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上海水泵集团技术之机械式离合器

离合器是机器中用于离合主动部分和从动部分的装置,它有各种不同的功能,如维持恒速、恒转矩、恒功率或极限转矩。此外,使用离合器还可起自动脱离、快速启动和快速停车、逐渐启动和防止反转、超速等作用。现在常用的离合器可分下列三种基本类型:机械的、电气的、液压或气动的。本节涉及的是常用于各种工业泵上的机械式离合器。

机械式离合器可分成两类  摩擦型与啮合型,而它们又可再细分成数种。水泵上用的摩擦离合器包括有离心、气胎、多盘和超速或俗称飞轮型等。啮合型的如爪型、齿型等在水泵中并不常用,但脱离式应用较广,放本节将叙及。

摩擦型  离心、气胎和摩擦盘型离合器均包括三种基本零件:摩擦件、传递摩擦面力矩的零件和使摩擦面接触的机构。它比啮合型离合器的优点在于有滑移的能力,这样,在启动和加速时可使被驱动的负载承受较小的冲击,当万一受到冲击载荷时也可起到缓冲作用。摩擦离合器在结合或脱离时,无需受空载的限制,而且还可以在任何速度下进行。

此外,在水泵中还使用一种为了特殊目的的超速离合器,它是由一些有弹簧力作用的偏心滚子卡在轨槽中组成,它只传递一个旋转方向的转矩。离心、气胎和摩擦盘型离合器与超速型离合器比较,前者具有这种特点,即可以在某一速度下自动接合,并可以传递正反两个方向的转矩。采用这种离合器,可以使柴油机或汽轮机在热机时,脱开所驱动的泵,在低速或全速下空转。在双机一泵的装置上,一台泵可以接上两台原动机,或者根据需要当其中一台原动机在速度降低时可自动脱离;在一台原动机带两台泵的情况下,可用摩擦型离合器使其中任何一台泵根据情况进行离合。超速型离合器只能单向传递转矩,这个特点使它适用于双机一泵装置,当其中一台原动机无需投入运行或无转矩时,就和水泵自动脱离。超速型离合器如果它的一个轨槽与一个固定元件联结,可以当作棘轮起反向制动作用。所以,在不希望水泵或动机在突然停电或正常停机时发生反转时,就使用这种离合器。

离心式离合器是一种自动离合的离合器,它可以使原动机一电动机或柴油机在启动,暖机和转速未达到工作转速前不带负载。这种装置具有无冲击接合和平稳加载的特点,能使发动机在较小的负载下启动,能以特别适用于大惯性负载或启动力矩特性很低的发动机上。这种离合器在超载时会打滑,所以又可起超载保护作用。

离心式离合器是利用有一定重量的摩擦瓦板在离心力作用下向外扩展贴在外鼓轮上,起传递力矩的作用。当主动件开始旋转时,瓦板和它一起旋转,并在离心力作用下向外张开,与鼓轮(从动件)接触面产生摩擦力,随着原动机转速增加,离心力也增加,使摩擦力增加到足以客服负载和惯性,这时瓦板与鼓轮互相抱住,就开始传递全部负载。

这种离合器可以配上各种不同的瓦板弹簧,以实现可控的结合特性(自由结合或延时结合)。B型电动机典型的转力矩与电流特性线和离心式离合器的力矩特性。电动机可以无载启动,因为电动机在未达到最大转矩的转速前,离合器没有完全接合,所以电动机转矩大部分用于转子的加速,这就缩短了电动机加速过程,从而也缩短了这过程中高峰电流的时间,使电动机运行更为经济。使用这种离合器可以省去降压设备或大转矩电动机等。由于电动机可以很快进入额定转速,不在大电流、低转矩的范围内运转,所以输出转矩增大、电动机的电流与发热均相应减少。

另一种离心式离合器,称为干液型离合器。这里所谓的“干液”实际上是一些装在离合器外壳内经过热处理的小钢粒(可流动物质)。当马达启动后,这些颗粒被离心力甩向壳体外缘,充塞于壳体和转子之间而形成传递转矩的能力。

在启动阶段,壳体和转子之间有滑动,当达到全转速后它们就相互抱住,不再滑动,这时离合器效率达到百分之百。

气胎型离合器   这是一种利用摩擦瓦与鼓轮接触的离合器,它有以下优点:同样的尺寸下所能传递的功率大,因为鼓轮最大直径处有360°的接触面;空气压力均匀作用在摩擦瓦上,使接触面上的负载分布均匀,从而保证了瓦面磨损均匀;有吸振和补偿错位作用;无须润滑与调整。气胀橡胶管将摩擦瓦推向内侧,管子的弹性可起如下作用:减振,允许轴有一些不同心或角错位,缓冲扭转冲击,自动补偿内衬的磨损。管子的气压除保证接合所需的压力外,还应增加一些,以克服由于离心力的作用很容易与鼓轮脱离的情况。主要的离合器元件(摩擦部分)应在功率输入轴一端,这样当空转时,离心力的作用就保证离合器处于完全脱离状态。输出转矩正比于所供的气压,因此要由输出功率和过载保护的需要来控制气压的大小。调节供气压力可以实现平稳逐渐的加速过程。

