路面保洁类车型风机故障分析和预防.pdf

第4期机电技术机电技术路面保洁类车型风机故障分析和预防路面保洁类车型风机故障分析和预防苏志强（福龙马集团股份有限公司，福建 龙岩 364000）摘要路面保洁类车型在使用过程中会出现风机异响、晃动厉害等故障问题，在粉尘污染大的环境下尤为严重。通过对风机的拆机检查后，发现主要是动力输出装置中的深沟球轴承损坏和封堵问题，再从风机结构设计原理、轴承选型和外界影响等方面分析了产生这一现象的原因，基于上述原因提出相应的预防措施。目前已得到应用和推广，优化设计取得了明显成效。关键词路面保洁类车型；风机；动力输出装置；深沟球轴承；配装方式中图分类号：U469.6+91文献标识码：A文章编号：1672-4801（2023）04-083-03DOI：10.19508/ki.1672-4801.2023.04.024作者简介：苏志强（1988），男，工程师，主要从事环卫专用汽车工艺设计及管理工作。随着人民生活水平的日益提高，对道路卫生的需求日益激增，使得全国各地环卫单位对道路清扫装备的需求越来越迫切。路面保洁类车型是代替人工进行大面积扫路作业的典型车型，该类车型主要是利用副发动机提供动能，通过动力输出装置将动能传递给风机，使风机叶轮旋转，从而在其蜗壳内形成负压，在大气压作用下吸气口连接的吸嘴将夹带垃圾的空气带入垃圾仓内。路面保洁类车型功能的多样性、功能是否能够正常实现与配装的风机是否可以稳定提供动能息息相关，特别是动力输出装置中转轴支撑的深沟球轴承起着重要的作用，一旦它们任何一种发生损伤，都将使风机叶轮的传动轴径向或者轴向发生变化，导致风机叶轮出现动态失衡而产生抖动和异响，更甚者与蜗壳发生碰撞，造成风机损坏，从而丧失车辆路面保洁的功能。因此，在对整车定期预防检查和维护保养中，对风机动力输出装置的结构稳定性、检修便捷性提出了更高要求。本文针对路面保洁类车型风机质量异常原因及延伸问题进行分析和处理，并提出相应预防措施，以期提高风机在各种工况下的使用寿命。1问题描述路面保洁类车型的风机总成主要由风叶总成、风机固定架、风机壳体、风机皮带轮、传动轴、轴承座、深沟球轴承和透气螺栓等组成。风机能否稳定工作，一方面是风叶总成的动平衡是否符合要求；另一方面看动力输出装置的深沟球轴承支撑和工作稳定性，特别是润滑特性的稳定。原风机总成结构简图如图1所示。1234567891011图1原风机总成结构简图1.风机固定架焊合；2.风机皮带轮；3.传动轴；4.唇形密封圈；5.轴承；6.风机轴承座；7.油杯；8.透气螺栓；9.轴套；10.风叶焊合总成；11.风机壳体通过对现有路面保洁类车型售后反馈的风机故障进行解体分析发现滚动轴承损坏、卡滞的问题尤为严重，具体表现在：透过透气螺栓孔可见轴承座腔“蓝色”HP-R高温润滑脂出现发黑现象；润滑脂干涸，丧失润滑效果；轴承保持架碎裂；轴承滚动体表面附着大量异物；故障示意如图2a、2b、2c、2d所示。2原因分析2.1从风机润滑机理分析车辆风机主轴轴承段轴径 d=70 mm，最大转速为2450 r/min，常在恶劣、潮湿、水汽充足的环境下工作，而动力输出装置因持续高速旋转易使滚动轴承出现摩擦；滚动轴承的摩擦主要有：滚动体与滚道之间的滚动摩擦和滑动摩擦；保持架与滚832023年8月机电技术机电技术（a）轴承座的润滑脂发黑（b）润滑脂干涸（c）轴承保持架碎裂（d）轴承滚动体附着大量异物图2轴承故障示意图动体及套圈引导面之间的滑动摩擦；润滑剂的黏性阻力；密封装置的滑动摩擦等。根据滚动轴承润滑安装一般原则进行重新选型，优选润滑脂进行润滑；再综合速度、温度和环境等因素，应选用HP-R高温润滑脂，符合原设计要求。通过对新结构润滑机理的调整，润滑脂同样选择HP-R高温润滑脂（使用温度：-40220），但因后续采用免维护结构（取消注脂口）；因此须根据滚动轴承润滑脂填充量及补充周期表要求，在易污染环境应将轴承和轴承盖里的全部空间填满HP-R高温润滑脂。2.2结构分析风机轴承座原设计带有注脂口和呼吸口。在风机总成组装后，可利用油杯向轴承座内腔中注入1/3腔位高度的高温润滑脂，用以保证风机日常工作过程中的润滑。