HK80型液力偶合器接脫排故障原因分析及處理

陸傳榮 何 柳 李 唐 顧志超（.駐七一一研究所代表室，上海00090；.七一一研究所，上海00090）

1 前言

液力偶合器作為一種液力傳動(dòng)機(jī)械，通過液體在旋轉(zhuǎn)的葉輪中流動(dòng)，完成機(jī)械能→液體能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞［1］。目前，液力偶合器廣泛地應(yīng)用于世界各國(guó)的大型船舶動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，作為柴油機(jī)的傳動(dòng)元件，在柴油機(jī)主推進(jìn)系統(tǒng)或柴－柴、柴－燃聯(lián)合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，液力偶合器作為一種柔性傳動(dòng)設(shè)備，可有效地實(shí)現(xiàn)離合、隔離扭振、帶螺距接排、調(diào)節(jié)負(fù)載平衡等功能。

HK80型液力偶合器具有離合功能，相較于其它液力偶合器多了一項(xiàng)接脫排的考核指標(biāo)，接脫排指標(biāo)是否合格直接影響了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。此類液力偶合器在使用、試驗(yàn)和維修過程中，有時(shí)會(huì)遇到接脫排故障，由于引起故障的原因比較多，且存在多個(gè)系統(tǒng)共同作用，所以給故障原因的查明和處理帶來了較大的困難。

引起液力偶合器接脫排故障的原因有很多，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件質(zhì)量、裝配等多個(gè)因素。本文就液力偶合器接脫排故障各種現(xiàn)象的原因及處理方法進(jìn)行探討。

2 故障現(xiàn)象

HK80型液力偶合器在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)需對(duì)接脫排指標(biāo)進(jìn)行考核，要求液力偶合器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成接脫排。根據(jù)已使用的HK80液力偶合器接脫排試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的故障，其現(xiàn)象可以分為以下兩類：

1）接排超時(shí)，無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成接排，甚至無法接排；

2）脫排超時(shí)、無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成脫排，甚至無法脫排。

3 液力偶合器接脫排工作原理

3.1 快速放油閥的作用

快速放油閥是液力偶合器的重要零件之一，是液力偶合器實(shí)現(xiàn)離合功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為液力偶合器順利運(yùn)轉(zhuǎn)、完成接脫排提供保障，因此，保證快速放油閥的正常工作至關(guān)重要。液力偶合器快速放油閥的基本結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1所示：

圖1 快速放油閥結(jié)構(gòu)及原理圖Fig.1 The rapid release valve construction and schematic diagram

快速放油閥的工作原理：

快速放油閥由閥體2、彈性擋圈3、膜片6、螺紋閥套7組成，閥座8焊接在液力偶合器轉(zhuǎn)子上，快速放油閥整體安裝在閥座8上。快速放油閥中膜片6控制其閉合與開啟。控制油P流入控制油壓力室4內(nèi)，作用在膜片6的外側(cè)，液力偶合器型腔內(nèi)的工作油作用在膜片6的內(nèi)側(cè)面上。由于外側(cè)面的受力面積比內(nèi)側(cè)面大得多，因此內(nèi)、外側(cè)同時(shí)有油時(shí)，快速放油閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)控制油被切斷后，離心力和液力偶合器工作油的壓力作用在膜片上，使閥打開，液力偶合器型腔內(nèi)的工作油經(jīng)流道1快速排空。

3.2 液力偶合器控制原理

液力偶合器控制原理：

HK80液力偶合器油路控制系統(tǒng)分為兩部分：

1）控制油供油經(jīng)過調(diào)壓閥3調(diào)節(jié)后，若電磁控制閥1打開，控制油將旁通閥2打開，則控制油流往快速放油閥，使快速放油閥關(guān)閉。

