张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西 贵溪 335424)

大型矿山电动轮风扇驱动离合器常见故障及维修技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西 贵溪 335424)

针对德兴铜矿大型电动轮风扇驱动离合器常见故障诊断与维修技术进行深入的探析，使其具有更快的反映速度，更精确的控制风扇转速，更低的功率，更高的适应性、可靠性，可确保安全生产，提高开动率和完好率，降低维修成本，延长寿命，经济环保效益极佳。

风扇驱动离合器；诊断与维修技术；开动率；完好率

江铜德兴铜矿(简称德铜)铜厂和富家坞采区日采选矿石产能13万t/d，其年采剥矿石总量达1.32亿t/a。故采用70多台电动轮汽车与10多台大型电动挖掘机相配套来进行采矿作业。其电动轮汽车工况极其恶劣，长期处于露天作业环境，日晒雨淋，装载任务繁重，作业条件苛酷且强度高[1]。而电动轮汽车发动机在高温工作环境下，必须得到适度的冷却，才能满足发动机良好的工作性能、耐久性和废气排放的要求[2]。

然而，冷却风扇是发动机冷却系统的重要部件之一，其性能的好坏直接关系到发动机能否正常运转；同时，风扇消耗的功率占发动机输出功率的5%～8%[3]，而风扇驱动离合器在此，则起着至关重要的作用。因此，有必要对其常见故障诊断与维修技术进行深入的探析，这可为确保矿山安全生产，提高电动轮的开动率和完好率，降低维修成本，提高车辆燃油经济性，大幅提高矿山能耗水平，提供强有力的技术保障。

1 风扇驱动离合器的主要功用

1.1 主要功能

风扇驱动离合器是一种油压驱动、油冷却和润滑的多片式离合器，它被设计用于连续的、无限的风扇至发动机的皮带轮速比，以确保规定的发动机冷却液温度和最小的发动机输出功率损失。发动机冷却温度可由一个热传感器和电磁阀进行调制控制，而被自动传输至离合器，它可将风扇自动调整至精确的、保持规定的冷却液温度所需的最小速度，且能使风扇速度平滑地升降，而无冲击载荷，油冷却的片允许连续的离合器滑动，以提供变化的风扇速度。

1.2 主要作用

电动轮发动机采用风扇驱动离合器来控制冷却风扇，以达到自动调节冷却强度之目的。其技术状态的好坏，则决定着冷却风扇能否正常工作。随着发动机负荷的变化，发动机温度达到设定值时，其自动接合风扇进行降温，控制冷却风扇工作与否的开关；风扇转速即冷却强度，可通过散热器内冷却液温度的高低来控制；为节约燃料和增加发动机有效输出功率，勿需风扇冷却时，必须停转或降低转速；其还可消除风扇噪声。

2 主要结构组成及其工作模式

2.1 主要结构组成

风扇驱动离合器总成图，如图1所示。它主要由输入部件、输出部件及固定部件等部分组成。发动机(油底壳)润滑油经过滤和冷却由管路输送至风扇离合器。其中：

输入部件：离合器的输入，通过被螺栓连接在一起而形成皮带轮空腔的皮带轮和轴承定位器；皮带轮空腔在轴和风扇安装轮毂处，被旋转密封封住，且由重型滚珠轴承支承；前轴承定位器的有槽杯部分，在外部驱动缠结的钢离合器片和离合器活塞。

输出部件：离合器的输出，通过被用花键连接至且驱动离合器轮毂的离合器护面片；轮毂内径被花键连接至并驱动风扇安装轮毂；风扇被螺栓连接至风扇安装轮毂；在风扇安装轮毂上的风扇隔套，用于相对于散热器来定位风扇。

固定部件：轴和支架总成被螺栓安装至发动机，且支撑风扇离合器部件；固定至轴的先导管从离合器泵油，将油引导回油箱，即发动机油底壳；其内部设有油口节流孔，可分配润滑/冷却油，及控制风扇速度和调制风扇离合器的啮合与脱开的油控制压力。

图1 风扇离合器总成图1.皮带轮 2.3.前后轴承定位器 4.5.前后油封 6.滚珠轴承 7.钢离合器片 8.离合器活塞 9.轴/支架总成(典型) 10.先导管 11.离合器轮毂 12.风扇安装轮毂 13.护面片

