船用液力偶合器接排超時(shí)故障分析與排除

崔向海，王 沖，王 珂

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 200090；2.解放軍91184 部隊(duì)，山東青島 116041）

0 引言

液力偶合器通過液體在旋轉(zhuǎn)的葉輪中流動(dòng)，完成機(jī)械能→液體動(dòng)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。它安裝在柴油機(jī)的輸出端，作為一種柔性傳動(dòng)設(shè)備，能很好地解決空載起動(dòng)、多機(jī)并車、部分隔離和吸收軸系扭振及減振降噪等問題，在船舶動(dòng)力裝置中具有不可替代的作用。

某型液力偶合器臺(tái)架試驗(yàn)期間，接排時(shí)間超過試驗(yàn)大綱允許值，通過對(duì)此次故障的排查、分析、處理，總結(jié)故障原因及排除措施。

1 故障現(xiàn)象

在柴油機(jī)分系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行某型液力偶合器接排試驗(yàn)過程中，根據(jù)《某型液力偶合器接排臺(tái)架試驗(yàn)大綱》中規(guī)定：當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到750 r/min，接排后，要求液力偶合器達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速720 r/min，功率240 kW 的時(shí)間不超過50 s。而當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min 時(shí)，試驗(yàn)人員分別進(jìn)行了5 次接排試驗(yàn)，液力偶合器達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速720 r/min，功率240 kW 的時(shí)間在38～70 s 波動(dòng)，未滿足試驗(yàn)大綱中接排時(shí)間不大于50 s 的要求。

2 液力偶合器結(jié)構(gòu)組成與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成（圖1）

圖1 液力偶合器結(jié)構(gòu)組成

液力偶合器主要由轉(zhuǎn)子部件、箱體部件、油泵部件和液壓系統(tǒng)組成，其主要功能是部分隔離柴油機(jī)的振動(dòng)，改善柴油機(jī)的啟動(dòng)性能，通過對(duì)液力偶合器的控制，滿足柴油機(jī)的啟動(dòng)要求。

轉(zhuǎn)子部件由輸入法蘭、泵輪、渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭組成。輸入法蘭和泵輪直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭連接組成功率輸出系統(tǒng)。

箱體部件由箱體、箱蓋、油底殼組成，它們均為鋁合金鑄件，用螺栓緊固在一起。

油泵部件由1 個(gè)充油泵（離心泵）、1 個(gè)控制油泵（齒輪泵）、1 個(gè)滑油泵（齒輪泵）和1 個(gè)安全閥組成，這3 個(gè)泵組成一體共用1 個(gè)傳動(dòng)軸，用螺栓固定在偶合器箱體的下部。

液壓系統(tǒng)由帶恒溫器的充油閥、冷卻器、電磁閥、旁通閥、控制油壓力調(diào)節(jié)閥、潤滑油壓力調(diào)節(jié)閥、滑油濾器和快速放油閥組成。這些組件除了快速放油閥安裝在渦輪外殼上，其余都安裝在箱體的頂部，恒溫器的作用是保持偶合器工作油溫保持一定值。

油標(biāo)尺在偶合器的右側(cè)，抽油管在偶合器的左側(cè)。為了確保船在傾斜位置時(shí)仍能供應(yīng)滑油，充油泵和潤滑油泵從油底殼的中心抽油。

2.2 工作原理

液力偶合器控制系統(tǒng)如圖2 所示，工作原理：液力偶合器主動(dòng)部件泵輪安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，從動(dòng)部件渦輪安裝在箱蓋上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過齒輪1 和3 及惰輪2驅(qū)動(dòng)控制油泵，通過傘齒輪驅(qū)動(dòng)充油泵，控制油泵將滑油從油底殼抽出，產(chǎn)生壓力油P105?；捅糜升X輪1a、3a 和惰輪2a驅(qū)動(dòng)，滑油泵也從油底殼抽出滑油，產(chǎn)生壓力油并導(dǎo)入控制油泵壓力油P105。壓力油P105通過滑油濾器后通過控制油壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后產(chǎn)生控制油壓力油P106，控制快速放油閥，實(shí)現(xiàn)液力偶合器的離合功能。控制油經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥V1 減壓后再通過滑油調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后產(chǎn)生潤滑油P140 潤滑各個(gè)軸承。

圖2 液力偶合器控制系統(tǒng)

