某特種汽車(chē)備胎架故障分析

鞏麗琴，楊立榮，2，賀帥

(1.泰安航天特種車(chē)有限公司，山東泰安 271000； 2.燕山大學(xué)，河北秦皇島 066004)

0 引言

特種車(chē)底盤(pán)通常采用重型輪胎，重型輪胎體積大、質(zhì)量大、更換不便，為解決該問(wèn)題特設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套液壓備胎收放裝置。某特種車(chē)底盤(pán)采用常流式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，固可在該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套液壓回路，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)備胎架的收放[1]。樣車(chē)試驗(yàn)、備胎處于地面狀態(tài)時(shí)，備胎架存在無(wú)法收放問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，對(duì)該備胎架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并計(jì)算管路及閥件壓力損失，對(duì)備胎架液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 故障原因分析定位

經(jīng)對(duì)備胎無(wú)法回收質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，繪制了引起該問(wèn)題的故障樹(shù)，如圖1所示，分別對(duì)故障原因進(jìn)行分析。備胎無(wú)法回收包含備胎機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完善和備胎翻轉(zhuǎn)壓力不夠兩種可能因素。其中壓力不夠可能因壓力設(shè)計(jì)不夠或日常保養(yǎng)不到位造成。

2 備胎機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

該機(jī)構(gòu)由備胎翻轉(zhuǎn)架、固定架、備胎翻轉(zhuǎn)油缸及油管、備胎升降控制集成閥、備胎翻轉(zhuǎn)四連桿等組成(如圖2所示)。固定架通過(guò)備胎架連接支架固定在車(chē)架縱梁上，備胎翻轉(zhuǎn)油缸一頭連接在固定架上，一頭連接在四連桿上，備胎翻轉(zhuǎn)架通過(guò)轉(zhuǎn)軸與四連桿和固定架分別相連。工作時(shí)，油缸推動(dòng)四連桿搖桿，通過(guò)四連桿上的連桿推動(dòng)備胎翻轉(zhuǎn)架使其繞翻轉(zhuǎn)架與固定架回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，完成備胎的裝卸作業(yè)。此設(shè)備操作簡(jiǎn)單，備胎裝卸方便，可安放多種型號(hào)的備胎，并避免輪胎的懸空現(xiàn)象，提高輪胎在汽車(chē)行駛中的穩(wěn)定性[2]。

圖1 故障樹(shù)分析拓?fù)鋱D

圖2 備胎架結(jié)構(gòu)

對(duì)備胎架翻轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行研究，分別對(duì)落地、水平、垂直3種狀態(tài)進(jìn)行分析，可知備胎架翻轉(zhuǎn)過(guò)程無(wú)死點(diǎn)現(xiàn)象，備胎機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完善導(dǎo)致備胎無(wú)法回收的因素排除。

3 備胎翻轉(zhuǎn)壓力分析

備胎升降機(jī)構(gòu)由油缸驅(qū)動(dòng)四連桿的搖桿1、搖桿1驅(qū)動(dòng)連桿、連桿驅(qū)動(dòng)搖桿2來(lái)實(shí)現(xiàn)備胎的升降運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。

圖3 備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理

油缸拉(推)力：

式中：F為油缸力(N；拉力時(shí)為正數(shù)，推力時(shí)為負(fù)數(shù))；m為備胎及輪輞總質(zhì)量(kg)；L為備胎距支座2的水平距離(mm)；L1為支座1距油缸的垂直距離(mm)；L2為支座1距連桿的垂直距離(mm)；L3為支座2距連桿的垂直距離(mm)。

計(jì)算油缸所需的最大壓力

對(duì)該特種汽車(chē)備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，分別針對(duì)備胎落地狀態(tài)、備胎水平狀態(tài)、備胎垂直狀態(tài)，計(jì)算備胎升降油缸所需壓力值，見(jiàn)表1。