2.2 主要工作模式

如图2所示，压力腔内无控制压力情况下，风扇离合器始终脱开；热传感器通过其热尖头来传感发动机冷却液温度。通过发送电信号以驱动电磁阀，传感器被校准为在规定的冷却液温度范围内响应；热传感器工作范围可通过贴在传感器体上的标签来确定；发动机润滑油通过进油口NO进入电磁阀；电磁阀压力输出COM开口被一条管路连接至风扇离合器支架的控制压力油口；电磁阀通过调节提供啮合、调制及使风扇离合器脱开的压力油量来控制车辆冷却风扇的速度；从电磁阀和风扇离合器出来的油，通过电磁阀内油输出NC油口，被引导至油底壳。

图2 热传感器和电磁阀1.电磁阀 2.热传感器1# 3.热传感器2#(选购)

2.2.1完全啮合

热尖头处的发动机冷却液温度达到热传感器设计温度范围的顶端时，全部油压被电磁阀引导入风扇离合器的压力空腔；控制压力迫使活塞靠着离合器片，对着前轴承定位器夹住盘组套；离合器片被完全夹住时，输入与输出被完全连接，构成通过离合器1∶1的驱动，风扇因此以皮带轮转速被驱动。

2.2.2调制变速

发动机冷却液温度降至控制装置设计的工作范围内时，热传感器即响应，导致电磁阀逐渐减小引导入风扇离合器压力空腔的压力油量，油缓慢地从离合器排出，经电磁阀NC油口至油底壳；压力腔内部压力下降，离合器活塞的夹紧力减少，离合器片开始滑动，风扇转速降低；若发动机冷却液温度开始增加，以上动作则相反，风扇转速增加；发动机水温稳定时，风扇转速稳定；皮带轮转速(输入)与风扇离合器中的风扇转速(输出)的无限的滑动比由热传感器对发动机冷却液温度的敏感性和电磁阀通过调制，用于控制风扇离合器的啮合(调制)的油压来响应传感器信号的能力来控制。

2.2.3完全脱开

发动机冷却液温度处于或低于热传感器设计温度范围下极限时，无压力油被引导入压力腔，空腔内现有压力通过电磁阀而排放至油底壳，无夹紧力施加在离合器片上，且至风扇的驱动被断开。此时，因经过护面片和外部离合器片之间冷却油的粘性阻力，风扇仅怠速即以低于300 rpm转速。

3 常见故障诊断与维修技术探析

3.1 发动机运转得冷，风扇连续以发动机转速运转

热传感器或电磁阀不正确工作，始终保持离合器上全部压力时，应测试且更换故障零件；固定风扇至风扇安装轮毂的螺栓过长，若螺栓伸展得超过轮毂且接触轴承定位器的前端时，风扇则会连续运转，用适合风扇安装轮毂内全螺纹的8级螺栓更换该螺栓，但不可伸展得冒出来，检查以确保离合器内轴承未损坏；一些车辆在驾驶室内配有手动超控开关，可超控热传感器的控制，需关闭开关或更换故障开关；控制压力管路堵塞，且不允许油从离合器排出时，应清除堵塞物；冷却系统旁通过多的水时，必须按发动机制造商的推荐进行修理；节温器密封泄漏或粘住打开时，应更换密封或节温器；压缩机超控系统如车辆配有空调和超控控制装置，必须排查系统部件，以确保未将错误信号发送至电磁阀，导致完全锁住。

3.2 发动机运转得热，风扇不锁定或连续怠速

冷却液液位低时，必须加注散热器，以纠正液位；电线故障时，应确保连接紧密，接地点良好、无坏线；散热器或装在前部的冷凝器内、外部堵塞时，必须清洁散热器或冷凝器线圈；冷却系统加压不正确时，应消除压力泄漏源；风扇皮带打滑时，应立即更换磨损皮带，修理或更换皮带张紧机构，或张紧松驰的皮带；百叶窗保持关闭时，应修理百叶窗及其控制装置；热传感器或电磁阀不工作时，需读出电磁阀和风扇离合器之间的控制压力，若达不到技术规格要求，则更换热传感器或电磁阀；离合器片磨损时，若低于技术规格，则应更换离合器；风扇不以最大皮带轮转速转动时，应读出电磁阀与风扇离合器之间的控制压力和热传感器的输出电压，更换故障控制装置；而节温器不工作或水泵故障时，则必须更换新备件。

3.3 风扇离合器啮合时发出长声尖叫

固定风扇至风扇安装轮毂的螺栓太长且接触到前定位器时，应立即拆下，且用合适长度的8级螺栓更换，同时检查以确定处于离合器中的轴承并未损坏；检查风扇的正、反转和轴向移动，若存在移动时，应修理或更换风扇离合器，轴承可能会出故障或确定油空穴的原因；风扇皮带松动和打滑时，应修理磨损的皮带张紧机构，将其皮带张力重新调整至相关技术规格；而轴承故障时，则必须修理或更换风扇离合器。

