HK80型液力偶合器接脱排故障原因分析及处理

陆传荣 何 柳 李 唐 顾志超（.驻七一一研究所代表室，上海00090；.七一一研究所，上海00090）

1 前言

液力偶合器作为一种液力传动机械，通过液体在旋转的叶轮中流动，完成机械能→液体能→机械能的转换，实现动力传递［1］。目前，液力偶合器广泛地应用于世界各国的大型船舶动力传动系统，作为柴油机的传动元件，在柴油机主推进系统或柴－柴、柴－燃联合动力传动系统中，液力偶合器作为一种柔性传动设备，可有效地实现离合、隔离扭振、带螺距接排、调节负载平衡等功能。

HK80型液力偶合器具有离合功能，相较于其它液力偶合器多了一项接脱排的考核指标，接脱排指标是否合格直接影响了传动系统的可靠性。此类液力偶合器在使用、试验和维修过程中，有时会遇到接脱排故障，由于引起故障的原因比较多，且存在多个系统共同作用，所以给故障原因的查明和处理带来了较大的困难。

引起液力偶合器接脱排故障的原因有很多，涉及到结构设计、零件质量、装配等多个因素。本文就液力偶合器接脱排故障各种现象的原因及处理方法进行探讨。

2 故障现象

HK80型液力偶合器在进行试验时需对接脱排指标进行考核，要求液力偶合器在规定时间内完成接脱排。根据已使用的HK80液力偶合器接脱排试验时出现的故障，其现象可以分为以下两类：

1）接排超时，无法在规定的时间内完成接排，甚至无法接排；

2）脱排超时、无法在规定的时间内完成脱排，甚至无法脱排。

3 液力偶合器接脱排工作原理

3.1 快速放油阀的作用

快速放油阀是液力偶合器的重要零件之一，是液力偶合器实现离合功能的执行机构，为液力偶合器顺利运转、完成接脱排提供保障，因此，保证快速放油阀的正常工作至关重要。液力偶合器快速放油阀的基本结构与工作原理如图1所示：

图1 快速放油阀结构及原理图Fig.1 The rapid release valve construction and schematic diagram

快速放油阀的工作原理：

快速放油阀由阀体2、弹性挡圈3、膜片6、螺纹阀套7组成，阀座8焊接在液力偶合器转子上，快速放油阀整体安装在阀座8上。快速放油阀中膜片6控制其闭合与开启。控制油P流入控制油压力室4内，作用在膜片6的外侧，液力偶合器型腔内的工作油作用在膜片6的内侧面上。由于外侧面的受力面积比内侧面大得多，因此内、外侧同时有油时，快速放油阀处于关闭状态；当控制油被切断后，离心力和液力偶合器工作油的压力作用在膜片上，使阀打开，液力偶合器型腔内的工作油经流道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统分为两部分：

1）控制油供油经过调压阀3调节后，若电磁控制阀1打开，控制油将旁通阀2打开，则控制油流往快速放油阀，使快速放油阀关闭。

2）工作油供油路上的充油阀4也受电磁控制阀1的控制，电磁控制阀1打开，控制油将充油阀4打开，工作油经充油阀进入液力偶合器腔体。

4 液力偶合器接脱排故障的分析及处理

液力偶合器接排需要具备以下两个条件：

1）液力偶合器供油系统正常工作；

2）液力偶合器快速放油阀关闭。

液力偶合器脱排需要具备以下三个条件：

1）液力偶合器具有一定的.；

2）液力偶合器充油系统关闭；

3）液力偶合器快速放油阀打开。

4.1 滑油供给系统问题

故障现象之一：液力偶合器接排超时，充油量不足

原因分析：液力偶合器的滑油供给系统由油泵系统和供油管道组成。液力偶合器接排完成的标志是输出转速达到设计要求，要使液力偶合器输出转速在规定的时间内达到设计要求，液力偶合器的供油系统必须保证一定的供油量。HK80型液力偶合器，接排时输入转速750r/min，当输出转速达到720r/min时，接排完成。在接排时，液力偶合器在输入转速750r/min、进油温度50℃时，系统供油量必须达到300L/min，才能保证液力偶合器顺利接排。所以，如果液力偶合器的油泵系统供油量不足或管道存在漏油、堵塞现象，将不能保证正常供油，将造成液力偶合器接排超时。

处理方法：需对油泵系统及供油管路进行检测。由于油泵及部分管道一般安装于液力偶合器内部，若油泵系统及管道出现故障，检修困难，所以在液力偶合器总装前，应对油泵流量进行测定、对供油管路进行压力试验。

故障现象之二：液力偶合器无法接排，控制油压力偏低

原因分析：液力偶合器接排必须保证快速放油阀处于关闭状态，快速放油阀的闭合由控制压力油控制（图1），快速放油阀膜片受外侧控制油压力F1、自身离心力F2及内侧工作油压力F3的作用，快速放油阀闭合的条件为：

