目前,国内生产皮带传动小型轮式拖拉机的企业有100多家,主要分布在山东、河南、河北、黑龙江、内蒙古和吉林等省区。其中,山东省的生产企业最多,占全国企业的60%以上。随着农村经济的发展和农民需求的提高,小型轮式拖拉机的功率不断提升,从过去的12、15马力发展到今天的17~24马力,甚至有的达到26马力。然而,这些产品通常只通过增大发动机功率来实现,而其他部件总成并未进行相应的技术改进,导致动力传递不足、传递效率低,使得最大牵引功率不达标,产品质量也存在严重问题。近年来,该产品的抽样检查合格率一直未超过50%。
离合器是拖拉机动力传递的重要组成部分,功率提高后其结构需要相应改进,否则会导致寿命缩短和可靠性下降。
1.离合器的结构与工作过程
皮带传动小型轮式拖拉机的离合器是一种常接合、弹簧压紧、双片、干式离合器,由四部分组成:主动部分(压盘、主动片、皮带轮、皮带轮盖)、从动部分(从动盘总成)、压紧与分离机构(弹簧、分离杠杆、调整螺杆和调整螺母)以及操纵机构(离合器踏板、拉杆、分离爪座、分离爪和分离轴承)。
离合器的工作过程如下:当踩下离合器踏板时,通过拉杆的带动,分离爪绕分离爪座旋转,推动分离轴承向上移动,消除离合器分离间隙0.5mm,进而推动分离杠杆内端向上移动,外端压紧调整螺母,通过调整螺杆带动压盘向下移动,压缩弹簧,使离合器的主动部分和从动部分分离,切断动力传递。当松开踏板时,弹簧使压盘向上移动,主动部分与从动部分接合,在摩擦力作用下实现动力传递。
2.离合器的主要参数及验算
离合器的主要参数:摩擦面内径D1=φ76mm,摩擦面外径D2=φ160mm,摩擦面对数n=4,摩擦材料为石棉。
2.1 离合器传递的最大扭矩和扭矩储备系数验算
离合器传递的最大扭矩:M=nμRpF=4×0.3×0.059×2592.36=183.54(N·m)
15、17、24马力拖拉机发动机的额定扭矩分别为52、59.5、84N·m。经计算,15马力拖拉机离合器的扭矩储备系数为2.01,17马力为1.76,24马力为1.24。通常,干式弹簧压紧离合器的扭矩储备系数β应在2.0~2.8之间。15马力离合器满足要求,而17马力和24马力的离合器扭矩储备系数不足,无法保证发动机动力的正常传递。
2.2 离合器摩擦片单位压力验算
摩擦片单位压力p=0.17MPa,满足钢对石棉摩擦副材料的许用单位压力范围(0.1~0.25MPa),且不受拖拉机功率影响。
2.3 离合器单位滑磨功及温升验算
15马力拖拉机离合器的单位滑磨功w=0.075J/㎜²,温升Δt=4.89℃。17马力离合器的单位滑磨功w=0.087J/㎜²,温升Δt=5.63℃。随着功率增加,温升进一步增大。通常,单位滑磨功应不大于0.3J/㎜²,受热最严重零件在离合器接合一次中温升应不大于5℃。15马力离合器满足要求,而17马力以上离合器的温升超出推荐值。
3.结论
15马力拖拉机离合器的扭矩储备和温升满足要求,但功率提升到17马力后,扭矩储备系数和温升均超出推荐值,影响离合器的工作性能。若功率进一步提升且离合器结构不改进,可靠性将进一步下降,寿命更短。