一種拖拉機離合器散熱裝置設計

白 楊 ，蔣亞波 ，原志華 ，管 磊 ，羅躍輝

（第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

0 引言

離合器是拖拉機的關鍵部件，在拖拉機使用過程中起著傳遞和切斷動力的作用，并對變速箱起到一定的安全保護的作用。獨立干式雙作用離合器由于結構簡單，成本較低，且可以分別控制變速箱和拖拉機的動力輸出的動力結合與切斷，因此在200 馬力以下的拖拉機中被廣泛應用[1-3]。

隨著國家對農業的重視程度的不斷增強，農業生產活動中農機手對作業速度和效率的要求越來越高，因此更多的人傾向于大馬力拖拉機[4]。拖拉機馬力越大，所需要匹配的離合器尺寸也越大[5-6]。大尺寸干式離合器在拖拉機上的使用越來越普遍，而大尺寸離合器在使用過程中因摩擦產生的熱量更多，離合器摩擦片在熱變形后會導致離合器分離不徹底，從而引起摘掛擋困難。同時，半結合狀態會加速摩擦片的磨損，縮短離合器的使用壽命。

從對大馬力拖拉機離合器市場故障信息的分析來看，由于離合器摩擦片變形導致的離合器分離不徹底等故障在整個離合器故障中占比相對較高。因此，如何解決大馬力拖拉機離合器散熱問題是當下各大拖拉機主機廠亟待解決的事項。

1 離合器發熱成因

1.1 儲備系數不足

儲備系數是離合器配套中最為重要的性能參數之一，它是指離合器所能傳遞的最大扭矩和發動機輸出扭矩的比值[7-9]。離合器傳遞的最大扭矩由離合器摩擦片作用半徑、離合器碟簧壓緊力、摩擦片材料等決定。離合器儲備系數不足會嚴重影響其使用壽命，拖拉機作業過程中整機負荷的突然增大，會導致離合器打滑，并產生大量的摩擦熱，使得離合器各個部件性能嚴重下降。儲備系數過大則會導致離合器分離力過大，從而引起離合器操縱力過大，影響用戶操縱性；同時，分離力過大會引起發動機曲軸潤滑不良，導致發動機故障，無法起到保護發動機和變速箱的作用。在進行拖拉機離合器的配套時，必須滿足儲備系數要求。國內拖拉機行業中，一般建議主離合器的儲備系數按不小于2.4 進行配套選型[10]。

1.2 操作習慣

使用離合器進行完換擋或其他操作時，應當盡快松開離合器[11]。由于拖拉機作業時一般需要較低的車速，個別農機手使用拖拉機時為了控制車速和機具作業，習慣一只腳一直放在離合器踏板上，使離合器一直處于半分離狀態。如此一來，離合器一直處于滑磨狀態，不僅產生的摩擦熱多，還嚴重影響離合器的使用壽命。根據對用戶市場的走訪和調查，不良的使用習慣是拖拉機離合器故障高的一個重要原因。

1.3 使用頻率高

拖拉機在工作中，離合器的使用頻率要比汽車大得多。特別是水田作業等工況，由于地塊較小，需要頻繁轉向，因此需要頻繁操縱離合器。此外，配套部分特殊農具時會頻繁使用離合器，如拖拉機配套打捆機時，幾乎1 min～2 min 就要使用一次離合器[6]。在離合器不斷接合與分離過程中會產生大量的摩擦熱，這種情況是由于配套農具的工作特性使然，不可避免。若對離合器進行散熱，則可以有效減少部件的熱變形，延長離合器的使用壽命。

1.4 空間密閉

拖拉機的作業環境和商用車相比更加惡劣，一般多塵土和泥水。因此，拖拉機離合器箱體有一定的防泥水要求，故而其安裝空間比較密閉。同時，拖拉機箱體有較高的強度要求，離合器箱體一般壁厚較大，就更不利于離合器的散熱。由于安裝在密閉且壁厚大的空間內，離合器因摩擦產生的熱量不能及時排出，易導致離合器從動盤及摩擦片的熱變形問題。大尺寸干式離合器由于尺寸大，產生的摩擦熱也更多，散熱不及時的問題更為突出。

