制冷送冷車取力器的可靠性分析*

馮飛燕，侯俊杰

(1.山西機電職業技術學院，山西 長治 046011；2.中國人民解放軍第4328工廠，山西 長治 046011)

0 引言

取力器是制冷送冷車的重要零部件，屬于其傳動系統，位于制冷送冷車的變速箱與其后傳動軸之間，通過制冷送冷車的操作控制系統為壓縮機提供動力，同時也是汽車底盤行駛的主要組成部分，因此取力器的可靠性能對制冷送冷車的可靠性能有直接的影響。

1 取力器結構組成

取力器主要由連接盤、油封、齒輪軸、齒輪、撥叉、箱體、連接法蘭和皮帶輪等元器件組成，其結構示意圖如圖1所示。

1-連接盤;2，9-油封；3-輸入齒輪軸；4-主動齒輪；5-從動齒輪；6-撥叉；7-箱體；8-后輸入齒輪軸；10-連接法蘭；11-后連接盤；12-側輸出齒輪軸；13-皮帶輪

2 取力器的故障分析

2.1 取力器的故障模式

本文對制冷送冷車使用的取力器出現的故障原因進行了分析，取力器的故障形式及其所占比例見表1。

2.2 取力器故障的原因分析

2.2.1 連接盤的損壞

根據制冷送冷車的不同工況，發動機會產生并傳遞不同的扭矩，因此取力器的連接盤在使用過程中受發動機所傳遞的不同扭矩的影響產生交變應力，在長時間的工作過程中，導致安裝在連接盤內的花鍵出現疲勞性損壞。

表1 取力器的故障形式及其所占比例

2.2.2 油封老化

油封在使用過程中受到軸的表面速度、溫度、壓力等因素的影響，在長時間的工作過程中會出現油封老化現象，致使油封的密封程度進一步降低，影響取力器的可靠性。

2.2.3 齒輪表面點蝕或燒蝕

(1) 輪齒在進入嚙合時，齒面接觸處會產生很大的接觸應力，脫離嚙合后接觸應力即消失，呈脈動循環變化。當這種應力超過材料的接觸疲勞極限時，輪齒表面就會產生細微疲勞裂紋，裂紋隨應力循環次數的增加而逐漸擴展，使表層金屬微粒脫落而形成不規則的凹坑或麻點，即疲勞點蝕。

(2) 潤滑油油質中存在的雜質或齒輪嚙合過程中產生的磨屑，也易導致齒面出現點蝕或面蝕現象。

(3) 齒輪表面燒蝕主要是由于取力器沒有按規定檢修，箱內潤滑油不足造成的。

2.2.4 連接法蘭斷裂

連接法蘭一般為鑄件結構，硬度較差。制冷送冷車的手剎固定盤安裝在連接法蘭上，需要承載手剎制動力。因此當手剎制動力太大時，很容易造成連接法蘭斷裂。

3 取力器的可靠性分析

3.1 建立可靠性模型

系統的可靠性取決于單元的可靠性。在分析取力器的可靠性時，首先要分析取力器上每個元器件的可靠性，了解其功能和各元器件之間在功能上的關系，以及各元器件的功能和故障對整個取力器的影響。即建立取力器的可靠性框圖，用方框代表系統元器件，按照各元器件的邏輯關系用短線將各代表元器件的方框連接起來，即可得到取力器的可靠性框圖[1]。

根據可靠性理論，取力器各元器件之間都是串聯關系，其中任意一個元器件出現故障都可以導致取力器故障。因此，取力器的可靠性模型是由連接盤、油封、齒輪軸、齒輪、撥叉、箱體、連接法蘭和皮帶輪等組成的串聯系統。取力器的可靠性框圖如圖2所示。

圖2取力器的可靠性框圖

設U代表取力器無故障工作的事件，Ui代表第i個元器件無故障工作的事件。根據取力器的可靠性框圖，各元器件之間是串聯關系，只要有一個元器件失效，系統便失效。所以取力器的正常工作事件出現，等于各個元器件均正常工作，即U1,U2,…,Un事件同時發生，U={U1,U2,…,Un}，根據計算概率的規則來表達取力器的可靠度。假設取力器各元器件是相互獨立的，則：

(1)

(2)

其中：RS為取力器的可靠度；P(U)為取力器正常工作的概率。

由于取力器各元器件之間都是串聯關系，根據可靠性乘積法則，串聯系統的可靠度等于各單元的可靠度的乘積，因此取力器的可靠度等于各元器件可靠度的乘積[2]。

3.2 取力器的故障樹分析

3.2.1 故障樹的建立

取力器是制冷送冷車傳動系統的主要組成部件,壓縮機是否能正常工作，主要取決于取力器的性能是否良好。連接盤的作用是連接變速箱輸出軸，將動力傳遞到取力器；油封主要用于密封，防止油液滲漏；齒輪軸用于傳遞扭力；齒輪用于改變動力傳輸的方向；撥叉的主要功能是進行制冷送冷車壓縮機與汽車行駛之間的動力轉換；箱體主要用于動力傳遞件的安裝固定；連接法蘭主要用于安裝固定手剎盤總成，確保手剎制動力能夠滿足汽車制動時的要求；皮帶輪主要用于安裝皮帶，滿足制冷送冷車的動力傳輸和輸出轉速的要求。

通過分析導致取力器出現故障可能的原因，建立取力器不能正常工作時的故障樹，如圖3所示。

3.2.2 故障樹的定性分析

故障樹定性分析的目的是找出系統故障或導致頂事件發生的全部起因，并定性地判斷系統的薄弱環節。為此，必須求出故障樹的全部最小割集。割集是能導致頂事件發生的一些底事件的集合，當這些底事件同時發生時，頂事件必然發生。如果割集中的任一底事件不發生時頂事件也不會發生，這就是最小割集[3]。

T-取力器不正常工作；G1-軸承卡滯燒蝕；G2-連接盤損壞；X1-軸承潤滑不足；X2-軸承損壞；X3-連接盤內花鍵損壞；X4-連接盤固定螺栓松動

采用上行法，即從故障樹最下面的中間事件算起，按照各自的邏輯關系進行計算，從下到上逐次把中間事件和頂事件用基本事件的和表示，逐步將頂事件用基本事件的乘積的和來表示，式中每個乘積項，即每個割集代表了故障樹中的每一個最小割集，從最下面的中間事件開始有：

G1=X1+X2,G2=X3+X4,T=G1+G2.

(3)

頂事件為T時：

T=X1+X2+X3+X4.

(4)

最小割集K(i=1,2,3,4)為：

K1=X1,K2=X2,K3=X3,K4=X4.

(5)

通過計算取力器故障樹的最小割集可以找出系統故障發生的全部起因，了解取力器各種故障發生的可能性，定量地計算取力器系統的失效概率和有關的可靠性參數，為取力器系統故障分析、維修及技術改進提供可靠的定量數據，同時為了進一步評估和改善取力器系統的可靠性[4]，需對上述4個割集產生的故障原因進行進一步的分析，統計其發生的概率。根據故障統計分析，4個割集大部分是由于取力器固定螺栓松動與潤滑油不足造成的。

4 結論

取力器是制冷送冷車傳動系統的主要組成部分，本文對制冷送冷車使用的取力器出現的故障進行分析，并運用故障樹分析方法對取力器進行了可靠性分析，找出了取力器故障的主要原因是固定螺栓松動和潤滑油不足造成的，為取力器故障維修及技術改進提供了依據。