液力耦合器高溫故障分析與排除

李廣良

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司，陜西 渭南 714000）

液力耦合器高溫故障分析與排除

李廣良

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司，陜西 渭南 714000）

本文結(jié)合液力耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理對(duì)其高溫故障現(xiàn)象及成因進(jìn)行分析，從過(guò)油量、出口油壓，油液雜質(zhì)，配合間隙等幾個(gè)方面介紹了診斷及處理方法。結(jié)合故障成因給出了預(yù)防高溫故障的措施。

液力耦合器；過(guò)熱；黏度等級(jí)；容積率；裝配間隙

我國(guó)輪式裝載機(jī)上應(yīng)用的液力機(jī)械變速箱——裝配雙導(dǎo)輪綜合式液力耦合器，具有高效區(qū)寬廣、變矩過(guò)渡至藕合工況平穩(wěn)的特點(diǎn)。但這種變速箱在使用中，易出現(xiàn)高溫過(guò)熱、工作無(wú)力、內(nèi)部元件損壞等故障。本文總結(jié)多年的使用及檢修經(jīng)驗(yàn)，以雙導(dǎo)輪式液力耦合器液力機(jī)械變速箱為例，介紹液力機(jī)械變速箱的工作原理，分析變速箱工作過(guò)程中高溫故障的原因和診斷維修方法。

一、液力機(jī)械變速箱雙導(dǎo)輪綜合式耦合器的工作原理

該液力耦合器主要由泵輪、渦輪、第一導(dǎo)輪、第二導(dǎo)輪及導(dǎo)輪座等組成。

工作過(guò)程中，經(jīng)濾網(wǎng)、液壓油濾清器過(guò)濾被齒輪油泵吸入、加壓的液壓油通過(guò)主限壓閥后一路經(jīng)導(dǎo)輪座的進(jìn)油道進(jìn)入泵輪，另一路流向變速箱操縱閥。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)相嚙合的齒輪傳給泵輪，泵輪的旋轉(zhuǎn)將進(jìn)入其內(nèi)部的液壓油壓入渦輪，高速液流沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力由渦輪軸輸出至變速部分。從渦輪出來(lái)的液壓油，一部分通過(guò)液力耦合器出口經(jīng)油冷卻器后進(jìn)入離合器潤(rùn)滑軸承、齒輪及冷卻離合器摩擦片后流回變速箱殼底；另一部分經(jīng)第一、第二導(dǎo)輪傳回給泵輪。液壓油一面在循環(huán)圓內(nèi)旋轉(zhuǎn)，一面隨泵輪和渦輪旋轉(zhuǎn)，從而形成圓周螺旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)渦輪的液體沖向?qū)л喨~片時(shí)，導(dǎo)輪不轉(zhuǎn)，導(dǎo)輪給予液體一定的反作用力矩。這個(gè)力矩和泵輪給予液體的力矩合在一起，全部傳給渦輪，從而使渦輪起到了增大扭矩的作用，即變矩。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增高，渦輪傳給導(dǎo)輪的液流方向發(fā)生變化至沖擊導(dǎo)輪背面時(shí)，第一、二導(dǎo)輪在超越離合器的作用下，先后開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，變矩工況變成藕合工況，此時(shí)耦合器傳動(dòng)效率達(dá)到最高。由于油液在運(yùn)動(dòng)中沖擊、磨擦?xí)p耗能量，故耦合器的傳動(dòng)效率是較低的，國(guó)內(nèi)外目前最好的耦合器其最高的效率只有88%。

二、液力耦合器高溫過(guò)熱故障的主要原因

分析變速箱工作系統(tǒng)及耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，液壓油是傳遞動(dòng)能的關(guān)鍵工作介質(zhì)。液力耦合器高溫過(guò)熱除了油路堵塞，液壓油冷卻器故障造成散熱效果差等原因以外，過(guò)油量不足、工作油壓較低使工作介質(zhì)流失，導(dǎo)致動(dòng)能傳遞效率大大減低，燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化成液壓油的高溫?zé)崮苁邱詈掀鞲邷氐闹饕蛑?。另一主要原因則是耦合器裝配間隙不正確導(dǎo)致的。

圖1　導(dǎo)輪座

三、液力變速箱系統(tǒng)高溫故障的排除

1.基礎(chǔ)檢查

（1）檢查變速系統(tǒng)液壓油量。油量過(guò)多，運(yùn)動(dòng)機(jī)件的運(yùn)動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致油溫高；油量不足，即運(yùn)動(dòng)機(jī)件潤(rùn)滑不足，系統(tǒng)循環(huán)散熱量不足，導(dǎo)致油溫升高。液壓油量應(yīng)保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。（2）散熱器漏油或堵塞將造成系統(tǒng)油量缺少，回油不暢冷卻作用差而引起高溫。檢查耦合器出口、油散熱器出口的油壓、出油量，對(duì)比可知。

2.過(guò)油量不足，工作油壓較低造成高溫故障的排除

檢查耦合器出口的油壓、出油量。出口油壓低，出油量小時(shí)，檢查變速箱操縱閥進(jìn)油管路油壓、出油量。

（1）若油壓低，出油量小，則：①變速箱齒輪泵供油不足，由于油泵傳動(dòng)齒輪損壞，泵軸與齒輪連接松曠或油泵間隙過(guò)大，內(nèi)泄嚴(yán)重等原因造成；②油泵的集濾器、液壓油濾芯被雜質(zhì)堵塞，油泵進(jìn)油不暢或不進(jìn)油。應(yīng)檢修油泵，清洗或更換濾芯。

