应引起特别注意。电磁阀控制离合器的结合或分离。压力开关和系统中的测压表用于检测系统

13、压力的情况，当系统压力偏差大于设定值（例如3bar）时，压力开关发出报警信号或通过电控系统使离合器自动脱离。调整单向节流阀，以确保离合器能够平稳结合，并在分离时能实现快速分离。为了确保离合器能够分离彻底，必须保证分离时的回油压力不得超过0.5bar。 图 3 离合器液压控制系统原理图33 设计、安装和使用时的注意事项在布置动力系统和其他部件时保证离合器周围具有良好的通风条件，使离合器工作过程中能够获得良好散热，避免因环境温度过高导致离合器传递扭矩的能力下降。安装前检查发动机飞轮或连接盘（当采用专用分动箱时）的端面跳动公差应不大于0.2mm、连接止口径向跳动公差应不大于0.13mm。 离合器安装

14、后调整头部支撑，确保发动机（或分动箱）壳体不承受附加扭矩，且输出轴也不承受附加径向力。 由式2和式3可知，在较低的转速下启动铣刨转子有利于降低离合器的摩擦功和摩擦功率，因此使用时严格要求操作人员在发动机转速不高于950rpm时启动铣刨转子。在工作过程中，也应尽量减少离合器的结合次数，以减少摩擦产生的热量。 铣刨过程开始时，应保证发动机在额定转速附近工作，使离合器能充分发挥其功率传递能力。铣刨机控制系统应具备发动机功率自动调节功能，即能保证发动机因外部载荷增大而引起转速降低时，自动减慢行走速度，降低铣刨功率，使发动机转速恢复到额定转速附近工作。 皮带传动系统设计时，在满足传递功率的条件下，选择需要较小皮带张紧力的传动设计方案，以减少对离合器输出轴端的径向力。