表1 備胎升降時(shí)各參數(shù)變化

由表1可知：備胎處于地面狀態(tài)時(shí)油缸壓力最大，壓力值為11.18 MPa。

備胎架管路及閥件壓力損失計(jì)算。液壓油流經(jīng)較長(zhǎng)管道(如膠管、鋼管等)時(shí)，液壓油存在一定的壓力損失，即沿流體流動(dòng)方向，管道上游比下游略高出一個(gè)壓差。這個(gè)壓差值與管道長(zhǎng)度成線性關(guān)系，即管道越長(zhǎng)，壓損越大。該特種汽車(chē)備胎翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理如圖3所示，系統(tǒng)壓力由穩(wěn)流閥中的溢流閥決定，穩(wěn)流閥出油口壓力為13.5 MPa，液壓油自穩(wěn)流閥經(jīng)穩(wěn)流閥出油膠管到備胎集閥塊P1口，備胎液壓系統(tǒng)中管路及閥均造成一定壓損[3]。

根據(jù)上述分析計(jì)算液壓油自穩(wěn)流閥出口到備胎集閥塊出口的壓力損失，主要由兩部分組成：流經(jīng)液壓管路的沿程壓力損失和流經(jīng)閥體的局部壓力損失。

沿程壓力損失計(jì)算：

(1)計(jì)算液壓膠管內(nèi)液壓油流速v=Q/A，計(jì)算可得：v=0.823 m/s。

(2)計(jì)算雷諾數(shù)Re=vd/υ,計(jì)算可得：Re=1 564.4。

(3)判斷流態(tài)及計(jì)算沿程阻力系數(shù)λ。Re<2 320，液流為層流。λ=64/Re，計(jì)算可得：λ=0.041。

局部壓力損失計(jì)算。根據(jù)液壓元件手冊(cè)相關(guān)章節(jié)，節(jié)流閥通流穩(wěn)定的前提條件是：節(jié)流閥前后壓差Δp>0.3 MPa。只有Δp達(dá)到此值后，節(jié)流閥的流量才穩(wěn)定。備胎架液壓系統(tǒng)中，共有2個(gè)節(jié)流閥(調(diào)速閥)，所以液壓系統(tǒng)局部壓力損失按1 MPa計(jì)。

備胎架所需工作壓力。由表1可知備胎處于地面狀態(tài)時(shí)油缸壓力最大，壓力值為11.18 MPa，備胎架液壓系統(tǒng)所需工作壓力為(11.18+1+0.03) MPa，即備胎架液壓系統(tǒng)工作壓力不低于12.21 MPa，考慮到壓力裕量，設(shè)計(jì)備胎架液壓系統(tǒng)能提供的最高工作壓力為13.5 MPa。將壓力表接入液壓系統(tǒng)，通過(guò)重新調(diào)整穩(wěn)流閥中溢流閥壓力，使出油口的壓力值達(dá)到13.5 MPa，備胎順利回收。

根據(jù)液壓元件手冊(cè)相關(guān)章節(jié)，液壓設(shè)備工作中產(chǎn)生故障，除設(shè)計(jì)、制造等方面的原因外，液壓設(shè)備的使用、維護(hù)管理不當(dāng)也是產(chǎn)生故障的主要原因[4]。因此，正確使用與精心保養(yǎng)液壓設(shè)備，可以防止機(jī)件過(guò)早磨損和遭受不應(yīng)有的損壞，保障液壓系統(tǒng)效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。加強(qiáng)液壓設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，是預(yù)防液壓設(shè)備故障的主要手段。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某特種車(chē)備胎架故障分析，通過(guò)繪制引起該問(wèn)題的故障樹(shù)，分別對(duì)備胎架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和管路及閥件壓力損失計(jì)算，找到了故障原因，對(duì)備胎架液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，分析結(jié)果與實(shí)際情況吻合。通過(guò)重新調(diào)整穩(wěn)流閥中溢流閥壓力，有效改善了該特種車(chē)備胎架收放問(wèn)題，提高了裝備使用的可靠性。