船用齒輪箱液壓離合器防帶排技術(shù)應(yīng)用

摘要：帶有離合功能的船用齒輪箱，采用濕式液壓離合器，輸入和主機(jī)連接，輸出和螺旋槳軸連接，通過濕式液壓離合器的合脫排實(shí)現(xiàn)主機(jī)和螺旋槳軸的轉(zhuǎn)動和停止。當(dāng)主機(jī)處于怠轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，雖然離合器處于脫開狀態(tài)，有時(shí)輸出軸還是會跟著主機(jī)有低速轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為離合器的帶排。本文通過分析離合器的結(jié)構(gòu)原理，研究一種防止離合器帶排的應(yīng)用，減少螺旋槳跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：船用齒輪箱;濕式液壓離合器;脫排;帶排

引言

船用主推進(jìn)齒輪箱帶有離合器的目的是實(shí)現(xiàn)船舶的前進(jìn)、倒退和停止。離合器合排后帶動螺旋槳運(yùn)行。離合器脫排后，理論上螺旋槳軸應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動，船舶處于停止?fàn)顟B(tài)。但是實(shí)際情況是在離合器脫開后，螺旋槳有低速轉(zhuǎn)動的情況，該現(xiàn)象在單離合器的船用齒輪箱中出現(xiàn)的概率非常的大。單離合器的主推進(jìn)齒輪箱主要用于可調(diào)槳船舶，通過調(diào)整可調(diào)槳槳葉的角度實(shí)現(xiàn)船舶的前進(jìn)和倒退。當(dāng)離合器脫開時(shí)，螺旋槳的槳葉處于0度位置，此時(shí)螺旋槳的阻力非常小，當(dāng)螺旋槳的攪水阻力克服不了離合器的帶排阻力時(shí)，螺旋槳就會出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

筆者在從事的工作中，分析研究液壓濕式離合器的結(jié)構(gòu)、工作原理，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加彈簧結(jié)構(gòu)，減少離合器的帶排扭矩，降低螺旋槳軸跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

1.船用齒輪箱離合器的結(jié)構(gòu)與工作原理

1離合器輸入油缸2活塞3離合器外殼4摩擦片座5離合器輸出

船舶推進(jìn)系統(tǒng)在啟動主機(jī)時(shí)，液壓濕式離合器是處于脫開狀態(tài)，內(nèi)外摩擦副之間會有一定的間隙，齒輪箱輸入端（和主機(jī)連線部分）跟隨主機(jī)一起運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪箱的從動端（和螺旋槳相連的輸出側(cè)）因離合器處于脫開狀態(tài)而靜止。齒輪箱合排時(shí)，控制離合器的高壓油從油缸端進(jìn)入活塞腔，推動活塞，活塞推動內(nèi)外摩擦片，使摩擦片處于壓緊狀態(tài)，此時(shí)離合器外殼和摩擦片座就可以看成一個整體，從而帶動齒輪箱的輸出部分運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)船舶的前進(jìn)或者后退。船舶需要停止時(shí)，通過控制齒輪箱的電磁閥，對離合器停止供高壓油，活塞會在返回彈簧的作用下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)離合器的脫排。在合排或者脫排的過程中，摩擦片會有從靜到動，或者從動到靜的過程，在此過程中摩擦片存在摩擦，會產(chǎn)生很大的熱量，為了防止摩擦片過熱燒結(jié)，潤滑油必須始終通入離合器中，對摩擦片進(jìn)行冷卻。

2.離合器脫開后，齒輪箱輸出軸轉(zhuǎn)速有明顯下降，但是還是會有跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，此現(xiàn)象我們稱之為離合器的帶排

在實(shí)船使用時(shí)，在離合器脫排后，輸出軸會有一定的跟轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)速在10到20幾轉(zhuǎn)不等，有時(shí)會達(dá)到40-50轉(zhuǎn)，一段時(shí)間后，因?yàn)槁菪龢膽T性減少，螺旋槳會有轉(zhuǎn)速下降，但還是不能完全停止，通過船舶槳軸安裝的轉(zhuǎn)速傳感器，可以看出槳軸的轉(zhuǎn)速在脫排后有明顯下降。用戶認(rèn)為該現(xiàn)象是因?yàn)殡x合器沒有完全脫開或者摩擦片損壞引起。