3.4 密封处漏油

将风扇固定至轮毂的螺栓不合适，若太长且接触到皮带轮时，则应更换螺栓；若继续泄漏，则必须修理或更换风扇离合器；进油油口内无节流孔时，需安装节流孔，若密封继续泄漏，则更换风扇离合器；油排放管路堵塞时，必须及时清除堵塞物；而驱动皮带张力过大时，应排查以确保皮带张紧机构未被限制、未对准或产生过大张力，调整至技术规格；若皮带张力没问题且密封继续泄漏时，则必须修理或更换风扇离合器；在离合器的重新组装期间安装不正确，导致油密封翘起时，必须使用规定的工具和按规定的程序正确地重新组装；而在耐磨套下漏油时，则必须重新进行组装或修理。

3.5 工作嘈杂

一些发动机严重的噪音，源于空调压缩机，但通过皮带仿佛是在风扇离合器上听到的，若采用以下步骤检查无问题，则风扇离合器无问题：在发动机与散热器之间，将风扇叶片的尖端来回移动，不得有风扇安装轮毂的前后移动；若存在移动，则应更换或修理风扇的驱动装置；离合器被外部压力油源锁住的情况下，来回旋转风扇尖端，若在其技术规格之内，则说明没问题；若发现移动过大，需修理或更换风扇驱动装置；而钢片的柄脚和轴承定位器内的驱动槽之间出现过度磨损时，则必须及时更换。

3.6风扇驱动循环以异常的高速率连续关闭又打开

冷却液液位低时，应将散热器加注至适宜的液位；散热器内部或外部部分地堵塞，导致保存了太多热量时，必须清洁散热器；而节温器和热传感器的加热范围设定不相容时，则必须以正确的温度设定更换节温器或热传感器，以获得正确的连续操作。

3.7 轴总成磨损或损坏

轴的表面磨损严重，出现阶梯超过其磨损极限时，必须立即更换；侧壁上出现台阶或卡环槽无笔直侧和方角，致使密封圈或卡环不能很好地装在槽内时，应及时修复或更换；用于套筒轴承的轴承轴颈或后轴承的轴承轴颈磨损超过其各自的磨损极限时，应立即更换备件；而一些轴可能设有润滑孔和滚销，若被堵住时，应及时进行清除。

3.8 活塞裂纹、磨损或活塞密封环损坏

密封槽因不平滑切断密封环，或外径有延伸越过外径表面的裂纹时，需立即修复或更换新备件；而内径因磨损而延长或活塞密封环损坏时，则必须立即更换新备件。

3.9 衬片、钢片、驱动槽、轴承或轮毂磨损

(1)衬片磨损

离合器衬片脏污或沾油，加之摩擦生热，此时即使稍有打滑，也会产生异响，应立即清洁或更换衬片；而内齿磨损在每一侧不得超过0.127 mm，且应保证驱使接触表面的齿不得磨损为一个点或一个楔形。

(2)钢片磨损

外部柄脚驱动表面上的磨损，在每一侧皆超过0.127 mm时，应及时更换；钢离合器片必须平滑、无槽或因热而引起的损坏，其最小厚度为3.07 mm且平整度在0.13 mm内，若钢片磨损严重导致凹槽、颜色变深、热变色、损坏或翘曲时，则应立即更换备件。

(3)离合器片驱动槽磨损

在发动机关闭和离合器锁闭的情况下，用一个很小的力来回旋转风扇；直径φ1.7 m的风扇叶片尖端的测量，不得超过28.4 mm；过多的移动，则表示驱动柄处磨损过度。

(4)轴承磨损或烧损

在发动机关闭和无油供给至风扇离合器的情况下，前、后推动风扇时，不得出现风扇安装轮毂的移动；若工作温度过高导致过热、缺油磨损或受载次数多而产生疲劳破坏时，易烧损轴承，则应立即更换轴承。

(5)轮毂磨损

在有或无控制压力施加到离合器的情况下，不得有风扇的轴向移动，风扇安装轮毂在散热器与发动机之间，不得向外移或内移，或者前后移动；若内径齿严重磨损，或由护面片所致的切口磨损有笔直侧时，应及时更换；而齿上的磨损标记，若有光滑的进出斜面时，则标志着槽将不会限制片的移动，且离合器轮毂可被再使用。

3.10 过热毛病

恶劣的工况下，风扇驱动离合器过热易导致发动机的工况异常。过热申诉调查期间，风扇离合器皆可暂时以锁闭模式工作，风扇离合器仅起到一个无离合器的标准风扇轮毂的作用；而以类似于发现毛病期间的工作循环操作车辆，若仍存在过热现象，则问题的根源在冷却系统部件中，而非风扇离合器、热传感器或电磁阀；275 kPa或以上的机油压力一定会锁闭风扇离合器。

