電磁離合器維修保障研究

劉 峰，黃景峰，董 楠

（中國船舶重工集團公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

電磁離合器維修保障研究

劉 峰，黃景峰，董 楠

（中國船舶重工集團公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

通過長期參與電子戰(zhàn)系統(tǒng)維修工作，提出了系統(tǒng)中較容易損壞的電磁離合器維修保障問題。重點介紹了時間設定驅(qū)動裝置使用的干式多片摩擦式電磁離合器的維修、國產(chǎn)化生產(chǎn)替代及保障研究，展望了類似產(chǎn)品維修保障的發(fā)展途徑。

電子戰(zhàn)系統(tǒng)；時間設定驅(qū)動裝置；電磁離合器；維修；保障

0 簡介

艦載電子戰(zhàn)系統(tǒng)是現(xiàn)代海軍水面艦艇武器裝備的重要組成部分，主要由多種電子對抗設備及相關設備組成，具備高度自動化特點。電磁離合器是實現(xiàn)設備自動化控制的主要執(zhí)行元件之一，利用電磁能使力矩從主動端傳遞到被動端，以實現(xiàn)傳動的切換和輸出。電磁離合器可在輸入軸保持旋轉(zhuǎn)的情況下，控制傳動系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)換，如機床的主軸的啟動、停車、換向和調(diào)速等狀態(tài)轉(zhuǎn)換等[1]。由于電磁離合器具備體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、響應快、操作簡單以及易維護等特點，因此在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應用。電磁離合器的種類很多，應用廣泛，可分為摩擦片式、牙嵌式、磁粉式和轉(zhuǎn)差式四種類別[2]，具體如圖1所示。

圖1 電磁離合器類別

電子戰(zhàn)系統(tǒng)中應用比較多的電磁離合器主要為摩擦片式電磁離合器及轉(zhuǎn)差式電磁離合器，應用的部位主要有：高低瞄準傳動裝置、方向瞄準傳動裝置、回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、時間設定驅(qū)動裝置等。在維修過程中故障率最高是時間設定驅(qū)動裝置中使用的電磁離合器，該電磁離合器是干式多片摩擦式電磁離合器，本文以此型為特例就電磁離合器維修保障問題進行論述。

1 故障類型

在時間設定驅(qū)動裝置中（圖2），使用的干式多片摩擦式電磁離合器出現(xiàn)的故障頻率比較高，綜合歷次電磁離合器的故障，進行分門別類，可以歸結(jié)為電氣類故障和機械類故障兩類。

圖2 時間設定驅(qū)動裝置中的電磁離合器

（1）電氣類故障。主要表現(xiàn)為：不能啟動、啟動不穩(wěn)定、溫升過高等。

（2）機械類故障。主要表現(xiàn)為：摩擦片失效、銜鐵和摩擦片因磨損而使銜鐵行程增大、安裝不正確等。

2 基本組成及工作原理

干式多片摩擦式電磁離合器主要由擋圈、磁軛部件、銜鐵、調(diào)整螺母、外摩擦片、內(nèi)摩擦片、壓環(huán)、軸套、彈簧、壓板和螺釘?shù)冉M成，其工作原理為：磁軛部件與軸套組成主動部分，線圈通電時產(chǎn)生磁力，吸引銜鐵與磁軛部件結(jié)合，壓緊內(nèi)、外摩擦片，主動、被動端結(jié)合，實現(xiàn)主動與被動端同步轉(zhuǎn)動。線圈斷電時，磁力消失，在彈簧回復力作用下，銜鐵與磁軛部件分離，內(nèi)摩擦片與外摩擦片松開，主動、被動端分離，實現(xiàn)主動端轉(zhuǎn)動而被動端不轉(zhuǎn)動。壓環(huán)的作用是為了防止磁短路。在離合器內(nèi)設定恒定的工作間隙，可以縮短主動、被動端脫開的時間，盡管整個磁阻較大，由于去掉內(nèi)部的滑環(huán)和電刷，其轉(zhuǎn)動慣量較小，可用于高速轉(zhuǎn)動的軸系。而且，線圈與摩擦片距離比較遠，兩者之間沒有直接接觸，因此散熱性好，溫升比較低。

如圖3所示為時間設定驅(qū)動裝置使用的干式多片摩擦式電磁離合器。

3 故障修理

3.1 電氣類故障

電氣類故障主要是由于電路、電壓或工作環(huán)境的變化，致使電磁離合器線圈不能正常工作或失效，多發(fā)生在起動、空轉(zhuǎn)及載荷時。主要表現(xiàn)為：不能啟動、啟動不穩(wěn)定和溫升過高。