3.離合器帶排現(xiàn)象原因分析

齒輪箱潤滑系統(tǒng)中安裝有離合器工作油壓和滑油壓力表，離合器合排后，工作油壓力會從0Mpa增加到2Mpa，離合器在活塞壓緊摩擦片后，通過內(nèi)外摩擦片之間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩，在離合器脫開狀態(tài)下，外摩擦片和離合器外殼一起跟著輸入軸旋轉(zhuǎn)，內(nèi)摩擦片理論上和齒輪箱的輸出側(cè)應(yīng)該是靜止的。離合器合排，在摩擦片壓緊的過程中（內(nèi)摩擦片從靜止到和輸入軸一起轉(zhuǎn)動），內(nèi)外摩擦片是存在相互打滑的，離合器脫排后，活塞復(fù)位，在摩擦片的脫開過程中（內(nèi)摩擦片從轉(zhuǎn)動到停止），內(nèi)外摩擦片也是存在相互打滑的，此結(jié)合和脫開的過程會產(chǎn)生大量的熱量。為了防止離合器過熱，離合器始終是通入潤滑油對離合器進(jìn)行散熱。脫排后的摩擦片重新回到松散狀態(tài)，及實(shí)際上內(nèi)外片處于分離狀態(tài)，離合器輸出側(cè)轉(zhuǎn)速明顯下降。在離合器的合脫排過程中，因離合器的潤滑油始終處于供油狀態(tài)，內(nèi)外摩擦片之間會有一層油膜，油膜存在的粘性，如果離合器的輸出端的負(fù)載不足以克服油膜產(chǎn)生的附著力，就會出現(xiàn)輸出跟轉(zhuǎn)，螺旋槳軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，也就是帶排現(xiàn)象。此時(shí)齒輪箱的工作油壓偉0Mpa。說明輸出槳軸的轉(zhuǎn)動肯定不是因?yàn)榛钊€是壓緊狀態(tài)下，沒有完全脫開導(dǎo)致的。根據(jù)帶排原因的分析，如果離合器的潤滑油越多，摩擦片之間的間隙越小，帶排現(xiàn)象就會越嚴(yán)重。反之，離合器帶排的現(xiàn)象就會減輕。通過理論上的分析，公司也進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，同一離合器在潤滑油溫低時(shí)，齒輪箱的帶排會嚴(yán)重，當(dāng)油溫升高后，離合器的帶排轉(zhuǎn)速就會降低，摩擦片間隙大時(shí)帶排轉(zhuǎn)速低，相反，摩擦片間隙小時(shí)帶排轉(zhuǎn)速就會升高。通過減少離合器的潤滑油量，可以改善離合器的帶排現(xiàn)象，但是減少潤滑油量，會導(dǎo)致摩擦片過熱，導(dǎo)致摩擦片燒結(jié)，因此減少油量降低帶排必須通過詳細(xì)的計(jì)算，大量的試驗(yàn)才可靠。

4.離合器防帶排方法的應(yīng)用

綜合上述離合器的工作原理和帶排現(xiàn)象，離合器脫開后，活塞沒有壓緊摩擦片，離合器的內(nèi)外摩擦片是自由狀態(tài)，因?yàn)閮?nèi)外摩擦片沒有外力，很難實(shí)現(xiàn)在摩擦片座上的軸向移動，內(nèi)外摩擦片間隙小的，潤滑油的附著力肯定大，內(nèi)外摩擦片間隙大的，潤滑油的附著力就會小。離合器內(nèi)外片之間的間隙肯定存在不均勻現(xiàn)在現(xiàn)象，導(dǎo)致油膜附著力的產(chǎn)生，該現(xiàn)象增加了帶排現(xiàn)象的發(fā)生。針對此現(xiàn)象，我公司在內(nèi)外摩擦片之間增加了彈簧，活塞返回后，松散狀態(tài)下的摩擦片通過增加的彈簧裝置，給摩擦片增加外力，該外力使摩擦片可以在摩擦片座上進(jìn)行軸向滑動，這樣可以保證內(nèi)外摩擦片之間的間隙是均勻分布的，減少油膜產(chǎn)生的附著力，防止離合器帶排。

5.結(jié)論

總之，帶離合器的船用齒輪箱是船舶推進(jìn)系統(tǒng)不可或缺的部分，離合器的防帶排也成為一個專項(xiàng)研究領(lǐng)域。經(jīng)過詳細(xì)的理論計(jì)算與公司的大量試驗(yàn)，結(jié)合在實(shí)船中的使用，該離合器的防帶排技術(shù)達(dá)到了良好的使用效果，提升了船舶運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]CB/T4149-2011船舶齒輪箱臺架試驗(yàn)

[2]GB/T15411-2009濕式離合器摩擦元件試驗(yàn)方法

作者簡介：韓林平（1978-），男，山東青島，本科，工程師，主要從事船用齒輪箱設(shè)備研發(fā)和設(shè)計(jì)工作。

（作者單位：南京高精船用設(shè)備有限公司）