2）工作油供油路上的充油閥4也受電磁控制閥1的控制，電磁控制閥1打開，控制油將充油閥4打開，工作油經(jīng)充油閥進(jìn)入液力偶合器腔體。

4 液力偶合器接脫排故障的分析及處理

液力偶合器接排需要具備以下兩個(gè)條件：

1）液力偶合器供油系統(tǒng)正常工作；

2）液力偶合器快速放油閥關(guān)閉。

液力偶合器脫排需要具備以下三個(gè)條件：

1）液力偶合器具有一定的.；

2）液力偶合器充油系統(tǒng)關(guān)閉；

3）液力偶合器快速放油閥打開。

4.1 滑油供給系統(tǒng)問題

故障現(xiàn)象之一：液力偶合器接排超時(shí)，充油量不足

原因分析：液力偶合器的滑油供給系統(tǒng)由油泵系統(tǒng)和供油管道組成。液力偶合器接排完成的標(biāo)志是輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求，要使液力偶合器輸出轉(zhuǎn)速在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，液力偶合器的供油系統(tǒng)必須保證一定的供油量。HK80型液力偶合器，接排時(shí)輸入轉(zhuǎn)速750r/min，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到720r/min時(shí)，接排完成。在接排時(shí)，液力偶合器在輸入轉(zhuǎn)速750r/min、進(jìn)油溫度50℃時(shí)，系統(tǒng)供油量必須達(dá)到300L/min，才能保證液力偶合器順利接排。所以，如果液力偶合器的油泵系統(tǒng)供油量不足或管道存在漏油、堵塞現(xiàn)象，將不能保證正常供油，將造成液力偶合器接排超時(shí)。

處理方法：需對(duì)油泵系統(tǒng)及供油管路進(jìn)行檢測(cè)。由于油泵及部分管道一般安裝于液力偶合器內(nèi)部，若油泵系統(tǒng)及管道出現(xiàn)故障，檢修困難，所以在液力偶合器總裝前，應(yīng)對(duì)油泵流量進(jìn)行測(cè)定、對(duì)供油管路進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

故障現(xiàn)象之二：液力偶合器無法接排，控制油壓力偏低

原因分析：液力偶合器接排必須保證快速放油閥處于關(guān)閉狀態(tài)，快速放油閥的閉合由控制壓力油控制（圖1），快速放油閥膜片受外側(cè)控制油壓力F1、自身離心力F2及內(nèi)側(cè)工作油壓力F3的作用，快速放油閥閉合的條件為：

F1＞F2＋F3

F1＝P·S；

F2＝4π2mn2r；

F3＝P1·S1＝2π2ρ n2r2S1

其中：P——膜片外側(cè)控制油壓；

S——膜片外側(cè)面積；

m——膜片質(zhì)量；

n——液力偶合器轉(zhuǎn)速（r/s）；

r——膜片距液力偶合器中心距離；

P1——膜片內(nèi)側(cè)控制油壓；

S1——膜片內(nèi)側(cè)面積；

ρ——工作油密度。

快速放油閥關(guān)閉所需的控制油壓P要達(dá)到的條件為：

P ＞2π2n2r（2m＋ρ rS1）/S

如果控制油壓P達(dá)不到要求，則快速放油不能關(guān)閉，液力偶合器無法接排。

處理方法：在液力偶合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸、接排轉(zhuǎn)速確定的情況下，如果快速放油閥達(dá)不到閉合要求，可以通過調(diào)節(jié)控制油壓P實(shí)現(xiàn)快速放油閥關(guān)閉。P受油泵系統(tǒng)供油量和供油管路的影響，同時(shí)液力偶合器供油管路上裝有壓力調(diào)節(jié)閥，可以對(duì)通過調(diào)整壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)控制油壓P。

4.2 控制系統(tǒng)問題

故障現(xiàn)象之一：液力偶合器無法接脫排

原因分析：液力偶合器的控制系統(tǒng)主要控制快速放油閥的開閉（圖2），如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將無法控制快速放油閥的開閉，不能實(shí)現(xiàn)液力偶合器的接脫排。液力偶合器通過電磁控制閥來控制流往快速放油閥的控制油P的通斷。電磁閥開啟，控制油P進(jìn)入快速放油閥的控制油壓力室，快速放油閥關(guān)閉，開始接排；電磁閥關(guān)閉，控制油P斷開，快速放油閥開啟，開始脫排。