（1）不能啟動

電磁離合器不能啟動的原因有三種。

1）輸人離合器的電壓為零或過低。

故障原因：電磁離合器額定電壓為直流24 V，輸入電壓波動不超過額定電壓的±5%。

解決措施：使用萬用表檢測輸入電壓是否滿足要求。

圖3 干式多片摩擦式電磁離合器

2）線圈短路。

故障原因：因線圈某些絕緣層損壞，線圈電路短路，致使電路斷路器保護。解決措施：更換線圈。

3）線圈斷路。

故障原因：因線圈斷開，致使線圈電路斷路，不能工作。

解決措施：更換或修復線圈使用。

（2）啟動不穩(wěn)定

故障原因：電源輸入電壓不穩(wěn)。電磁離合器電源的功率應是電磁離合器額定功率1.5倍左右，電源輸出電壓波動范圍在±5%內(nèi)。

解決措施：檢查電磁離合器電源功率和電壓狀態(tài)，采取措施穩(wěn)定電源輸出電壓。

（3）溫升過高

故障原因：因線圈某些原因，導致線圈產(chǎn)生的熱量過大，而且無法及時散熱，致使溫度過高燒壞線圈。電磁離合器的絕緣等級為B級，正常工作溫度在40℃左右，極限熱平衡時的工作溫度必須低于110℃，否則會損壞絕緣，燒壞線圈。

解決措施：更換線圈。

3.2 機械類故障

機械類故障主要表現(xiàn)為：摩擦片失效和因摩擦片磨損導致的銜鐵行程增大。

（1）摩擦片失效

摩擦片失效原因有兩種。

1）摩擦片磨損

故障原因：因頻繁離合，致使摩擦片表面太光滑而失效。

解決措施：更換摩擦片。

2）摩擦片被異物劃傷或污染

故障原因：因銹蝕、油污等粘接雜質(zhì)劃傷摩擦片表面，或摩擦片之間有油污致使摩擦系數(shù)降低而失效。

解決措施：除銹及油污后重新使用，如仍然無法滿足使用要求則更換摩擦片。

（2）銜鐵和摩擦片因磨損而使銜鐵行程增大

故障原因：銜鐵與磁軛部件的氣隙間距為0.2±0.05 mm。當摩擦片磨損，致使氣隙過大，此時銜鐵無法對摩擦片提供足夠壓力，從而摩擦片之間不能產(chǎn)生足夠的摩擦力矩，無法滿足使用要求。

解決措施：松開壓環(huán)上的螺釘，重新調(diào)整銜鐵與磁軛部件之間的氣隙，使之達到要求。如磨損過于嚴重而無法調(diào)整時則應更換電磁離合器。

（3）安裝不正確

故障原因：由于電磁離合器安裝位置或安裝狀態(tài)不滿足要求，使電磁離合器的切換不能有效傳遞下去。

解決措施：嚴格按照離合器的圖紙安裝，特別要注意的是主動端與被動端的同軸度及垂直度應為8級，即不大于0.05 mm。

4 保障研究

在我國電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，既有自己研發(fā)的設備，也有國外引進的設備，電磁離合器在設備中也有廣泛應用。隨著設備的使用，因電磁離合器損壞而導致系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)的情況也越來越頻繁。特別是引進設備中，有些電磁離合器已經(jīng)無法修復而需要更換，如果進口這些電磁離合器來更換，既不經(jīng)濟，也會因等待備件進口而影響設備的正常使用，因此電磁離合器的國產(chǎn)化道路日益迫切。為保障部隊戰(zhàn)斗力，對該型離合器進行了研仿，研仿主要分為以下三個步驟：逆向設計、生產(chǎn)及驗收。

4.1 逆向設計

拆除時間設定驅(qū)動裝置使用的干式多片摩擦式電磁離合器。將該離合器拆分，然后對每一個零部件進行測繪工作。同時查閱國外生產(chǎn)商提供的資料及國內(nèi)相關資料，重新進行逆向設計工作。通過測繪和相應的結(jié)構(gòu)分析確定了該型電磁離合器的基本參數(shù)。

表1 某型干式多片電磁離合器的基本參數(shù)

4.2 生產(chǎn)

通過聯(lián)系和考核國內(nèi)生產(chǎn)摩擦片式電磁離合器的相關廠家，最后確定由天津某公司、上海某廠承擔后，將已經(jīng)設計完成的圖紙發(fā)于生產(chǎn)廠家，一般加工周期在一個月左右。

