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[摘 要]液力偶合器是一种利用液体动能传递能量的液力传动装置。它的工作介质是液体。液力偶合器连接原动力机和工作机，通过泵轮与涡轮之间动能的相互转换实现动力传递。对于液力偶合器传动装置烧轴承问题进行分析，并根据导致问题的原因，制定相应的改进措施，对偶合器烧轴承问题进行一一解决，通过对问题的解决，制定相应的巩固措施，加强对于偶合器传动装置产品质量的把关，提高整体水平，减少相似事件的发生。
[关键词]动平衡；烧轴承；工装精度；改进措施；液力偶合器
中图分类号：TH137.331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0268-01
一、概述
在油田钻采、炼化、船舶等领域均广泛应用液力偶合器传动装置，该装置的传动特性为柔性传动。与传统机械传动方式相比柔性传动具有更好的适应性，对于冲击和隔离扭振有很好的减缓效果，可以轻载启动动力机，可有效防止出现动力过载。齿轮传动轴、箱体、供油泵、液力偶合器、冷却器、控制阀以及管路是构成液力传动装置的主要组成部分。目前常用的典型动力系统模式为动力机+液力传动装置+工作机，比如：柴油机+液力偶合器+泥浆泵。
我们分析偶合器传动装置烧轴承的问题，排除箱体同轴度超差、旋转件同轴度超差等因素，最终判断发生该问题的主要原因是因为偶合器泵轮、涡轮在做动态平衡实验时，剩余不平衡量过大。偶合器在工作时，转子的不平衡会在轴承和其支承座上引起附加的动压力，造成轴承磨损和转子振动，严重时就会出现烧轴承的情况。
二、液力偶合器工作原理
用液体来传递动力的联轴器即液力偶合器。其构成部分主要是泵轮、涡轮。与主动轴相连是泵轮和转动外壳，与从动轴（水泵）相连的是涡轮。每个轮内部都设有径向叶片，涡轮的叶片数少于泵轮，如此可有效减少发生共振的概率[1]。由于离心力的作用，当泵轮旋转时，工作油向外围甩去，并沿碗状内腔冲入涡轮。在旋转方向上该部分液体有很大动能，因而使涡轮受到油压冲击随同泵轮一同旋转。工作油从泵轮冲入涡轮后流出涡轮，重新回到泵轮并获得新的能量。一直重复进行此类循环，工作油会把主动轴的动力通过液力流动传递给从动轴，完成泵轮和涡轮中的循环。工作油传递的转矩在泵轮转速固定的情况下，工作油量愈多转矩愈大[2]。反过来，如果固定转矩不变，涡轮的转速随工作油量增多，转速也愈大，从而可以通过改变偶合器工作油量的多少来改变泵的转速、流量、扬程及功率。
三、分析出现传动装置烧轴承的原因，并制定相应措施
我们认为传动装置烧轴承的主要原因是因为剩余不平衡量过大所导致，我们对造成剩余不平衡量过大的情况进行分析，总结一下几点，并根据问题做出相应的措施。（1）工装精度低，动平衡工装轴外圆φ390与泵轮止口φ390设计配合公差（-0.018，-0.101）。但是在使用过程中对于外圆或止口造成磨损，改变原有数值，使公差数值发生变化，所以出现磨损的泵轴或是工装轴，在进行装配时，磨损处会出现间隙，对不平衡系数造成影响，使不平衡量出现明显增大。对于该类问题我们做出以下改进：配合设计公差（-0.018，-0.101），对动平衡工装轴外圆与泵轮止口进行重新计算，经过验证，采用此公差可以到达动平衡的要求。然后将新的设计图纸发放至生产厂家，经过验证合格后才可正式投放使用。（2）对于连接动平衡工装轴和泵轮时所用到的螺丝，均进行称重，一定要使用重量相等的螺丝，并在使用过程中将其单独存放。通过该措施，保证泵轮与工装轴之间可以保持合理的配合间隙，减小剩余不平衡量。（3）选定不合适的转子允许残余不平衡量，转子平衡精度等级原基数要求烧为G6.3，计算残余不平衡量为20g，但是该指标是针对于传统转子类型，比如炼制厂机械零件、船用主涡轮传动机构等，在计算时忽略液力偶合器在正常工作状态下，油液会对转子转动不平衡量产生影响，使整机性能受到影响[3]。我们根据转子校验平衡标准，重新设定转子平衡精度，将其定为G2.5，液力偶合器传动轴对应的转子类型为燃气涡轮机，重新根据技术标准进行计算。①偶合器转子允许的不平衡度计算：Eper=（G×1000）/（n/10）=（2.5×1000）/（1500/10）=16.67μ，在式中所得Eper值为允许不平衡度，单位是μ，平衡精度等级为G，我们取值为2.5，工作转速为n，单位是r/min。②允许残余不平衡量计算：m=Eper×M/r×2=16.67×560/875=10.67g ≈ 10g，在该公式中，允许残余不平衡量为m，单位为g，工件的旋转质量为m，单位为kg，工作半径为r，单位为mm。残余不平衡为10g，满足转子在冲击力作用下的动平衡要求。并且现有的动平衡装置能够满足动平衡精度的要求。