摩擦瓦离合器由于有快速反应的特点,还适用于启动频繁的地方。在摩擦瓦磨坏之前,可保持恒定输出转矩和连续使用。这种离合器也可应用于双重泵的传动上。

摩擦盘离合器   这种离合器是一种从轴向紧压一个或几个摩擦片的传动装置。轴向压紧力可以完全不受离心力和自加力的影响。对于一个尺寸和重量已定的离合器可提供足够的摩擦表面,同时它的散热能力也很好。

是一种经常用于水泵装置的摩擦片离合器,它是气动的,原理与气胎型离合器相仿,利用一个可充气的管子,通入压缩空气后,使压板轴向移动,产生所需的压紧力使摩擦片压紧并使离合器进入接合状态。传递转矩的大小和充气压力成正比。如果气压解除,离合器靠弹簧作用脱离。离合器允许轴线偏差,而且不会传递轴向力于泵的推力轴承。

这种离合器应用于各种水泵装置,它还经常用在不同原动机的组合动力装置(两种发动机)上。因为它接合平稳,无离心力影响,同时转矩的控制较为准确,所以不会产生两台发动机互相干扰的情况。

超速离合器   或称为单向离合器,它只传递一个方向的转矩,而在相反的方向上完全成为自由飞轮。为一种凸轮型超速离合器,它是由内槽环、外槽环、隔离环、轴承和唇式密封圈组成。一些专门设计的凸轮安置于同心的外槽环与内槽环狭窄空间内,槽环分别固定于驱动轴和从动轴,功率的传递是靠凸轮和槽环的楔紧作用。凸轮剖面两个对角的圆弧直径A、B尺寸不同,直径(B)大于直径(A)。图8a)表示凸轮处于这样的位置,即内槽环反时针旋转或者外槽环在顺时针方向旋转,这时离合器不能传递转矩。表示内槽环顺时针旋转,凸轮反时针旋转,离合器带有部分负荷。在水泵装置中离合器置于发动机与负载之间,安装这种离合器应该允许主动轴与从动轴略有错位。离合器一联轴器组合的结构剖面图,这种联轴器是属于静链式的,可适应轴的微量不同心和角度错位,也可允许轴向移动,能补偿设备的热膨胀。由于凸轮与内轨或外轨都能实现超速离合动作,所以离合器内槽环或者联轴器轮壳(离合器—联轴器组合)任意端都可以和驱动轴相接,这就应根据需要来定了。通常用这种组合离合器时,常以内槽环作超速方式,这时联轴器的轮壳应和发动机轴联接。一组超速离合器的磨损寿命曲线,这些曲线表明离合器的磨损寿命与内槽环超速转的关系。

超速离合器的明显优点在于离合动作迅速和自动离合,全封闭式连续运转的超速离合器。在封闭的机壳内除装有超速离合器外,还有润滑系统。这种装置为不间断工作(连续工作一年以上)和环境又恶劣的高速传动轴设计的。使用高速离合器的双机带一台泵的典型系统。

刚性接合型   这种接合型离合器(方牙、螺旋牙、多齿)通常不在拖动水泵中应用。然而,本文将讨论的是常用于水泵装置上的可分离型刚性接合联轴器。

可分离型联轴器常用在两台原动机驱动的泵或应急备用系统和需要快速离合的地方。有几种可分离式联轴器,最简单的一种是滚筒链式或称静链式联轴器,它是由主动,从动链轮和围绕它们的链条组成。从链条的铰链中拔去销栓便可很快地将链条拆开,从而使连接轴分离。另外一种可分离型联轴器是法兰型或长齿套筒联轴器,这些联轴器用手动或用滑块机械进行离合。

无滑环的长齿套筒型联轴器,它的离合是将锁定螺丝退出,使套筒作轴向移动至所需的位置后,再将锁定螺丝拧入锁定。这种结构在进行离合之前必须先停机。

为带滑环的长套筒型联轴器,它可以在低速差时离合,其滑环用轴承青铜制成,并用油脂润滑。滑环通过拨叉或杠杆操纵。

高速精密的可分离型联轴器可在离心式压气机、水轮机和泵上应用。

有润滑的带密封装置的可分离型联轴器,其隔离套可轴向移动处于不同位置以造成离合,由弹簧顶紧的定位销定位。隔离套的轴向移动可用手动拨叉和杠杆或液压传动器操纵。这种高速齿形联轴器允许在一定的转速和负载下快速分离。然而油封只能经受短时间的高速度差。能连续润滑的可分离型联轴器是一种较为先进的密封—润滑可分离型联轴器,它装在一个不漏油的壳体内离合的方法与前面已讨论的联轴器相似。它的优点是能经得住长时间的高速差。

离合器的应用 离合器不平衡,轴错位和维护不良是造成机械事故的主要因。为了减少现场问题和保证应有的使用寿命,必须注意下列事项:

1.需完全弄清楚传动系统:

2.在选用元件前,须提供恰当的使用情报,以便确定合适的使用因素,例如寿命、场地、速度、负载(冲击因素)、温度、润滑等等;

3.了解所选离合器的功能是非常重要的,选用的零件除了应能满足传动系统所需的转矩、转速外,还应考虑;

A.    补偿错位的能力;

B.    离合器是否有轴向力作用到水泵轴承上;

C.   装置是否会形成自加力;

D.   装置在什么速度下离合;

E.    传动是否要求阻止反转?

F.    装置是否须实现自动控制,是机械、电动还是液压(或气功)操纵。

 

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