摘要：熱（rè）模鍛壓力機上廣泛應用的濕式離合製動器按離合器與（yǔ）製動（dòng）器的布置形式可以分為（wéi）分體式離合製動器和組合式離合製動器。濕式離合製（zhì）動器以液壓油作為工作介（jiè）質，整個離合器、摩擦（cā）器（qì）腔內充滿了液壓（yā）油，主動軸和被動軸間（jiān）的扭矩傳遞通過油膜間的抗剪力實現。本文著重介紹當前熱模鍛（duàn）壓力機上應（yīng）用的濕式離合製動器的結構類型及相（xiàng）關產品，並對其關鍵零部件摩擦片的（de）研究（jiū）現狀進行了歸（guī）納分析。

  
    
      0 引言
 
 
      熱（rè）模鍛壓力機上應用的摩擦離合製動器的結構型式很多，按其工作介質可（kě）分為幹式和濕式兩種，幹式離合製動器是以壓縮空氣作為工作介質，濕式離合（hé）製動器以（yǐ）液壓油（yóu）作為（wéi）工作介質[1]；按離合器與製動器的布置形式可（kě）以分為分體式離合製動器和（hé）組合式離合製動器。離合製動器性能的好壞直接影響（xiǎng）壓力機的工作（zuò）效率及工作能力[2]。熱模鍛壓力機工作時，離合製動器運轉率很高並且承擔高頻的工作負荷，如果采用幹式離合製動器則其摩擦片上的（de）摩擦材料會迅速磨損並發熱，從而產生足以造成工作環境嚴（yán）重汙染的粉（fěn）塵和噪聲。

      1 、濕式離合製動器簡介

      液壓（yā）濕式（shì）離合製動器近年來廣泛應用於機械壓力機領（lǐng）域。多盤式（shì）液壓濕式離合製動器具（jù）有推力大、動（dòng）作靈敏、離合製（zhì）動慣性小速度快、摩擦盤磨損小等諸多優點，可（kě）迅（xùn）速可靠地（dì）完成離合和（hé）製（zhì）動功能。利用液壓裝置可以使離合器結合、製動器製動時平穩且無衝（chōng）擊。在濕式離合製動器的主動盤和被（bèi）動（dòng）盤之間存在一（yī）層油膜，正是由於油分子層的存在使得主動軸和（hé）被動軸（zhóu）間的扭（niǔ）矩傳遞不（bú）依賴摩擦片間直接的幹摩擦，而是通過（guò）油膜間的抗剪力實現（要求油分子層和摩擦盤摩擦麵之間的附著力應（yīng）大於滑動產生的油（yóu）膜間剪切力）[3]。正是基於以上原因，濕（shī）式離合製動器的摩擦副工作過程中磨損很小甚至達到無磨（mó）損。

     2 、熱（rè）模（mó）鍛壓力機用濕式離合製（zhì）動（dòng）器的基本分類

  
     根據濕式（shì）離合製動器中離合器與製（zhì）動器（qì）的布置方式，可以分為濕式組合離合製動器與濕式分體離合製（zhì）動器（qì）。雖然當前在熱模鍛壓（yā）力機上濕（shī）式離合製動器的結（jié）構（gòu）形式很多，但基本結構原理（lǐ）類似，均由離合器外殼、離（lí）合摩擦盤、製動器外殼、製動摩擦盤、活塞、彈簧、旋轉接頭（tóu）等組（zǔ）成[4]。在離合製動器的布置方麵，為了降（jiàng）低在壓力機離合、製動過程中的能量損（sǔn）耗與發熱量，避免製動（dòng）角超差，普遍將離合製動器安裝（zhuāng）在壓力機驅動係統輸出低速飛輪與壓力機滑塊輸入軸之間。在結構允許且傳動機構附（fù）加慣量不大的情況下（xià），允許使用高速離（lí）合製動器安裝在傳動係統高速軸上。

      2.1 濕式組合離合製動器（qì）

      2.1.1 結構分析

     圖1 濕式離合製動器結（jié）構圖        圖2 濕式離合製動（dòng）器實物圖

     如圖1、2、3 所示（shì）為濕式離合製動器的結構與實物以及濕式離合製動器與壓力（lì）機的安裝方式示意圖與製動/離合狀態示意圖。

     
  
