【船机帮】GWH6O66型船用齿轮箱倒车离合器的故障分析与改进措施
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导读
GWH6066型齿轮箱是由斜齿圆柱齿轮和多片式摩擦离合器构成的倒顺离合减速齿轮箱 ，如图1所示，没有输入级，只有减速级和换向级。
图1 GWH6O66齿轮箱展开剖视图及传动路线
减速级由空心齿轮轴8(或 9)和输出齿轮10组成，换向级 (即倒车)由离合器主动齿轮3和离合器从动齿轮5组成。
齿轮箱输入轴和输出轴水平异心布置，有正车、倒车和空车三种工作状态。
(1)正车。
正车片式摩擦离合器2接排，倒车片式摩擦离合器4脱排。
运动由输入法兰1→正车片式摩擦离合器2→正车空心齿轮轴9→输出齿轮10→ 输出轴13→输出法兰；
(2)倒车。
正车片式摩擦离合器2脱排，倒车片式摩擦离合器4接排。
运动由输入法兰1→离合器主动齿轮3→离合器从动齿轮5→倒车片式摩擦离合器4→倒车空心齿轮轴8→输出齿轮10→ 输出轴13→ 输出法兰；
(3)空车。
正车片式摩擦离合器和倒车片式摩擦离合器都脱排，不传递运动。
1.主要工作原理
齿轮箱由箱体、齿轮、轴和轴承、离合器、液压系统等组成。
其中最关键的部件就是离合器，GWH6066型齿轮箱的离合器是由钢片粉末冶金摩擦片组成的多片湿式摩擦离合器，采用液压操纵，通过齿轮箱上二级压力控制阀使离合器接排和脱排(使齿轮箱离合器接合叫“接排”，使齿轮箱离合器脱开叫“脱排”，手柄在空车位置,因齿轮箱本身的原因使输出轴转动叫“带排”)。
图2、图3显示的就是该摩擦离合器的两种摩擦片:
图2是内摩擦片,采用粉末冶金材料制作，表面有规则纹理，也称为粉片;
图3是外摩擦片，由钢制材料制作，外表光滑，也称为光片。
离合器共有内摩擦片10片，外摩擦片11片，交替顺序安装。
图4 离合器部件图
图4为离合器的部件图。当离合器工作时，工作油从进口装置26进人油缸中，推动活塞16,从而将内外摩擦片7、8压紧，实现接排。
当离合器脱排时，工作油断开，作用在该活塞上的油压消失，靠弹簧14的弹簀力和离心力使活塞返回到原来的位置，此时内外摩擦片不再压紧，处于相对运动状态，在这种状态下两种摩擦片会产生相对摩擦，设备温度也会升高。
为解决这个问题，设备设计了冷却系统通过冷却油专门对摩擦副进行润滑和冷却。
2.齿轮箱主要技术参数
齿轮箱主要技术参数如表1所示：
1.“搅油”问题的分析与改进
该舰艇服役以来，右齿轮箱在进车工况下有一处箱体温度异常升高，面积约50cm²,特别是当该主机正车达到近似额定工况时，该处箱体温度都在80℃以上，而此时箱体其它部位温度均低于60℃,齿轮箱滑油温度也不超过45℃。
经过结构分析，该处箱体温度异常升高是因为来自倒车离合器的润滑油喷溅到此处箱体上造成的。
经分析，在齿轮箱正车工作时，倒车离合器内的内外摩擦片是相对运动的，尽管有5.5~6cm的间隙和润滑油的润滑冷却保障，但齿轮箱长时间都处于正车工况下，巨大的相对摩擦力最终导致了此处润滑油温度升高，这种情况我们把它称之为“搅油”。
而相同结构设计的正车离合器却由于齿轮箱倒车工况每次工作时间短，且使用负荷小而避免了该情况的发生。
为解决“搅油”问题，我们改变了倒车离合器内部摩擦片的排列方式,将21片交叉叠放的内外摩擦片的最后各4片重叠布置，通过这种方式既不改变倒车离合器的结构尺寸，又减小了摩擦付的摩擦力，同时通过计算，该摩擦力也能够满足齿轮箱倒车接排的力矩要求。
经过这种微小的结构调整，在不影响齿轮箱总体设计的情况下，“搅油”问题得到了解决。
2.叠放内摩擦片的加剧磨损情况分析
经过工程技术改造后的齿轮箱经过1000余时运行后，在对其定期润滑油夜光谱分析发现该设备润滑油夜中铜元素含量偏高，表2是该设备的一次润滑油光谱分析报告。
经过对设备拆检发现叠放的内摩擦片磨损较严重。
分析原因主要是在该齿轮箱倒车工况时，倒车离合器接排，4片叠放的内摩擦片问产生了较大的摩擦力矩，而内摩擦片是粉末冶金材料，表面的纹理还会进一步增大摩擦 ，从而造成该4片内摩擦片磨损严重，经过重新考虑，我们最后决定将倒车离合器最后叠放的各4片内外摩擦片全部换成外摩擦片，外摩擦片是光片，摩擦系数小，可以减小叠放摩擦片间的摩擦力。
但由于内、外摩擦片的厚度不同，为保证离合器摩擦片总间隙在5.5—6cm之间，还需要对外摩擦片进行磨削，并将磨削量平均分配到每一片摩擦片，保证每一片的厚度均匀，保证平面度及粗糙度要求：
平面度 ≤ 0.03mm，粗糙度为Ra1.6。
经过改造后的该齿轮箱在使用过程中的定期润滑油分析中铜元素含量加剧的现象消失了。
3.叠放外摩擦片的烧蚀情况分析
更换成外摩擦片的齿轮箱经过3000多小时的使用后，在对其进行定期检修过程中发现该倒车离合器叠放的8片外摩擦片有烧蚀现象，其中的5片外摩擦片平行度超过了规定要求。
分析认为8片叠加的外摩擦片尽管减小了摩擦力，达到了消除“搅油”的作用，但是光片较光洁的表面造成倒车离合器接排后叠加的外摩擦片间的热量无法有效被润滑油带走，最终造成叠加外摩擦片烧蚀。
采取的措施是取消摩擦片叠放方式。
在安装时，取消损坏的8片外摩擦片，重新制作一个调整环来替代，调整环固定在摩擦片座上，通过这种方式有效减少倒车离合器的摩擦力，防止了光片烧蚀。
图5是该调整环的设计安装图。
图5 调整环设计安装图
安装要求：
(1)离合器中摩擦片的总间隙应控制在5.5～6cm之间 ；
(2)调整环两平面应保证平行度要求(≤0.03mm)；
(3)调整环与离合器壳体法兰应采用M16× 55GB70—85(8.8级)内六角螺栓连接，并保证调整环与离合器壳体法兰同心。
(4)内六角螺栓应涂厌氧胶防松。
经过改进后的该齿轮箱工作平稳，倒车离合器没有再次发现类似故障。
通过对安装在该舰艇上的GWH6066型齿轮箱 “搅油”问题的相关分析改进，最终找到了解决该问题的合理有效措施，为该型设备提供了宝贵的设计经验。
本文原创作者系：
中国人民解放军第四八一〇工厂 王 建，刘芝崇
91202部队 杜柱石
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