4.3 驗收

結(jié)合JB/T10163-1999《干式多片電磁離合器》和設備對電磁離合器的要求，對加工完成的電磁離合器進行驗收。

4.3.1 測量靜力矩

（1）首先固定好離合器被動端，并使離合器處于靜止狀態(tài)下。

（2）接通離合器額定勵磁電流，使離合器主動端與被動端完全連接。

（3）用力矩扳手或測力傳感器在主動端施加力矩并逐步加大，直至離合器開始滑移，滑移前的力矩值即為靜力矩值[3]。

4.3.2 測量動力矩

（1）將動力機構(gòu)的輸出軸與檢測裝置的離合器主動端連接，在后者的被動端輸出軸安裝飛輪，并將被測離合器的磁軛與該輸出軸端部連接，被測離合器的被動端與與檢測裝置的機架連接。在輸出軸上安裝轉(zhuǎn)速表和力矩變換器，通過示波器采集并記錄轉(zhuǎn)速表和力矩變換器測量的轉(zhuǎn)速、力矩以及被測離合器的電流、電壓信息。

（2）接通檢測裝置離合器的電源，然后啟動動力機構(gòu)，在被測離合器的主動端和飛輪的轉(zhuǎn)速提升至穩(wěn)定的速度后，通過轉(zhuǎn)速表測出轉(zhuǎn)速。然后切斷檢測裝置離合器的電源，同時接通被測離合器的電源，由于被動端固定在機架上，因此被測離合器的被動端對被測離合器的主動端和飛輪實施制動，直至停止。在上述過程中，用力矩變換器測量力矩，并用示波器采集記錄被測離合器的電壓、電流以及轉(zhuǎn)速的變化信息。

通過力矩定標曲線確定動力矩值，或由示波器記錄制動時間根據(jù)公式（1）計算出動力矩Md[3]。

其中：Md——動力矩，N·m；

GD2——被動端飛輪的慣性質(zhì)量，N·m2；

n——飛輪的轉(zhuǎn)速，rad/min；

t1——動力矩的爬升時間，s；

t2——動力矩達到最大值時的穩(wěn)定時間，s；

Mm——摩擦阻力矩，

t——飛輪從啟動到停止的全過程時間，s。

4.3.3測量空轉(zhuǎn)力矩

將被測離合器安裝到檢測裝置上，離合器被動端與機架連接，按照測量摩擦阻力矩Mm的方法檢測飛輪的停車時間，然后通過公式（2）計算空轉(zhuǎn)力矩[3]。

其中：Mk——空轉(zhuǎn)力矩，N·m；

t3——被測離合器通電時的飛輪停車時間，s；

t4——被測離合器斷電時的飛輪停車時間，s。

4.3.4測量殘留力矩、接通時間及斷開時間

（1）測量殘留力矩：固定被測離合器的被動端，接通被測離合器的電源，使其主動端與被動端完全連結(jié)。然后在主動端施加一定的力矩，通過力矩變換器測量離合器被動端承受的轉(zhuǎn)矩，并將力矩信息輸出到示波器記錄并顯示。然后切斷被測離合器電源，通過力矩變換器測量被測離合器被動端的力矩衰減過程，并將力矩信息輸出到示波器記錄并顯示[3]。

（2）測量接通時間：通過力矩變換器和示波器，測量被測離合器從接通電源開始到力矩爬升到90%的額定力矩的總時間，即為接通時間[4]。

（3）測量斷開時間：在被測離合器主動端施加額定力矩（即靜力矩值），然后切斷電源，通過力矩變換器和示波器測量被動端力矩衰減到10%的額定力矩的總時間，即為斷開時間[4]。

5 結(jié)語

為滿足國家安全需求，我國引進的武器裝備種類日益增多。隨著服役期的不斷延長，暴露的故障問題也越來越頻繁，因此對裝備中類似電磁離合器等重要元器件的維修保障研究是非常必要的。

［1］孫雙文，王維濤.電磁離合器的常見故障與維修［J］.裝備制造技術，2012（3）：79-81.

［2］聞邦椿.機械設計手冊：第三卷［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］于興芝，郭威.摩擦片式電磁離合器的測試及選用［J］.機械研究與應用，2008，21（2）：122-124.

［4］JB/T10163-1999.干式多片電磁離合器［S］.

Maintain and Safeguard of Electromagnetic Clutch

LIU Feng，HUANG Jing-feng，DONG Nan
（No.710 R&D Institute CSIC，Yichang443003，China）

Through long-term participation in the some type Russian destroyer passive electronic warfare system maintenance work，improved maintenance and support of easily damaged electromagnetic clutch in system.Highlight introduced repair and domestic production and safeguard of dry multi-plate friction electromagnetic clutch in drive device reducer，looking forward to a similar product maintenance and support development pathway.

passive electronic warfare system；drive device；electromagnetic clutch；maintenance；support

TH133.4

A

1009－9492(2014)02－0088－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.025

劉 峰，男，1982年生，江西吉安人，大學本科，工程師。研究領域：特種機械設計與制造。

(編輯：王智圣)

2013－08－23