                     圖3 濕式（shì）離合（hé）製動器與（yǔ）壓力機安裝圖

     2.1.2 工作原理

     濕式離合製動器主要由（yóu）離合製動器本體、液壓控製板、具有軟（ruǎn）製動（dòng）軟結合功（gōng）能的模塊化控製（zhì）係統、旋轉接頭、雙閥和液壓油箱等組成。液壓係統提供的壓力油經旋轉接頭進入油缸，壓力油推動活塞，頂開彈（dàn）簧，離合器（qì）的主動、從動摩擦片壓緊，製動摩擦片（piàn）鬆開，實現（xiàn）離合器摩擦片的“接合”，製（zhì）動器摩擦（cā）片的（de）“脫開（kāi）”。工作狀態時，離合製動器的整個（gè）離合器、摩擦器內充滿了液壓油。當活塞的液壓油壓力消失時，離合器摩擦片脫開，製（zhì）動器摩擦片在製動彈簧的作用（yòng）下（xià）接合實現製動[5]。由此可（kě）知，濕式組合離（lí）合製動器工作時存在三個（gè）過程：離合側壓緊、空轉（zhuǎn）、製動（dòng）側壓緊[6]。在結構設計中，離合器與製動器的接合與脫開之（zhī）間不可以產生幹涉（shè）現象[3]。濕式（shì）組合離合製動器（qì）製動精度（dù）高，能夠滿足更高的工（gōng）作頻率，占用空間小、慣量低、齧合/鬆脫速度快，在很大程（chéng）度上無（wú）需（xū）維修[7]。

     圖4 濕式離合器結構圖 及安裝圖            圖5 濕式製（zhì）動器（qì）結構（gòu）圖及（jí）安裝圖

     2.2 濕式分體離合製（zhì）動器

     2.2.1 結（jié）構分析

     如圖4、5 所示為濕式離合（hé）器與濕式製動器的結構示意圖，通常濕式離合（hé）器安裝在飛輪上，濕式製動（dòng）器安裝在機身上。

      2.2.2 工作原（yuán）理

     離合器的工作原理：彈簧1 作用在缸體內活塞2 上，鬆脫離合器摩擦盤。壓力（lì）油3 使活塞壓靠到彈簧上，離合器（qì）結合。

     製動器工作原理：彈簧1 作（zuò）用在缸體內的（de）活塞2 上，製動器摩擦盤4 在活塞的作用下壓靠在一起，製動（dòng）器製動。在液壓油的作用下（一定的油壓），彈簧壓靠在活塞上，製動器停止製動[9]。如圖6 所示為采用附加驅動裝置的製動器以及與壓力機身安裝示（shì）意圖，對於這（zhè）種製動器，製動器活塞借助壓力油的作用，可以增加動作壓力。活塞5 借助從供油管路1（活塞腔）出來的油壓可以增加製動（dòng）扭（niǔ）矩。

       
  
      圖6 配有附加驅（qū）動裝置（zhì）的濕式製動（dòng）器及安裝圖（tú）

 
     3 、濕式離合製動器（qì）摩（mó）擦片分析

     所謂濕式離合製動器是指其離合器、製動器的摩擦片在結合、製動過程中，摩擦接觸表麵不表現（xiàn）為直接的（de）幹摩擦而是液體和半液體界麵的摩擦（cā）狀態。濕式離合製動器的性能好壞取決於主、從動摩擦片是否能夠形成液體和半（bàn）液體界麵摩（mó）擦，而摩擦片材料、結構形式、參數是（shì）形成界麵摩（mó）擦的重要（yào）因素[10]。因此若要（yào）保證濕式摩擦離合製動器在運行過（guò）程中可（kě）靠工作，則必須研究摩擦片主要（yào）的失效形式以及摩擦片材料、結構形式對（duì）於性能的影響。

     摩擦片表麵開有一定深度的油槽是（shì）多盤濕（shī）式摩擦離合器的一（yī）個顯著特點。這些油槽有散熱、增加摩擦因數（油槽能迅速（sù）切斷（duàn）油膜，從（cóng）而提高摩擦因數），有助於主（zhǔ）、從（cóng）動摩擦（cā）片結合與分離以及衝刷磨屑（xiè）的作用[11]。對於（yú）濕式離合（hé）製動器，摩擦麵上的（de）溝槽對油的合理流動是十分關鍵的，對於（yú）燒結摩擦片尤其重要。目前在濕式離合製動器的應用中，鋼/鋼摩擦片組合正在被鋼/燒結材料摩擦組合所替（tì）代。在濕（shī）式摩擦片中（zhōng），最引人關注的是鋼/紙摩擦組（zǔ）合，具有良好的摩擦性能和無磨損性能（néng），因此這（zhè）種結構組合越來越廣泛地應用於機（jī）械工程和（hé）車輛工業。如圖7 所（suǒ）示為摩擦片（外耳式）與鋼片（內花（huā）鍵式）的摩擦組合。