在偶合器传动装置中烧轴承的原因可能是由于动平衡试验中操作者不规范，因为每个转子之间的原始残余不平衡及其分布是不同的。因此，为了控制所需范围内的残余不平衡，需要从平衡机上将旋转件上吊下三、四次。这个过程非常繁琐，需要铣削和钻孔，还需要调整平衡机的两个支架之间的高度和不平衡量角的精度。这一操作会受到操作者人为因素的影响，难以在实际操作中实现精确控制，从而使动平衡的准确性直接受到影响[4 ]。为了改善这一问题，我们强化了技术要求，使操作中的关键点尽可能规范化，减少人为原因造成的误差。具体规定操作要求如下：（1）去除较大的不平衡余量时，铣削位置、铣削次数都清楚地定义，以及去除较小的不平衡余量时，钻削位置、钻进时间都有明确的定义；（2）装夹是为了调节平衡机的两个支架的高度，并根据输入轴和工装轴的不同直径确保两个轴同心。（3）明确了残余不平衡的角度标定方法，保证了其工作的统一性和准确性。通过标准操作方法提高操作的稳定性。效果校核：（1）在一系列改进后，再次生产的液力偶合器，并未在正式使用过程中发生传动轴的轴承烧损，提高了液力偶合器传动装置的可靠性，增加了整体收入。（2）我们对于改进后的经济效益进行粗略计算后得出效益有所提升；（3）巩固改进后的结果，提高产品的技术要求，修改工艺文件，设计配套工具，加强偶合器生产的质量控制。
综上所述：
在实施改进后投入生产的偶合器在实际应用中偶合器传动轴烧轴承的情况再未出现，通过此点可以看出，对生产技术进行改善，提升动平衡试验工装精度，对转子允许残余不平衡量进行重新选定，规范实验人员动对于动态平衡操作，使液力偶合器传动装置烧轴承问题得到改善，使产品整體质量得到提升，增加收益值。
参考文献：
[1]柴博森，项玥，马文星，等.制动工况下液力偶合器流场湍流模型分析与验证[J].农业工程学报，2016，32（3）：34-40.
[2]柴博森，项玥，马文星，等.制动工况下液力偶合器涡轮轴向漩涡流场试验分析[J].农业工程学报，2017，33（8）：69-75.
[3]张明宇，王永生，林瑞霖，等.船用液力偶合器内部流场的CFD数值模拟[J].海军工程大学学报，2017，29（1）：24-28.
[4]杨俊生，马元，王玉国.与磨削原理和磨削热缺陷有关的尺度问题[J].轴承，2016（7）：39-43.
[关键词]动平衡；烧轴承；工装精度；改进措施；液力偶合器
中图分类号：TH137.331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0268-01
一、概述
在油田钻采、炼化、船舶等领域均广泛应用液力偶合器传动装置，该装置的传动特性为柔性传动。与传统机械传动方式相比柔性传动具有更好的适应性，对于冲击和隔离扭振有很好的减缓效果，可以轻载启动动力机，可有效防止出现动力过载。齿轮传动轴、箱体、供油泵、液力偶合器、冷却器、控制阀以及管路是构成液力传动装置的主要组成部分。目前常用的典型动力系统模式为动力机+液力传动装置+工作机，比如：柴油机+液力偶合器+泥浆泵。
我们分析偶合器传动装置烧轴承的问题，排除箱体同轴度超差、旋转件同轴度超差等因素，最终判断发生该问题的主要原因是因为偶合器泵轮、涡轮在做动态平衡实验时，剩余不平衡量过大。偶合器在工作时，转子的不平衡会在轴承和其支承座上引起附加的动压力，造成轴承磨损和转子振动，严重时就会出现烧轴承的情况。
二、液力偶合器工作原理
用液体来传递动力的联轴器即液力偶合器。其构成部分主要是泵轮、涡轮。与主动轴相连是泵轮和转动外壳，与从动轴（水泵）相连的是涡轮。每个轮内部都设有径向叶片，涡轮的叶片数少于泵轮，如此可有效减少发生共振的概率[1]。由于离心力的作用，当泵轮旋转时，工作油向外围甩去，并沿碗状内腔冲入涡轮。在旋转方向上该部分液体有很大动能，因而使涡轮受到油压冲击随同泵轮一同旋转。工作油从泵轮冲入涡轮后流出涡轮，重新回到泵轮并获得新的能量。一直重复进行此类循环，工作油会把主动轴的动力通过液力流动传递给从动轴，完成泵轮和涡轮中的循环。工作油传递的转矩在泵轮转速固定的情况下，工作油量愈多转矩愈大[2]。反过来，如果固定转矩不变，涡轮的转速随工作油量增多，转速也愈大，从而可以通过改变偶合器工作油量的多少来改变泵的转速、流量、扬程及功率。