3.11 前后轴承定位器磨损或裂纹

前后油封内孔表面上有延伸的裂纹时，必须清除所有的密封剂，及时更换新备件；前后轴承内孔因磨损而变为椭圆形，没有笔直侧和方形底部时，应立即修复或更换；用于皮带轮的先导直径表面上，或与皮带轮配合的平表面上产生延伸的裂纹时，必须采取相应的措施，进行修复或更换；轴承定位器中的槽不得有带笔直侧的磨损切口，磨损标记的最大深度不得超过0.51 mm，但若切口有平滑的进出侧，则切口不会阻止钢离合器片的移动；而前后轴承定位器磨损超过其各自的最大磨损极限时，则必须更换备件。

3.12 套筒轴承磨损或损坏

检查套筒轴承表面颜色，确定磨损量的相关信息时，见图3。应将各轴承的颜色与图3相比较，轴承外表的颜色越浅，则表示磨损越严重；将轴分总成降到皮带轮孔内和皮带轮上直至保持器停在皮带轮过程中，必须格外小心，若安装过程中轴被塞住，易损坏套筒轴承；必要时，则更换备件。

图3 套筒轴承的磨损

3.13 耐磨轴套泄漏

未按轴套上引导图案的正确方向安装耐磨轴套时，易产生泄漏；需注意的是，有缺口的后耐磨轴套与前耐磨轴套不可互换，且应将后耐磨套压到轴上，与轴肩齐平；而处理耐磨轴套时，必须格外小心，即使微小的切口或划痕，皆可能导致泄漏的发生。

3.14 皮带轮磨损、裂纹或损坏

皮带轮凹槽，不得有严重磨损或损坏；用于轴承定位器的先导内孔，或与轴承定位器配合的表面，必须没有在先导表面上延伸的裂纹；驱动定位爪上的边平滑，表面上应无台；其切口不得延伸至槽内，否则，它极可能导致密封圈的变形。

3.15 定位器/密封总成、卡环或凹槽磨损

定位器/密封总成安装不当，如未被笔直地安装时，组装后易导致它与轴承定位器之间产生干扰弯曲或损坏，必须按有关技术规程重新组装；内、外部卡环磨损、损坏或变形时，切不可再使用，应及时更换备件；外部卡环凹槽必须有笔直侧和方边且其最大磨损极限为3.683 mm，若轴承内孔表面上有延伸的裂纹或刮伤，花键过度磨损或螺栓孔严重磨损或损坏时，则必须更换备件。

4 结语

风扇驱动离合器是大型矿用电动轮汽车的重要部件之一。若其运行状况不良，往往易导致发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机工作环境恶化，进而影响发动机的性能和使用寿命[4]，直接影响到电动轮的开动率、完好率、维修成本及能耗水平。因此，对其常见故障诊断维修技术进行深入的探析，能提供强有力的技术保障，使其具有更快的反映速度，更精确的控制风扇转速，更低的功率，更高的适应性、可靠性和经济性，而高性能、智能化、节能降耗和环保必然是冷却风扇控制技术今后的研究方向。

[1] 张伟旗.大型矿用电动轮巨型轮胎技术装备创新及损坏处理[J].中国矿山工程，2012，(4):37-41.

[2] 何春鸣.汽车发动机冷却风扇控制技术评析[J].上海汽车，2009，(7)：37-40.

[3] 上官文斌.吴敏.王益有，等.发动机冷却风扇气动性能的计算方法[J].汽车工程，2010，32(9):799-802.

[4] 王海航.段耀龙.胡惠祥，等.发动机冷却风扇与冷却系统的匹配[J].车用发动机，2012，199(2)：1-6.

FaultDiagnosisandMaintenanceTechnologyExplorationofFanDriveClutchofMiningElectricWheels

ZHANG Wei-qi
(JCC Copper Products Co., Ltd. Guixi 335424, China)

The article deeply analyses common faults and maintenance technology of fan drive clutch of mining electric wheels in Dexing Copper Mine, makes it reflect faster, fan speed controlled more accurately, lower power, higher adaptability, reliability, ensures safety production, improves the serviceability rate and actuate rate, reduces maintenance costs and prolongs service life, has remarkable economic and environmental benefits.

fan drive clutch； fault diagnosis and maintenance technology； actuate rate； serviceability rate

2013-11-18

张伟旗(1965-)，男，江西余江人，高级工程师，大学本科，主要从事矿山机械、铜加工、有色冶金、机电设备工程等技术研究工作。

TD63

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1003-8884(2014)02-0051-05