F1＞F2＋F3

F1＝P·S；

F2＝4π2mn2r；

F3＝P1·S1＝2π2ρ n2r2S1

其中：P——膜片外侧控制油压；

S——膜片外侧面积；

m——膜片质量；

n——液力偶合器转速（r/s）；

r——膜片距液力偶合器中心距离；

P1——膜片内侧控制油压；

S1——膜片内侧面积；

ρ——工作油密度。

快速放油阀关闭所需的控制油压P要达到的条件为：

P ＞2π2n2r（2m＋ρ rS1）/S

如果控制油压P达不到要求，则快速放油不能关闭，液力偶合器无法接排。

处理方法：在液力偶合器内部结构尺寸、接排转速确定的情况下，如果快速放油阀达不到闭合要求，可以通过调节控制油压P实现快速放油阀关闭。P受油泵系统供油量和供油管路的影响，同时液力偶合器供油管路上装有压力调节阀，可以对通过调整压力调节阀调节控制油压P。

4.2 控制系统问题

故障现象之一：液力偶合器无法接脱排

原因分析：液力偶合器的控制系统主要控制快速放油阀的开闭（图2），如果控制系统出现故障，将无法控制快速放油阀的开闭，不能实现液力偶合器的接脱排。液力偶合器通过电磁控制阀来控制流往快速放油阀的控制油P的通断。电磁阀开启，控制油P进入快速放油阀的控制油压力室，快速放油阀关闭，开始接排；电磁阀关闭，控制油P断开，快速放油阀开启，开始脱排。

图2 控制原理图Fig.2 Control schematic diagram

控制系统故障原因：

1）电磁控制阀卡滞

2）控制线路故障

3）控制油管路堵塞

处理办法：

1）电磁控制阀可以进行手动操作，手动操作电磁阀，如果电磁阀不动作，说明电磁控制阀卡滞，更换和拆检电磁控制阀。

2）手动操作电磁控制阀，进行接脱排试验，如果电磁阀正常动作，偶合器可以接脱排，说明电磁阀完好，检查控制线路。

3）如果控制油压力异常升高，则可能是控制油管路堵塞，拆洗控制油管路。

故障现象之二：液力偶合器无法接脱排，充油压力异常

原因分析：电磁控制阀除了控制控制油路外，还控制充油阀的开闭（图2），从而控制进入液力偶合器腔内的工作油路。如果电磁阀连接充油阀的管路堵塞，则接排时，充油阀不能打开，无法接排；若充油阀故障，一般为阀芯卡滞，充油阀不能打开或关闭，液力偶合器无法接排或脱排。

处理办法：充油阀故障可以从充油压力表看出，接排时，充油压力不为零；脱排时，充油压力为零。否则，说明充油阀故障。对充油阀及控制油管进行拆检，对阀芯卡滞位置进行修整。

4.3 执行机构问题

故障现象：液力偶合器接脱排超时、无法接排

原因分析：快速放油阀是液力偶合器接脱排的直接执行机构，其它系统对接脱排的影响大部分都要通过快速放油阀起作用。快速放油阀通过膜片6（图1）在阀内的移动实现快速放油阀的开闭。快速放油阀故障的常见原因是膜片在阀内卡滞，不能顺利移动。当膜片在阀内卡滞，造成膜片不能与阀体2（图1）完全贴合，快速放油阀不完全闭合，接排时，进入偶合器的工作油通过膜片与阀体之间的缝隙泄走，使液力偶合器接排超时，甚至于缝隙过大，造成偶合器达不大接排转速，无法接排；同样，脱排时，快速放油阀无法完全打开，造成排油流量不足，脱排超时。

快速放油阀故障原因：

1）有杂质进入快速放油阀，使膜片卡滞；

2）阀体与螺纹阀套间隙较小，安装时，阀体容易卡在螺纹阀套内，两者刮擦可能产生的毛刺使膜片卡滞；

3）螺纹阀套底部圆角过大，使膜片卡滞在底部，快速放油阀一直处于打开状态，不能关闭。

处理办法：

1）拆除快速放油阀进行清洁，使用清洁滑油；

2）拆检快速放油阀，对有刮擦的阀体和螺纹阀套进行修磨或更换；

3）修整螺纹阀套底部圆角。

4.4 故障排除建议

液力偶合器接脱排故障现象比较明显，同一现象可能存在多种原因，在查找故障时，应遵循先外后内、由易到繁的原则。首先检查控制系统，通过手动操作和观察压力表，对照故障现象，确定是否是控制系统故障；其次检查执行机构，检查快速放油阀是否有异物，膜片是否卡滞；如果都没有发现故障，则可能时供油系统故障。

5 小结

HK80型液力偶合器快速放油阀不能顺利接脱排直接导致传动系统无法传递或切断动力，严重影响动力系统的灵敏性、经济性；同时，液力偶合器接脱排故障，可能会导致输出转速忽高忽低。因此，液力偶合器使用过程中，当出现接脱排故障时，要仔细检查分析原因，了解各个系统和结构的原理，根据实践和理论相结合的原则进行故障的排除处理，及时采取针对性措施，保证传动系统的正常工作。

［1］ 刘应诚.液力偶合器应用与节能技术.北京：化学工业出版社，2006.