三、分析出现传动装置烧轴承的原因，并制定相应措施
我们认为传动装置烧轴承的主要原因是因为剩余不平衡量过大所导致，我们对造成剩余不平衡量过大的情况进行分析，总结一下几点，并根据问题做出相应的措施。（1）工装精度低，动平衡工装轴外圆φ390与泵轮止口φ390设计配合公差（-0.018，-0.101）。但是在使用过程中对于外圆或止口造成磨损，改变原有数值，使公差数值发生变化，所以出现磨损的泵轴或是工装轴，在进行装配时，磨损处会出现间隙，对不平衡系数造成影响，使不平衡量出现明显增大。对于该类问题我们做出以下改进：配合设计公差（-0.018，-0.101），对动平衡工装轴外圆与泵轮止口进行重新计算，经过验证，采用此公差可以到达动平衡的要求。然后将新的设计图纸发放至生产厂家，经过验证合格后才可正式投放使用。（2）对于连接动平衡工装轴和泵轮时所用到的螺丝，均进行称重，一定要使用重量相等的螺丝，并在使用过程中将其单独存放。通过该措施，保证泵轮与工装轴之间可以保持合理的配合间隙，减小剩余不平衡量。（3）选定不合适的转子允许残余不平衡量，转子平衡精度等级原基数要求烧为G6.3，计算残余不平衡量为20g，但是该指标是针对于传统转子类型，比如炼制厂机械零件、船用主涡轮传动机构等，在计算时忽略液力偶合器在正常工作状态下，油液会对转子转动不平衡量产生影响，使整机性能受到影响[3]。我们根据转子校验平衡标准，重新设定转子平衡精度，将其定为G2.5，液力偶合器传动轴对应的转子类型为燃气涡轮机，重新根据技术标准进行计算。①偶合器转子允许的不平衡度计算：Eper=（G×1000）/（n/10）=（2.5×1000）/（1500/10）=16.67μ，在式中所得Eper值为允许不平衡度，单位是μ，平衡精度等级为G，我们取值为2.5，工作转速为n，单位是r/min。②允许残余不平衡量计算：m=Eper×M/r×2=16.67×560/875=10.67g ≈ 10g，在该公式中，允许残余不平衡量为m，单位为g，工件的旋转质量为m，单位为kg，工作半径为r，单位为mm。残余不平衡为10g，满足转子在冲击力作用下的动平衡要求。并且现有的动平衡装置能够满足动平衡精度的要求。
在偶合器传动装置中烧轴承的原因可能是由于动平衡试验中操作者不规范，因为每个转子之间的原始残余不平衡及其分布是不同的。因此，为了控制所需范围内的残余不平衡，需要从平衡机上将旋转件上吊下三、四次。这个过程非常繁琐，需要铣削和钻孔，还需要调整平衡机的两个支架之间的高度和不平衡量角的精度。这一操作会受到操作者人为因素的影响，难以在实际操作中实现精确控制，从而使动平衡的准确性直接受到影响[4 ]。为了改善这一问题，我们强化了技术要求，使操作中的关键点尽可能规范化，减少人为原因造成的误差。具体规定操作要求如下：（1）去除较大的不平衡余量时，铣削位置、铣削次数都清楚地定义，以及去除较小的不平衡余量时，钻削位置、钻进时间都有明确的定义；（2）装夹是为了调节平衡机的两个支架的高度，并根据输入轴和工装轴的不同直径确保两个轴同心。（3）明确了残余不平衡的角度标定方法，保证了其工作的统一性和准确性。通过标准操作方法提高操作的稳定性。效果校核：（1）在一系列改进后，再次生产的液力偶合器，并未在正式使用过程中发生传动轴的轴承烧损，提高了液力偶合器传动装置的可靠性，增加了整体收入。（2）我们对于改进后的经济效益进行粗略计算后得出效益有所提升；（3）巩固改进后的结果，提高产品的技术要求，修改工艺文件，设计配套工具，加强偶合器生产的质量控制。
综上所述：
在实施改进后投入生产的偶合器在实际应用中偶合器传动轴烧轴承的情况再未出现，通过此点可以看出，对生产技术进行改善，提升动平衡试验工装精度，对转子允许残余不平衡量进行重新选定，规范实验人员动对于动态平衡操作，使液力偶合器传动装置烧轴承问题得到改善，使产品整體质量得到提升，增加收益值。
参考文献：
[1]柴博森，项玥，马文星，等.制动工况下液力偶合器流场湍流模型分析与验证[J].农业工程学报，2016，32（3）：34-40.
[2]柴博森，项玥，马文星，等.制动工况下液力偶合器涡轮轴向漩涡流场试验分析[J].农业工程学报，2017，33（8）：69-75.
[3]张明宇，王永生，林瑞霖，等.船用液力偶合器内部流场的CFD数值模拟[J].海军工程大学学报，2017，29（1）：24-28.
[4]杨俊生，马元，王玉国.与磨削原理和磨削热缺陷有关的尺度问题[J].轴承，2016（7）：39-43.