电磁离合器维修保障研究

刘 峰，黄景峰，董 楠

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

电磁离合器维修保障研究

刘 峰，黄景峰，董 楠

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

通过长期参与电子战系统维修工作，提出了系统中较容易损坏的电磁离合器维修保障问题。重点介绍了时间设定驱动装置使用的干式多片摩擦式电磁离合器的维修、国产化生产替代及保障研究，展望了类似产品维修保障的发展途径。

电子战系统；时间设定驱动装置；电磁离合器；维修；保障

0 简介

舰载电子战系统是现代海军水面舰艇武器装备的重要组成部分，主要由多种电子对抗设备及相关设备组成，具备高度自动化特点。电磁离合器是实现设备自动化控制的主要执行元件之一，利用电磁能使力矩从主动端传递到被动端，以实现传动的切换和输出。电磁离合器可在输入轴保持旋转的情况下，控制传动系统工作转换，如机床的主轴的启动、停车、换向和调速等状态转换等[1]。由于电磁离合器具备体积小、结构紧凑、响应快、操作简单以及易维护等特点，因此在现代工业中得到广泛应用。电磁离合器的种类很多，应用广泛，可分为摩擦片式、牙嵌式、磁粉式和转差式四种类别[2]，具体如图1所示。

图1 电磁离合器类别

电子战系统中应用比较多的电磁离合器主要为摩擦片式电磁离合器及转差式电磁离合器，应用的部位主要有：高低瞄准传动装置、方向瞄准传动装置、回转旋转驱动装置、时间设定驱动装置等。在维修过程中故障率最高是时间设定驱动装置中使用的电磁离合器，该电磁离合器是干式多片摩擦式电磁离合器，本文以此型为特例就电磁离合器维修保障问题进行论述。

1 故障类型

在时间设定驱动装置中（图2），使用的干式多片摩擦式电磁离合器出现的故障频率比较高，综合历次电磁离合器的故障，进行分门别类，可以归结为电气类故障和机械类故障两类。

图2 时间设定驱动装置中的电磁离合器

（1）电气类故障。主要表现为：不能启动、启动不稳定、温升过高等。

（2）机械类故障。主要表现为：摩擦片失效、衔铁和摩擦片因磨损而使衔铁行程增大、安装不正确等。

2 基本组成及工作原理

干式多片摩擦式电磁离合器主要由挡圈、磁轭部件、衔铁、调整螺母、外摩擦片、内摩擦片、压环、轴套、弹簧、压板和螺钉等组成，其工作原理为：磁轭部件与轴套组成主动部分，线圈通电时产生磁力，吸引衔铁与磁轭部件结合，压紧内、外摩擦片，主动、被动端结合，实现主动与被动端同步转动。线圈断电时，磁力消失，在弹簧回复力作用下，衔铁与磁轭部件分离，内摩擦片与外摩擦片松开，主动、被动端分离，实现主动端转动而被动端不转动。压环的作用是为了防止磁短路。在离合器内设定恒定的工作间隙，可以缩短主动、被动端脱开的时间，尽管整个磁阻较大，由于去掉内部的滑环和电刷，其转动惯量较小，可用于高速转动的轴系。而且，线圈与摩擦片距离比较远，两者之间没有直接接触，因此散热性好，温升比较低。

如图3所示为时间设定驱动装置使用的干式多片摩擦式电磁离合器。

3 故障修理

3.1 电气类故障

电气类故障主要是由于电路、电压或工作环境的变化，致使电磁离合器线圈不能正常工作或失效，多发生在起动、空转及载荷时。主要表现为：不能启动、启动不稳定和温升过高。

（1）不能启动

电磁离合器不能启动的原因有三种。

1）输人离合器的电压为零或过低。

故障原因：电磁离合器额定电压为直流24 V，输入电压波动不超过额定电压的±5%。

解决措施：使用万用表检测输入电压是否满足要求。

图3 干式多片摩擦式电磁离合器

2）线圈短路。

故障原因：因线圈某些绝缘层损坏，线圈电路短路，致使电路断路器保护。解决措施：更换线圈。

3）线圈断路。

故障原因：因线圈断开，致使线圈电路断路，不能工作。

解决措施：更换或修复线圈使用。

（2）启动不稳定

故障原因：电源输入电压不稳。电磁离合器电源的功率应是电磁离合器额定功率1.5倍左右，电源输出电压波动范围在±5%内。

解决措施：检查电磁离合器电源功率和电压状态，采取措施稳定电源输出电压。

（3）温升过高

故障原因：因线圈某些原因，导致线圈产生的热量过大，而且无法及时散热，致使温度过高烧坏线圈。电磁离合器的绝缘等级为B级，正常工作温度在40℃左右，极限热平衡时的工作温度必须低于110℃，否则会损坏绝缘，烧坏线圈。

解决措施：更换线圈。

3.2 机械类故障

机械类故障主要表现为：摩擦片失效和因摩擦片磨损导致的衔铁行程增大。

（1）摩擦片失效

摩擦片失效原因有两种。

1）摩擦片磨损

故障原因：因频繁离合，致使摩擦片表面太光滑而失效。

解决措施：更换摩擦片。

2）摩擦片被异物划伤或污染

故障原因：因锈蚀、油污等粘接杂质划伤摩擦片表面，或摩擦片之间有油污致使摩擦系数降低而失效。

解决措施：除锈及油污后重新使用，如仍然无法满足使用要求则更换摩擦片。

（2）衔铁和摩擦片因磨损而使衔铁行程增大

故障原因：衔铁与磁轭部件的气隙间距为0.2±0.05 mm。当摩擦片磨损，致使气隙过大，此时衔铁无法对摩擦片提供足够压力，从而摩擦片之间不能产生足够的摩擦力矩，无法满足使用要求。