     3.1 濕式離合製動器用摩擦片主要失效（xiào）形式

     濕式摩擦離合製動器的主要失效形式（shì）為過熱燒毀和（hé）翹曲變形，其主要（yào）失（shī）效原因均為局部過熱。濕式摩擦離合器主、從動摩擦片在結合時經曆兩個過程，即初始的主從摩擦片（piàn）間的滑動及最終在摩擦力矩作用下主（zhǔ）從摩擦片的共同旋轉。主動片和從動片之間相對滑動（dòng）產生的滑摩功轉化為熱量，致使摩擦片溫度（dù）升高[13]，冷卻油不能夠達到冷卻效果，因此需要（yào）一定流量的冷卻液通過離合器滑動摩擦副表麵吸收所產生的熱量，降（jiàng）低表麵溫度和徑向溫差[14]。

                        圖7 摩擦片與鋼片

     在摩擦表麵的溫升沒有得到有效控製（zhì）的情況下，摩擦片（piàn）表麵會產生溫差，從而（ér）引（yǐn）起摩擦片（piàn）表麵產生（shēng）熱應力。當摩（mó）擦表麵熱應力超過（guò）摩擦（cā）材（cái）料屈服極限時摩擦片會發生變（biàn）形，從而造成摩（mó）擦接觸麵積大大減少而產生失效。因此摩擦片表麵溫升和表麵冷卻潤滑油槽形式是判斷濕式摩擦離合製動器摩擦片的重要指標。

     3.2 摩擦（cā）片表麵狀態對摩擦性能的影響

     摩擦（cā）片的結構形式特別是（shì）表麵狀（zhuàng）態（如（rú）溝槽的形狀和分（fèn）布）既影響著摩擦係數的穩定性（xìng）和耐磨性（xìng）、摩擦片的散熱效（xiào）果好壞，同時也影響著摩擦過程中磨屑的形成和排出[15]。對於濕式離合製動器還要考（kǎo）慮帶排轉矩的影響。所謂濕式（shì）多片離合器的帶排轉矩，就是指當濕式離合器處於分離狀態而空（kōng）轉時，由於濕式離合器的摩（mó）擦副間隙中存在冷卻潤（rùn）滑油，潤滑油在（zài）各摩（mó）擦副間隙中形成潤滑油膜，摩擦副的摩擦片與對（duì）偶鋼片的相對旋轉，必然要對摩擦副間隙中的（de）潤滑油膜形成剪切作用，這種由於剪切潤滑油膜（mó）而產生的轉矩稱之（zhī）為帶排（pái）轉矩[16]。因此在濕式離合（hé）器（qì）結（jié）構設計和使（shǐ）用時都應盡可能（néng）地（dì）考慮減（jiǎn）小帶排轉矩的技（jì）術手段[17]。由於摩擦片的結構形式對濕式離合製動器的性能有很大影響（xiǎng），因此它必然是在探討摩擦片性能時不可（kě）忽視的考（kǎo）慮因素。

      高曉（xiǎo）敏等[15]對圖8 所示7 種摩（mó）擦片表麵溝槽形狀的性能進行了試驗，試驗片摩擦材料采用銅基粉末冶金，規格選用GB10428-89《濕式燒結金屬摩擦材料摩擦性能試（shì）驗台試驗方法》中的標準試（shì）驗片，摩擦層外徑（jìng）230mm，內徑190mm，片（piàn）厚3mm，得到以下結論：

      （1）摩擦片表麵溝槽不但具有（yǒu）刮油、冷卻和有效排出磨屑的作用（yòng），而且對摩擦（cā）副的摩擦特性有較（jiào）大的影響，合理的溝槽形狀可以（yǐ）大大改善離合器的摩擦性能，提高承（chéng）載能力；

       
  
                圖8 摩擦片表麵溝槽形狀
      1.徑向槽2.螺旋槽3.複合（hé）槽.方形（xíng）槽（cáo）5.弧線（xiàn）菱狀槽1 6.弧線菱狀槽2 7.無溝槽 

      （2）在離合器設計中，傳動係統對離合器接合時間、接合轉矩與時間或轉速的動（dòng）態關係要（yào）求，可根據（jù）不同形狀溝槽的結合特（tè）性，選（xuǎn）擇適（shì）當的溝槽來滿足。如要求離合迅速，可（kě）選擇摩擦係數較大且轉矩建立較快的螺旋槽；

