摩擦限矩联轴器的故障原因分析与改进

摩擦限矩联轴器的故障原因分析与改进

谢文敏陈建杰

(云南铜业股份有限公司云铜锌业股份有限公司云南昆明650000)

摘要：在各企业的日常生产过程中，大量使用着各种类型的联轴器，用于生产中传递动能的要求，其中有一部分非常特殊的摩擦限矩联轴器，由于其结构简单，便于制造，造价低廉，被广泛地运用在了大型旋转设备上。但在使用过程中，很多企业忽视了对摩擦限矩联轴器的结构特性、组建构成的研究，更没有对其进行针对性的维护保养，经常出现摩擦限矩联轴器失效导致大型旋转设备停机的设备事故，在这里对摩擦限矩联轴器的结构、类型进行了详细的说明，同时结合故障情况开展详实的分析，找到了故障根因，并针对对性地提出了一些改进意见。

关键词：摩擦限矩联轴器；故障；日常维护；备件管理；改进

摩擦限矩联轴器均是应用在较为重要的设备上，起着保护减速机、电机的重要作用，但是很多企业对摩擦限矩联轴器的认识和理解不足，或者简单认为是一个刚性的联轴器，缺乏日常的保养维护，最终却造成了较大的损失，我们通过对摩擦限矩联轴器损坏的故障进行深入研究和改善，我们找到了很多原因和具体的改善措施。

一、摩擦限矩联轴器

摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器，摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面问的最大静摩擦力矩，而后者又由摩擦面间最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说，静摩擦力矩是一个定值，输人转矩一达到此值，离合器就会打滑，因而限制了传动系统所受转矩，防止超载。按其结构形式可将离合摩擦器分为：圆盘式、圆锥式等。圆盘式摩擦离合器又可分为单盘式和多盘式。

图1单圆盘摩擦离合器

图2多圆盘摩擦离合器

（1）单圆盘摩擦离合器

图1是单圆盘摩擦离合器的结构图。摩擦离合器的接触面可以是平面或锥面在同样的压紧力下，锥面可以传递更大的转矩。与嵌合式离合器相比，摩擦式离合器可以在两轴任何速度下离合，且结合平稳无冲击，通过调节摩擦面间的压力可以调节所传递扭矩的大小，因而也就具有了过载保护作用。但工作时有可能两摩擦盘之间发生相对滑动，不能保证两轴的精确同步。单圆盘摩擦离合器结构简单，散热性好，但传递的转矩不大。

（2）多圆盘摩擦离合器

图2是多片式摩擦离合器的结构图。有外摩擦片与内摩擦片，利用曲臂压杆机构，将两组摩擦片压紧，离合器处于接合状态，利用曲臂压杆和弹簧片，使两组摩擦片压力消除，离合器处于分离状态。多圆盘靠调整内、外两组摩擦片的间距，来调整摩擦片之间的压力。碟形摩擦片在离合器分离时能借助其弹性自动恢复原状，有利于内、外摩擦片快速分离。

与牙嵌离合器比较，摩擦离合器具有下列优点：

(1)在任何不同转速条件下两轴都可以进行接合；

(2)过载时摩擦面间将发生打滑，可以防止损坏其他零件；

(3)接合较平稳，冲击和振动较小。

摩擦离合器在正常的接合过程中，从动轴转速从零逐渐加速到主动轴的转速，因而两摩擦面间不可避免地会发生相对滑动。这种相对滑动要消耗一部分能量，并引起摩擦片的磨损和发热。

（3）安全离合器

安全离合器与安全联轴器的功用类似，用于当机器过载时自动脱开，以保护机器重要零件不因过载而损坏。

（a）

（b）

图3单圆盘摩擦离合器

如图3它与安全联轴器的主要区别在于，当机器所受载荷恢复正常后，前者自动集合，继续进行动力传递，而后者则无法自动接合，需重新更换剪切销。常用的安全离合器有牙嵌式安全离合器和滚珠式安全离合器。在工作时能根据机器运转参数（如转矩或转速）的变化自动完成接合和分离的离合器称为自动离合器。当传递的转矩超过一定数值时自动分离的离合器，因为有防止系统过载的安全保护作用，称为安全离合器。

二、摩擦限矩连轴器的故障

我公司一台硫酸风机限矩摩擦式联轴器摩擦副损坏打滑，操作员工发现风机电流突然下降（由209A降为51A），巡检人员刘占琳到现场后发现二氧化硫风机联轴器冒火花，检查后发现主电机正常运转，但风机停止运行，立即将相关情况报分厂,申请紧急停车，造成公司停产5天。