充油泵將滑油從油底殼抽出，產(chǎn)生偶合器工作油壓力油P170 至恒溫器，恒溫器隨滑油溫度的變化將壓力油P170直接或通過冷卻器向未開啟的充油閥形成壓力油P171，同時(shí)通過充油閥中的節(jié)流孔向偶合器工作腔中充油，帶走偶合器空轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的空損熱量。

當(dāng)電磁控制閥（電動(dòng)或手動(dòng)）移至“充油”位置時(shí)（手動(dòng)時(shí)手指從里向外按），壓力油P106通過電磁閥后產(chǎn)生壓力油P107a，同時(shí)至旁通閥和充油閥，使這二個(gè)閥打開。一路壓力油P107 去關(guān)閉快速放油閥，同時(shí)工作油P171通過充油閥后產(chǎn)生工作油P172 進(jìn)入偶合器的工作腔（泵輪與渦輪腔），偶合器開始充油，經(jīng)過一段時(shí)間后，偶合器即可加載正常工作，在偶合器運(yùn)轉(zhuǎn)中由于存在滑差，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，所以偶合器工作腔中的工作油通過回油管回到油底殼，再經(jīng)充油泵抽油，冷卻后進(jìn)入偶合器，不斷循環(huán)，保證偶合器連續(xù)工作。

當(dāng)電磁閥換向閥移向“放油”位置時(shí)（手動(dòng)時(shí)手指從外向里按），壓力油P106 關(guān)閉?？焖俜庞烷y壓力油P107 從節(jié)流孔中泄壓，同時(shí)充油閥關(guān)閉，偶合器工作油從快速放油閥迅速排空，偶合器脫開。

電磁閥可以手動(dòng)操作，從外向內(nèi)按是“放油”位置，從內(nèi)向外按是“充油”位置。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，偶合器輸出法蘭由于燃?xì)廨啓C(jī)的工作由變速齒輪箱的剩余力矩驅(qū)動(dòng)，在此狀況下，軸承由潤滑油泵潤滑。

3 故障分析及排查

3.1 問題定位

故障發(fā)生后，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)排查，初步判斷液壓閥件存在卡滯現(xiàn)象。拆檢液力偶合器閥件，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)快速放油閥的腔體內(nèi)存在膠狀顆粒物質(zhì)，問題定位為液力偶合器快速放油閥裝配問題。

3.2 機(jī)理分析

快速放油閥在安裝時(shí)要求涂抹螺紋密封膠，在本次故障中，放油閥密封膠涂抹過多，使密封膠經(jīng)螺紋擠壓進(jìn)入放油閥腔體，凝固后以膠狀顆粒的形態(tài)殘留在腔體內(nèi)，在液力偶合器接排時(shí)，若膠狀顆粒位于膜片與放油閥密封面的位置，快速放油閥的膜片不能完全關(guān)閉，使轉(zhuǎn)子內(nèi)的工作油從放油閥泄出，造成液力偶合器接排超時(shí)。圖3 中的膜片控制閥的閉合和開啟，控制油作用在膜片的外側(cè)，偶合器型腔內(nèi)的工作油作用在膜片的內(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)油閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)控制油被切斷后，離心力和偶合器工作油的壓力使閥打開，偶合器型腔內(nèi)的油快速排空。

圖3 快速排油閥局部結(jié)構(gòu)

4 解決方法

4.1 措施

（1）清洗快速放油閥，安裝時(shí)將密封膠涂抹在遠(yuǎn)離放油閥腔體的螺紋外端，且不超過螺紋長度的1/2，避免密封膠進(jìn)入放油閥腔體。

（2）完善液力偶合器裝配作業(yè)指導(dǎo)書，明確快速放油閥涂密封膠的規(guī)范要求，保證密封膠不進(jìn)入放油閥腔體內(nèi)。

4.2 效果

采取上述糾正措施后，液力偶合器分別進(jìn)行5 次接排試驗(yàn)，時(shí)間分別為38 s、42 s、48 s、45 s、46 s，均符合試驗(yàn)大綱接排時(shí)間不超過50 s 的要求。

5 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)故障分析以及改進(jìn)措施，對(duì)30 余臺(tái)同型號(hào)液力偶合器進(jìn)行改進(jìn)效果驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明，按照完善后液力偶合器安裝方法作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書規(guī)定操作，接排時(shí)間符合要求，無類似故障復(fù)發(fā)。