解决措施：松开压环上的螺钉，重新调整衔铁与磁轭部件之间的气隙，使之达到要求。如磨损过于严重而无法调整时则应更换电磁离合器。

（3）安装不正确

故障原因：由于电磁离合器安装位置或安装状态不满足要求，使电磁离合器的切换不能有效传递下去。

解决措施：严格按照离合器的图纸安装，特别要注意的是主动端与被动端的同轴度及垂直度应为8级，即不大于0.05 mm。

4 保障研究

在我国电子战系统中，既有自己研发的设备，也有国外引进的设备，电磁离合器在设备中也有广泛应用。随着设备的使用，因电磁离合器损坏而导致系统不能正常运转的情况也越来越频繁。特别是引进设备中，有些电磁离合器已经无法修复而需要更换，如果进口这些电磁离合器来更换，既不经济，也会因等待备件进口而影响设备的正常使用，因此电磁离合器的国产化道路日益迫切。为保障部队战斗力，对该型离合器进行了研仿，研仿主要分为以下三个步骤：逆向设计、生产及验收。

4.1 逆向设计

拆除时间设定驱动装置使用的干式多片摩擦式电磁离合器。将该离合器拆分，然后对每一个零部件进行测绘工作。同时查阅国外生产商提供的资料及国内相关资料，重新进行逆向设计工作。通过测绘和相应的结构分析确定了该型电磁离合器的基本参数。

表1 某型干式多片电磁离合器的基本参数

4.2 生产

通过联系和考核国内生产摩擦片式电磁离合器的相关厂家，最后确定由天津某公司、上海某厂承担后，将已经设计完成的图纸发于生产厂家，一般加工周期在一个月左右。

4.3 验收

结合JB/T10163-1999《干式多片电磁离合器》和设备对电磁离合器的要求，对加工完成的电磁离合器进行验收。

4.3.1 测量静力矩

（1）首先固定好离合器被动端，并使离合器处于静止状态下。

（2）接通离合器额定励磁电流，使离合器主动端与被动端完全连接。

（3）用力矩扳手或测力传感器在主动端施加力矩并逐步加大，直至离合器开始滑移，滑移前的力矩值即为静力矩值[3]。

4.3.2 测量动力矩

（1）将动力机构的输出轴与检测装置的离合器主动端连接，在后者的被动端输出轴安装飞轮，并将被测离合器的磁轭与该输出轴端部连接，被测离合器的被动端与与检测装置的机架连接。在输出轴上安装转速表和力矩变换器，通过示波器采集并记录转速表和力矩变换器测量的转速、力矩以及被测离合器的电流、电压信息。

（2）接通检测装置离合器的电源，然后启动动力机构，在被测离合器的主动端和飞轮的转速提升至稳定的速度后，通过转速表测出转速。然后切断检测装置离合器的电源，同时接通被测离合器的电源，由于被动端固定在机架上，因此被测离合器的被动端对被测离合器的主动端和飞轮实施制动，直至停止。在上述过程中，用力矩变换器测量力矩，并用示波器采集记录被测离合器的电压、电流以及转速的变化信息。

通过力矩定标曲线确定动力矩值，或由示波器记录制动时间根据公式（1）计算出动力矩Md[3]。

其中：Md——动力矩，N·m；

GD2——被动端飞轮的惯性质量，N·m2；

n——飞轮的转速，rad/min；

t1——动力矩的爬升时间，s；

t2——动力矩达到最大值时的稳定时间，s；

Mm——摩擦阻力矩，

t——飞轮从启动到停止的全过程时间，s。

4.3.3测量空转力矩

将被测离合器安装到检测装置上，离合器被动端与机架连接，按照测量摩擦阻力矩Mm的方法检测飞轮的停车时间，然后通过公式（2）计算空转力矩[3]。

其中：Mk——空转力矩，N·m；

t3——被测离合器通电时的飞轮停车时间，s；

t4——被测离合器断电时的飞轮停车时间，s。

4.3.4测量残留力矩、接通时间及断开时间

（1）测量残留力矩：固定被测离合器的被动端，接通被测离合器的电源，使其主动端与被动端完全连结。然后在主动端施加一定的力矩，通过力矩变换器测量离合器被动端承受的转矩，并将力矩信息输出到示波器记录并显示。然后切断被测离合器电源，通过力矩变换器测量被测离合器被动端的力矩衰减过程，并将力矩信息输出到示波器记录并显示[3]。

（2）测量接通时间：通过力矩变换器和示波器，测量被测离合器从接通电源开始到力矩爬升到90%的额定力矩的总时间，即为接通时间[4]。

（3）测量断开时间：在被测离合器主动端施加额定力矩（即静力矩值），然后切断电源，通过力矩变换器和示波器测量被动端力矩衰减到10%的额定力矩的总时间，即为断开时间[4]。

5 结语

为满足国家安全需求，我国引进的武器装备种类日益增多。随着服役期的不断延长，暴露的故障问题也越来越频繁，因此对装备中类似电磁离合器等重要元器件的维修保障研究是非常必要的。

［1］孙双文，王维涛.电磁离合器的常见故障与维修［J］.装备制造技术，2012（3）：79-81.

［2］闻邦椿.机械设计手册：第三卷［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［3］于兴芝，郭威.摩擦片式电磁离合器的测试及选用［J］.机械研究与应用，2008，21（2）：122-124.

［4］JB/T10163-1999.干式多片电磁离合器［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

刘 峰，男，1982年生，江西吉安人，大学本科，工程师。研究领域：特种机械设计与制造。

(编辑：王智圣)

2013－08－23