圖2 控制原理圖Fig.2 Control schematic diagram

控制系統(tǒng)故障原因：

1）電磁控制閥卡滯

2）控制線路故障

3）控制油管路堵塞

處理辦法：

1）電磁控制閥可以進(jìn)行手動(dòng)操作，手動(dòng)操作電磁閥，如果電磁閥不動(dòng)作，說明電磁控制閥卡滯，更換和拆檢電磁控制閥。

2）手動(dòng)操作電磁控制閥，進(jìn)行接脫排試驗(yàn)，如果電磁閥正常動(dòng)作，偶合器可以接脫排，說明電磁閥完好，檢查控制線路。

3）如果控制油壓力異常升高，則可能是控制油管路堵塞，拆洗控制油管路。

故障現(xiàn)象之二：液力偶合器無法接脫排，充油壓力異常

原因分析：電磁控制閥除了控制控制油路外，還控制充油閥的開閉（圖2），從而控制進(jìn)入液力偶合器腔內(nèi)的工作油路。如果電磁閥連接充油閥的管路堵塞，則接排時(shí)，充油閥不能打開，無法接排；若充油閥故障，一般為閥芯卡滯，充油閥不能打開或關(guān)閉，液力偶合器無法接排或脫排。

處理辦法：充油閥故障可以從充油壓力表看出，接排時(shí)，充油壓力不為零；脫排時(shí)，充油壓力為零。否則，說明充油閥故障。對(duì)充油閥及控制油管進(jìn)行拆檢，對(duì)閥芯卡滯位置進(jìn)行修整。

4.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)問題

故障現(xiàn)象：液力偶合器接脫排超時(shí)、無法接排

原因分析：快速放油閥是液力偶合器接脫排的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其它系統(tǒng)對(duì)接脫排的影響大部分都要通過快速放油閥起作用?？焖俜庞烷y通過膜片6（圖1）在閥內(nèi)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速放油閥的開閉?？焖俜庞烷y故障的常見原因是膜片在閥內(nèi)卡滯，不能順利移動(dòng)。當(dāng)膜片在閥內(nèi)卡滯，造成膜片不能與閥體2（圖1）完全貼合，快速放油閥不完全閉合，接排時(shí)，進(jìn)入偶合器的工作油通過膜片與閥體之間的縫隙泄走，使液力偶合器接排超時(shí)，甚至于縫隙過大，造成偶合器達(dá)不大接排轉(zhuǎn)速，無法接排；同樣，脫排時(shí)，快速放油閥無法完全打開，造成排油流量不足，脫排超時(shí)。

快速放油閥故障原因：

1）有雜質(zhì)進(jìn)入快速放油閥，使膜片卡滯；

2）閥體與螺紋閥套間隙較小，安裝時(shí)，閥體容易卡在螺紋閥套內(nèi)，兩者刮擦可能產(chǎn)生的毛刺使膜片卡滯；

3）螺紋閥套底部圓角過大，使膜片卡滯在底部，快速放油閥一直處于打開狀態(tài)，不能關(guān)閉。

處理辦法：

1）拆除快速放油閥進(jìn)行清潔，使用清潔滑油；

2）拆檢快速放油閥，對(duì)有刮擦的閥體和螺紋閥套進(jìn)行修磨或更換；

3）修整螺紋閥套底部圓角。

4.4 故障排除建議

液力偶合器接脫排故障現(xiàn)象比較明顯，同一現(xiàn)象可能存在多種原因，在查找故障時(shí)，應(yīng)遵循先外后內(nèi)、由易到繁的原則。首先檢查控制系統(tǒng)，通過手動(dòng)操作和觀察壓力表，對(duì)照故障現(xiàn)象，確定是否是控制系統(tǒng)故障；其次檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查快速放油閥是否有異物，膜片是否卡滯；如果都沒有發(fā)現(xiàn)故障，則可能時(shí)供油系統(tǒng)故障。

5 小結(jié)

HK80型液力偶合器快速放油閥不能順利接脫排直接導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)無法傳遞或切斷動(dòng)力，嚴(yán)重影響動(dòng)力系統(tǒng)的靈敏性、經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)，液力偶合器接脫排故障，可能會(huì)導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)速忽高忽低。因此，液力偶合器使用過程中，當(dāng)出現(xiàn)接脫排故障時(shí)，要仔細(xì)檢查分析原因，了解各個(gè)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的原理，根據(jù)實(shí)踐和理論相結(jié)合的原則進(jìn)行故障的排除處理，及時(shí)采取針對(duì)性措施，保證傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。

［1］ 劉應(yīng)誠(chéng).液力偶合器應(yīng)用與節(jié)能技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.