船用齿轮箱液压离合器防带排技术应用

摘要：带有离合功能的船用齿轮箱，采用湿式液压离合器，输入和主机连接，输出和螺旋桨轴连接，通过湿式液压离合器的合脱排实现主机和螺旋桨轴的转动和停止。当主机处于怠转状态时，虽然离合器处于脱开状态，有时输出轴还是会跟着主机有低速转动现象，这种现象称为离合器的带排。本文通过分析离合器的结构原理，研究一种防止离合器带排的应用，减少螺旋桨跟转的现象。

关键词：船用齿轮箱;湿式液压离合器;脱排;带排

引言

船用主推进齿轮箱带有离合器的目的是实现船舶的前进、倒退和停止。离合器合排后带动螺旋桨运行。离合器脱排后，理论上螺旋桨轴应该停止转动，船舶处于停止状态。但是实际情况是在离合器脱开后，螺旋桨有低速转动的情况，该现象在单离合器的船用齿轮箱中出现的概率非常的大。单离合器的主推进齿轮箱主要用于可调桨船舶，通过调整可调桨桨叶的角度实现船舶的前进和倒退。当离合器脱开时，螺旋桨的桨叶处于0度位置，此时螺旋桨的阻力非常小，当螺旋桨的搅水阻力克服不了离合器的带排阻力时，螺旋桨就会出现跟转现象。

笔者在从事的工作中，分析研究液压湿式离合器的结构、工作原理，进行优化设计，增加弹簧结构，减少离合器的带排扭矩，降低螺旋桨轴跟转的现象。

1.船用齿轮箱离合器的结构与工作原理

1离合器输入油缸2活塞3离合器外壳4摩擦片座5离合器输出

船舶推进系统在启动主机时，液压湿式离合器是处于脱开状态，内外摩擦副之间会有一定的间隙，齿轮箱输入端（和主机连线部分）跟随主机一起运转，齿轮箱的从动端（和螺旋桨相连的输出侧）因离合器处于脱开状态而静止。齿轮箱合排时，控制离合器的高压油从油缸端进入活塞腔，推动活塞，活塞推动内外摩擦片，使摩擦片处于压紧状态，此时离合器外壳和摩擦片座就可以看成一个整体，从而带动齿轮箱的输出部分运转，实现船舶的前进或者后退。船舶需要停止时，通过控制齿轮箱的电磁阀，对离合器停止供高压油，活塞会在返回弹簧的作用下复位，实现离合器的脱排。在合排或者脱排的过程中，摩擦片会有从静到动，或者从动到静的过程，在此过程中摩擦片存在摩擦，会产生很大的热量，为了防止摩擦片过热烧结，润滑油必须始终通入离合器中，对摩擦片进行冷却。

2.离合器脱开后，齿轮箱输出轴转速有明显下降，但是还是会有跟转的现象，此现象我们称之为离合器的带排

在实船使用时，在离合器脱排后，输出轴会有一定的跟转，该转速在10到20几转不等，有时会达到40-50转，一段时间后，因为螺旋桨的惯性减少，螺旋桨会有转速下降，但还是不能完全停止，通过船舶桨轴安装的转速传感器，可以看出桨轴的转速在脱排后有明显下降。用户认为该现象是因为离合器没有完全脱开或者摩擦片损坏引起。

3.离合器带排现象原因分析

齿轮箱润滑系统中安装有离合器工作油压和滑油压力表，离合器合排后，工作油压力会从0Mpa增加到2Mpa，离合器在活塞压紧摩擦片后，通过内外摩擦片之间产生的摩擦力来传递扭矩，在离合器脱开状态下，外摩擦片和离合器外壳一起跟着输入轴旋转，内摩擦片理论上和齿轮箱的输出侧应该是静止的。离合器合排，在摩擦片压紧的过程中（内摩擦片从静止到和输入轴一起转动），内外摩擦片是存在相互打滑的，离合器脱排后，活塞复位，在摩擦片的脱开过程中（内摩擦片从转动到停止），内外摩擦片也是存在相互打滑的，此结合和脱开的过程会产生大量的热量。为了防止离合器过热，离合器始终是通入润滑油对离合器进行散热。脱排后的摩擦片重新回到松散状态，及实际上内外片处于分离状态，离合器输出侧转速明显下降。在离合器的合脱排过程中，因离合器的润滑油始终处于供油状态，内外摩擦片之间会有一层油膜，油膜存在的粘性，如果离合器的输出端的负载不足以克服油膜产生的附着力，就会出现输出跟转，螺旋桨轴继续转动，也就是带排现象。此时齿轮箱的工作油压伟0Mpa。说明输出桨轴的转动肯定不是因为活塞还是压紧状态下，没有完全脱开导致的。根据带排原因的分析，如果离合器的润滑油越多，摩擦片之间的间隙越小，带排现象就会越严重。反之，离合器带排的现象就会减轻。通过理论上的分析，公司也进行了相关的试验，同一离合器在润滑油温低时，齿轮箱的带排会严重，当油温升高后，离合器的带排转速就会降低，摩擦片间隙大时带排转速低，相反，摩擦片间隙小时带排转速就会升高。通过减少离合器的润滑油量，可以改善离合器的带排现象，但是减少润滑油量，会导致摩擦片过热，导致摩擦片烧结，因此减少油量降低带排必须通过详细的计算，大量的试验才可靠。

4.离合器防带排方法的应用

综合上述离合器的工作原理和带排现象，离合器脱开后，活塞没有压紧摩擦片，離合器的内外摩擦片是自由状态，因为内外摩擦片没有外力，很难实现在摩擦片座上的轴向移动，内外摩擦片间隙小的，润滑油的附着力肯定大，内外摩擦片间隙大的，润滑油的附着力就会小。离合器内外片之间的间隙肯定存在不均匀现在现象，导致油膜附着力的产生，该现象增加了带排现象的发生。针对此现象，我公司在内外摩擦片之间增加了弹簧，活塞返回后，松散状态下的摩擦片通过增加的弹簧装置，给摩擦片增加外力，该外力使摩擦片可以在摩擦片座上进行轴向滑动，这样可以保证内外摩擦片之间的间隙是均匀分布的，减少油膜产生的附着力，防止离合器带排。

5.结论

总之，带离合器的船用齿轮箱是船舶推进系统不可或缺的部分，离合器的防带排也成为一个专项研究领域。经过详细的理论计算与公司的大量试验，结合在实船中的使用，该离合器的防带排技术达到了良好的使用效果，提升了船舶运行的可靠性。

参考文献

[1]CB/T4149-2011船舶齿轮箱台架试验

[2]GB/T15411-2009湿式离合器摩擦元件试验方法

作者简介：韩林平（1978-），男，山东青岛，本科，工程师，主要从事船用齿轮箱设备研发和设计工作。

（作者单位：南京高精船用设备有限公司）