                      圖（tú）9 EUMUCO MP 型壓（yā）力機

      1.機架（jià）2.活塞3.連杆4.活塞導向係統5.濕式離合器6.重量平衡機構7.活塞適應係統8.背齒（chǐ）輪9.人字齒輪10.推頂活（huó）塞（sāi）

      （3）無溝槽的光摩擦片易形成油膜，摩擦轉矩建立慢，摩擦係數（shù）小且不穩（wěn）定，在離合器脫開狀態帶（dài）排較嚴重；

      （4）有（yǒu）利（lì）於排油的溝槽（cáo）形狀如螺旋槽、複合槽、弧形菱狀槽等的平均動摩擦係數較大；由於這些溝槽刮油能力較強，在接合前期有利（lì）於減小摩擦副之間的油膜厚度和壓力，從而使接合前期動摩擦係數較高，有利於（yú）縮短接合時間；

      （5）徑向槽、方形槽等形式對摩擦表（biǎo）麵供油良好，能夠保證足夠的冷卻油通過，冷卻效果較好（hǎo），但（dàn）多形成液（yè）體潤（rùn）滑，使摩擦係（xì）數低（dī）於（yú）螺旋槽等形狀；

      （6）複合槽（螺旋槽加徑向槽）綜合了（le）螺旋槽動摩擦係（xì）數較高，徑向槽冷卻效果好的特點，具有較好的綜合性（xìng）能，即摩擦係數大、冷卻散熱快；

       （7）對（duì）於同種形狀的油槽，其深度、寬度和密度對摩擦性能也有影響（xiǎng），一般來說，寬（kuān）、深、密的（de）溝槽（cáo）比窄、淺（qiǎn）、疏（shū）的有利於刮油（yóu），摩擦係數（shù）較大，冷卻油流量也較大，從而冷卻效果（guǒ）好，但麵積係數較低，可能導致磨損加劇；

      （8）與油流方向夾角越小的溝槽，冷卻能力（lì）越差，如螺旋槽的冷卻效果（guǒ）較差。

  
      賈雲海、張文明[14]也認為，雙圓弧（hú）油槽綜合性（xìng）能較好，摩擦副摩擦因數適中，且易於製造，最適合於濕式（shì）摩擦離（lí）合器從動摩擦片使（shǐ）用。

  
        4 、濕式（shì）離（lí）合製動（dòng）器產品介紹

      4.1 EUMUCO MP 型壓（yā）力機用濕式離合製動器[18]

     如圖（tú）9 所示濕式離合製動器，安裝在驅動（dòng）係（xì）統低速輸（shū）出軸上，與飛（fēi）輪連接，該失效安全型離合製動器有響應時間短、噪聲小、幾乎無磨損等優點。4.2 Ortlinghaus 0123/0127/0128 係列濕式離合製動器[19]

      如圖10 所示為Ortlinghaus 0123 係列濕式組合（hé）離合製動器（qì），圖（tú）11 為Ortlinghaus 濕式（shì）分體離（lí）合製動（dòng）器（0127 係列濕式離合器與0128 係列濕式（shì）製動（dòng）器）。

       
  
      圖10 Ortlinghaus 0123 係列濕式組合（hé）離合製動器

      0123 係列（liè）濕式離合製動器技術參數：轉矩範圍3000Nm ~600000Nm，轉速範圍350~1700r/min，外緣直徑範圍199mm ~1180mm，內孔直徑範（fàn）圍58mm~375mm，長度範（fàn）圍135mm~650mm。

      圖11 Ortlinghaus 濕式分體離合製動器（0127 係列與0128 係列）

      4.3 英國（guó）Wichita 濕式離（lí）合製動器[20]

     如圖12 所示為英國Wichita CBA 係列濕式離合製動器及其結構圖，可以（yǐ）安裝在熱模鍛壓力機驅動係統（tǒng）較高速軸或低速飛輪上。如圖（tú）13 所示為安裝有Wichita CBAT-32580 濕式離（lí）合製動器PTC 600噸壓力機。

      4.4 EATON 濕式離合器[21]

      如圖14、15 所示為Eaton Airflex AS/AR 係列離（lí）合（hé）器及其結構圖，采用碟簧嵌（qiàn）入多盤（pán）摩擦片作為離合器的失壓分離裝置，摩（mó）擦內（nèi）片（主動摩擦片）為鋼片，加工有內花鍵，摩擦外片（piàn）（從動摩（mó）擦片）表麵（miàn）為燒結金屬材料，加工有油槽。AS、AR 係列都是濕式摩擦離合（hé）器，采用燒結青銅材料作為其摩擦（cā）材料。AR 係列提供（gòng）最大允許扭（niǔ）矩2530Nm，AS 係列提供最大允許扭矩2550Nm。伊頓公司也曾推（tuī）出金屬加工業（yè）用離合製（zhì）動器Airflex AMCB AccuStopTM 離合製動器（qì），扭矩穩定，維護簡便[22]。