2 離合器散熱設計

2.1 設計思路

由于拖拉機使用的干式離合器一般都布置在相對密閉的空間內，傳統的水冷和油冷的散熱方式難以應用到。因此，能夠考慮到的拖拉機離合器散熱方式只有風冷的散熱方式。在進行風冷設計時，可選擇自然風冷或強制風冷兩種方式。若采用自然風冷的散熱方式，需要對離合器的安裝空間進行改造，以便于自然風的進入和流出。此方法對拖拉機來講改動大，產生的生產成本高，且已經投放市場的拖拉機難以實現。因此，如何在最小的改動下實現拖拉機離合器的散熱是本研究的關鍵所在。

2.2 設計過程

本研究將如何在離合器附近產生循環風作為重點研究對象。實際上，離合器在大多數時間內都處于轉動狀態。若是能在離合器上裝上類似于風扇的葉片，則在離合器的轉動下便能不斷產生風，帶散熱的離合器結構如圖1 所示。其中，離合器新殼體和散熱葉片通過螺釘連接，離合器散熱葉片的形狀及數量可根據離合器的結構布局確定，不影響離合器自身的分離機構。

圖1 帶散熱的離合器結構圖

在離合器上安裝若干個散熱葉片，隨著離合器殼體的轉動，離合器所在空間便會產生空氣流動，散熱葉片轉動過程中也會產生朝向離合器摩擦片方向的風。離合器的旋轉方向和散熱葉片的送風方向如圖2所示。

圖2 離合器的旋轉方向和散熱葉片的送風方向

僅僅實現了風的產生還遠遠不夠，要實現離合器散熱還需要將熱風排出，并引入新鮮的冷風。為了實現離合器箱體內的空氣循環流動，借助于拖拉機發動機的進氣管路，本研究設計了如圖3 所示的離合器散熱循環系統。其主要特點是在離合器箱體側面開孔后通過出氣管和空氣濾清器進氣管相連接，在離合器箱體上方開孔后通過進氣管和空氣濾清器相連接。離合器上的散熱葉片隨離合器轉動產生流動的風，同時由于離合器箱體與發動機的空氣濾清器進氣管和空氣濾清器之間有管路連接，從而實現離合器箱體里面的空氣循環。

圖3 離合器散熱循環系統

2.3 具體實現過程

本研究所描述的拖拉機離合器散熱裝置的具體工作過程：拖拉機啟動后，離合器總成隨發動機飛輪快速轉動，帶動散熱葉片一起轉動。離合器箱體內的空氣在散熱葉片的轉動下沿離合器旋轉方向流動，從而使得離合器箱體內形成一個負壓狀態，空氣濾清器進氣管的空氣在離合器箱體的負壓作用下流向離合器箱體內部。散熱葉片在轉動過程中會使空氣沿葉片垂直方向流向離合器摩擦片，從而對離合器摩擦片進行散熱。流向離合器摩擦片的空氣受到離合器摩擦片的阻擋后會改變空氣的流向，并流向垂直于離合器摩擦片的方向，流向離合器箱體。在離合器箱體被吹空氣的位置連接有出氣管，可將吹經離合器摩擦片的空氣排出。如此一來，當發動機啟動后便會在離合器箱體里面形成一個空氣循環，從而對離合器殼體和離合器摩擦片進行散熱，達到降低離合器溫度的目的。

3 結語

研究團隊設計的散熱裝置通過離合器殼體的轉動加快離合器所在空間的空氣流動，同時通過管路連接將熱空氣引至拖拉機空氣濾清器管路中，起到降低離合器溫度的作用，從而降低離合器的故障率，并具有結構簡單、可靠性高的特點。研究團隊設計的離合器散熱裝置對拖拉機的改動小且容易實現，能夠有效地對拖拉機離合器進行散熱，從而延長離合器的使用壽命。