（2）油壓、出油量正常，則耦合式裝配。軸承的滾珠與軸承架磨損嚴(yán)重，當(dāng)軸承內(nèi)架兩端面接觸后，間隙依然過(guò)大（如圖2所示）。經(jīng)分析、試驗(yàn)，我們對(duì)軸承兩內(nèi)架端面進(jìn)行了車(chē)削加工，減小軸承間隙，車(chē)削量為：0.2mm～0.5mm（如圖3所示）。裝配后，泵輪的擺動(dòng)間隙減小到許可范圍內(nèi)。使用證實(shí)效果良好，可延長(zhǎng)軸承1/3使用壽命。器泄漏。密封點(diǎn)橡膠圈老化，密封不嚴(yán)是耦合器泄漏的常見(jiàn)原因。有時(shí)是泵輪、泵輪殼有裂紋導(dǎo)致泄露。內(nèi)泄嚴(yán)重時(shí)耦合器內(nèi)油壓過(guò)低，造成高溫。檢查泵輪、泵輪殼時(shí)，輕敲殼體，仔細(xì)聽(tīng)有無(wú)破損音，并仔細(xì)檢查輪、殼里外表面有無(wú)裂紋、破損痕跡，若有，應(yīng)立即更換。

3.耦合器裝配間隙不正確導(dǎo)致高溫故障的排除

如果前述檢查的油壓、出油量都正常而高溫時(shí)，可判斷為耦合器裝配間隙不正確而導(dǎo)致高溫。

渦輪與泵輪間的裝配間隙以兩輪邊沿軸向距離為依據(jù)，應(yīng)為2mm～3mm。用手轉(zhuǎn)動(dòng)泵輪時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)摩擦聲。如裝配間隙大于3mm，耦合器內(nèi)泄增加，液壓油從間隙中流出量加大，參與圓周螺旋運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)能的油量減少，使傳動(dòng)效率降低，油溫升高。如裝配間隙不足2mm，則泵輪與渦輪間會(huì)發(fā)生機(jī)械磨察。

我們?cè)诖笮抟毫︸詈掀鲿r(shí)曾遇到這樣的情況：在更換了液力耦合器的導(dǎo)輪座后，泵輪與渦輪兩者的間隙僅為1mm，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)機(jī)械摩擦，渦輪的外卡簧卡不上。檢查后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)輪座上安裝泵輪的軸頸短了2mm。我們?cè)谲?chē)床上將該軸頸的定位面車(chē)去了2mm（保證了軸頸的長(zhǎng)度）后，問(wèn)題得到了解決（如圖1所示）。非泵輪或渦輪的問(wèn)題時(shí)不能以車(chē)削泵輪或渦輪輪沿厚度的方法來(lái)調(diào)整此間隙，否則會(huì)影響機(jī)械的動(dòng)力性。

在裝配中常出現(xiàn)壓緊螺母緊固到最大限位時(shí)，泵輪軸向擺動(dòng)間隙仍然大，泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)劇烈。該泵輪使用的是平推式壓力軸承，軸承內(nèi)架為兩半對(duì)開(kāi)

圖2　

圖3　

變速箱液壓油里常出現(xiàn)不同雜質(zhì)，性質(zhì)和數(shù)量代表著機(jī)械元件磨損和損壞的部位及程度，結(jié)合變速箱結(jié)構(gòu)可進(jìn)行故障推斷。

若油液中含銅末或銅粒，則變速箱中離合器從動(dòng)片磨損嚴(yán)重或損壞，嚴(yán)重時(shí)離合器片燒蝕變形，導(dǎo)致無(wú)檔、不能脫檔（即停不住車(chē)）。若含有鐵粒，則離合器殼體、離合器主動(dòng)片或耦合器軸承損壞，斷裂。耦合器高速旋轉(zhuǎn)會(huì)在其中心處形成一定的真空效應(yīng)，使液壓油產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。過(guò)油量不足、工作油壓低會(huì)加劇這種現(xiàn)象，使鋁合金材質(zhì)的耦合器元件受損。若液壓油中含金屬鋁末或鋁粒，泵輪、渦輪殼上小坑分布較多時(shí)，則耦合器原件磨損或損壞，耦合器內(nèi)因?yàn)閴毫^(guò)低而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象。

4.防止裝載機(jī)液力-機(jī)械變速系統(tǒng)油溫過(guò)高的措施

裝載機(jī)液力機(jī)械變速系統(tǒng)油溫高將帶來(lái)諸多不良影響。從故障分析及使用維護(hù)要求來(lái)看，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①正確選用油液牌號(hào)，一般選用HL或HM黏度等級(jí)為32#的液壓油。定期檢測(cè)油液品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)油液變質(zhì)或有異常雜質(zhì)時(shí)，及時(shí)更換、停車(chē)檢修。

②保持冷卻器散熱片的清潔和風(fēng)扇皮帶合適的張緊度，確保其具有良好的冷卻效果。

③及時(shí)清洗更換油液濾清器，防止濾清器堵塞。

④隨時(shí)監(jiān)控液壓泵的工作情況，確保其工作正常。

⑤隨時(shí)監(jiān)聽(tīng)耦合器、變速箱的聲音，發(fā)現(xiàn)異常響聲，及時(shí)停車(chē)檢查。

避免液力機(jī)械變速系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間在低效區(qū)工作；盡量避免過(guò)載性操作；盡量避免在溫度過(guò)高或氣流循環(huán)不暢的環(huán)境作業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在使用過(guò)程中，只要嚴(yán)格按照操作、維護(hù)、保養(yǎng)規(guī)程對(duì)液力機(jī)械變速系統(tǒng)進(jìn)行操作、維護(hù)、保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，就能夠有效地控制裝載機(jī)液力機(jī)械變速系統(tǒng)的高溫現(xiàn)象。

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