但是在粉尘较多或者雾霾严重的情况下实车作业时，车辆故障频繁，特别是风机轴承座位置的轴承故障尤为严重，根据设计使用要求，轴承使用寿命应满足2000030000 h，而实际使用中轴承才工作400 h便出现故障，从作业环境及轴承座的热交换原理分析，风机轴在高速旋转下，易使轴承产生摩擦，致使轴承座内空气发生热膨胀，停止作业后又发生冷收缩，最终通过透气螺栓的降压呼吸带入大量的粉尘，致使粉尘与轴承润滑脂混合，由此反复降低了润滑效果，最终轴承润滑脂完全失去润滑特性而干涸、黏结；2.3售后情况分析从实际车辆保养及使用规范等情况了解，实际车辆使用者部分会为减少养护时间，未按严格的车辆使用规范进行保养，而进行一次性注入过量润滑脂的违规操作，导致润滑脂填充满内腔，轴承座腔内无处释放因摩擦发热产生的腔内膨胀，最终造成润滑脂直接通过透气螺栓处喷涌而出，加速了轴承使用寿命的损耗。故障示意如图3所示。图3轴承故障示意图2.4延伸问题分析目前路面保洁类车型的风机口与箱体风道对接，因受客户群对自身车型配置的差异性因素影响，路面保洁类车型的风机与箱体的风口无法按一种规格配置统一对中安装，时常出现忽左、忽右的偏移问题，所以每台车辆的风机与箱体无法实现标准化和通用性。若风机发生重大无法修复故障时，更换对应风机仅能依靠现场配焊的方式进行，不仅无形中增加了售后成本，而且现配工作难度大、危险系数高，尤其是在外箱体吊装防坠、车电线束焊接防护等方面。在现场配焊的操作中，虽有对关键部件采用石棉布防护防止焊接飞溅，但由于焊接飞溅的无规则溅射，难免出现防范不到位的情况，从而导致车电线束安全隐患，特别容易诱发自燃问题，无形之中增加了用车风险。风机现配过程示意如图4所示。图4风机现配过程示意图3预防处理措施通过以上分析，风机故障原因主要集中于以下方面：首先，主要是由于在特殊工况下结构设计、选型不合理引发的；其次，是由于使用者养护操作不规范引起。更换风机的延伸问题主要是因车型配置的差异性诱发的风机风口适配性不足造84第4期成。为此，针对该问题提出以下预防处理措施：3.1问题车辆的处理方案根据故障及配件损害程度，免费提供更换维修服务，如轴承座内轴承损坏的，则更换为重新选型的双面密封的深沟球轴承；若风机整体无法修复或者修复成本高于整机更换，则直接进行整机更换，对使用者做好新操作规程培训，并提供一定周期的定期上门维护服务。3.2在用及在制车辆的纠正预防处理方案1）对已售车辆，由售后人员与在用车辆的使用者沟通，进行规范用车要点培训：作业前，认真落实风机养护情况，是否存在异响等故障，避免车辆带病作业。2）对未售或在制车辆的设备操作说明书进行更新并组织培训，同时对在制的车辆进行全面的物料更替，保证提高车辆后续使用寿命。3.3结构优化方案由于原设计结构在特殊工况下确实存在结构设计、选型不合理的现象，通过上述分析后，对结构进行以下优化：首先，更换透气螺栓，改用空气柱塞；其次，调整结构为免维护，取消黄油嘴结构及其周期性加注高温润滑脂维护事项；最后，因在恶劣环境中，粉尘容易窜入轴承污染润滑脂，所以轴承选用双面带防尘盖，外圈有止动槽的深沟球轴承。如图5所示为新风机总成结构简图。12345678910图5新风机总成结构简图1.风机固定架焊合；2.风机皮带轮；3.传动轴；4.唇形密封圈；5.轴承；6.风机轴承座；7.空气柱塞；8.轴套；9.风叶焊合总成；10.风机壳体3.4适配性优化方案因受客户对自身车型配置的差异性因素影响，路面保洁类车型的风机与箱体的风口无法统一型号，特别是存在密封胶条无法统一高度、对中安装的问题。通过对实车风机与箱体进风口对接情况进行分析，发现主要是因固定式风机吸风口在高度上、左右偏摆浮动尺寸方面无法自适应的进行调整，因此只能对风机吸风口进行6个自由度的柔性可调结构的优化，方能实现通用性。如图6所示为可调式吸风口结构简图。123456图6可调式吸风口结构简图1.密封胶条；2.高度调节螺杆；3.抗压弹簧；4.柔性风管总成；5.位移U形板；6.吸风口焊合总成4优化效果采用上文所述预防处理措施已对现有风机轴承座进行了全面结构优化，优化后的风机已配装实车约计600余台次，通过在不同区域的长时间验证，特别是在粉尘污染大的区域，目前反馈风机故障几近消除。而事关延伸适配性的优化方案，目前仍处于研发试制阶段，正在进行样机验证。5结束语本文中的产品已投入市场许久，虽然实物在产品设计过程中对应用情景已有大体考虑和认识，但往往是不充分的；因为影响产品使用寿命的因素与使用者操作习惯、超负荷作业、超限保养及环境污染严重度等方面息息相关。后续设计及工艺审查时，需要全局考虑，在满足最大工艺性要求的前提下，按高通用性和售后便利性等要求进行设计，以保证产品的人性化和使用寿命的提高。本文中阐述的问题分析方法和结构优化，可为后续路面保洁类车型的功能稳定性设计和售后维护保养提供参考。参考文献：1 成大先.机械设计手册：轴承M.6版.北京：化学工业出版社，2017.苏志强：路面保洁类车型风机故障分析和预防85