风机的过载保护装置有电机过载保护装置和机械过载保护装置，电机过载保护装置，需要有一定的时间延迟，无法实现由机械惯性冲击载荷所产生的瞬时过载保护。由于风机惯性冲击力矩大，机械系统破坏力强，硫酸风机加设了机械过载保护装置，在电机与增速机之间的摩擦限矩联轴器，使用摩擦力矩限制联轴器来对机械系统进行暂态保护，其工作原理为预先设定合理的限滑转矩，当出现突然卡死的等情况时，摩擦限矩联轴器内的主动摩擦盘和从动摩擦盘打滑，电机转子惯性能量转换成热能和输出扭矩滑到变速箱输入轴，确保减速器承受的最大扭矩不超过预设值，以有效地保护减速装置和机械传动系统。具体结构如图4.所示。

图一、摩擦限矩联轴器装配图

图三、kkk风机导叶开度与电流图（黑线为导叶开度，白线为电流）

三、摩擦限矩连轴器故障的原因分析与处理

（1）摩擦限矩连轴器故障的原因分析

公司组织相关管理、技术人员赶往现场进行抢修，初步判断风机电机侧限矩摩擦式联轴器损坏，对设备、工艺运行数据进行原因分析：

1.风机导叶开度：3月29日17：00为35度（正常开度为0-90度），该开度持续运行30分钟，期间并未做出导叶调整；

2.风机风量：在该导叶开度情况下，风机出口流量基本稳定在150000m/h，在正常流量范围内，未见流量异常波动；

3.压力检查：风机出口的压力稳定在35kpa，转化器1、2、3、4层的阻力平稳，无阻力异常波动变化；

4.电流分析：风机电流停机前基本稳定在205-209A，在规定范围内；

5.机械运行参数：电机前后轴承、增速箱输入轴前后轴承、输出轴前后轴承、轴承箱前后轴承等检查部位的振动、温度未见异常。

初步判断：从风机出口压力、系统阻力、电流、导叶、风量等系统及风机负荷无异常变化，排除风机负荷大，过负载引起联轴器损坏的可能，对联轴器拆解查看后，造成此次设备故障是由于摩擦限矩联轴器的摩擦部位（摩擦片）存在磨损，导致设定转矩值变小，安全部件动作，造成此次系统停产。

（2）失效原理

摩擦限矩联轴器摩擦片选用铜基粉末冶金材料，主要由三大部分组成,基体和强化组元：Cu,Fe,Ni,Mo,Ti.Sn等。摩擦组元:SiO2.Ai2Oi.SiC等。润滑组元:石墨,MnO2等。

铜基粉末冶金材科摩擦片优势:在高速高负荷下有很好的耐磨性，良好的抗咬合能力，在耐热和导热性方面具有显著优势。单位体积内能吸收较多的摩擦热量,摩操材料自身能将基擦表面的热量较多的吸收，则表面温度将迅速降低,优良的导热性能一方面很快的将表面摩擦热量传导给对偶的钢片被其吸收和散发。另一方面向内传导进入摩擦层和钢质花键芯棒被其吸收、散发。摩擦面温度能始终保持在先许范围内,最高在300度左右。当摩擦温度超过易熔金属Pb,Bi等的熔点时,易熔金属发生熔化,在干摩擦表面形成润滑膜,润滑膜的形成降低了摩擦因数同时也降低了表面温度,随着摩擦表面的温度的降低,熔融的金属疑固,摩擦因数回复到原来水平。表面液体润滑膜的形成促使打滑平稳,大大减少和避免了打滑时金属基体的粘接。使摩擦材料长期稳定的工作。这在重载的工况尤其重要，对于瞬间打滑一般只是毫米级的打滑,温度能在100度以内，但长期产生瞬间打滑,导致摩擦片减薄，散热能力不足，从而导致故障的产生。

（3）处理措施

由于该联轴器已不具备可行的临时处置方案，同时由于新备件需三周时间方能到货，因此将新制作一个刚性连轴器更换摩擦限矩联轴器。同时制定了拆除电机，更换联轴器的方案。

四、改进措施

1.风机关键技术消化吸收不彻底

公司在日常设备管理工作中，并未对风机的设备结构进行深入系统分析与梳理，图纸及相关材料均为英文版本，对关键技术消化吸收不测底。

2.加强日常维护

在年度的检修中，对摩擦限矩连轴器摩擦片进行清理，清扫摩擦颗粒，同时依据发热扭矩计算，制定摩擦片更换标准，对摩擦片进行测量并定期更换。

五、结束语：

通过本次故障分析与处理，可以得出以下结论：

限矩联轴器对设备的影响至关重要，同时也需要进行日常的维护。

参考文献：

[1]《联轴器、离合器与制动器设计选用手册》机械工业出版社，主编：张展2009年9月

[2]《摩擦式安全联轴器》起重运输机械，大连起重机器厂研究所，穆如钢1993年6期