      圖12 Wichita CBA 係（xì）列濕式離合製動器

      圖13 CBAT-32580 離合製動器安

      圖14 EATON Airflex AS/AR係列濕式離合製（zhì）動器

      圖15 EATON Airflex AS/AR 係列濕式離合器內部結構（gòu）圖

      5 、結論及展（zhǎn）望

     離合製動（dòng）器的濕式結構可以（yǐ）在很（hěn）小的慣量下產生很大的扭矩，特別是在氣動幹式離合製動器的使（shǐ）用效果不好時，濕式離合製動（dòng）器更能凸顯其優勢。幹式離合器和製動器的摩擦麵暴露在空氣中[23]，濕式結（jié）構是一種封閉的結（jié）構，不（bú）會產生（shēng）粉塵影響環境，工作過程中的噪聲很低[1]。濕式離合製動器的特點（diǎn）是體積小、慣量低以及單次行程次數高，並且（qiě）這種結構的製動（dòng）器基本上無維修。此外，由於可以采用多（duō）盤結構，所以扭矩傳遞大，而熱負（fù）載（zǎi）小。由於運行噪聲低，約（yuē）85dB，所以製動器無需增加噪聲（shēng）防護措施，可在一定程度上節省成本。正是因為上述特點（diǎn），濕式離合（hé）製動器在大型機械壓力機（jī）和其他領域得到了廣泛的（de）應用。

      盡管熱模鍛壓力機采用濕式離（lí）合製動器的初期投資（zī）會比幹式離合製動器略高，但如果考慮諸多優勢（shì）因素（sù）的話，濕式離合製動器的（de）成本可（kě）以很快得以回收。由於其具有摩擦材料無須更換、維護維修成本（使用成本）較（jiào）低、性能（néng）好、壽命長（濕（shī）式離合製動器是幹式離合製動器壽命的10~20 倍）、響應速度快、重複定位高等諸多優點[19]，所以應用越（yuè）來越廣泛。如果使用得當，濕式（shì）離合器/製（zhì）動器在連續使用的情況下可以永久使用；在開單（dān）次的情（qíng）況下，濕式離合製動器可以每周7 天（tiān）每天工作（zuò）24 小時，連續工作一年而無磨損和發熱的（de）情況。由於采（cǎi）用了油（yóu）冷方式，可以保證散熱性能非常好，所以這種濕式離合製動器開單次的次數要遠遠高於（yú）幹式離合製動器的單次次（cì）數。此外，濕式離合製動器沒有粉塵（chén）和汙染，對設備衝擊小，慣量低。

       基於以上分（fèn）析，可以得出熱模鍛壓力機用濕式離合製動器的主要優（yōu）勢有以下（xià）幾點：

      （1）離合製動器（qì）的摩擦片磨損量更少，接近零磨（mó）損（sǔn）狀態，發熱量更少且散熱性（xìng）能好，正常工作（zuò）允許轉速、扭矩範圍更大。
      （2）離合（hé）製動器的結構簡單化，減輕了質量，減少了壓力機係統的附（fù）加慣量。
      （3）離合製動器的離合與製動功能響應迅速可（kě）靠，可以利用離合製（zhì）動器實現壓力（lì）機滑塊的任（rèn）意（yì）位置（zhì）停止，且（qiě）可以實現（xiàn）滑塊的寸動行（háng）程[24]。
      （4）離合製動器工作過程中故障率低，維修（xiū）量小，可靠性高。
      （5）離合製動器可根（gēn）據工況需要實現軟離合—離合—軟製（zhì）動—製動的緩（huǎn）衝過程，這種可控製的軟接合、軟製動有效改善了頻繁接合、製動的衝（chōng）擊（jī）、噪聲和磨損[25]。
      （6）為保證離合製動（dòng）器在安全狀態下運行，離合製動器可配備打滑卸荷安全係統（tǒng）[26]，防止離合製動（dòng）器打滑、過熱而產生磨損，當打滑超過許可（kě）值，製動器立即（jí）製動，設備停（tíng）機以保證設（shè）備及離合（hé）製動器的安（ān）全運（yùn）行。
      （7）可以采用（yòng）模塊化控製係統[5]，對離合製動器及其動作過程（chéng）分別進行模塊化控製，以實現離合製動器的結合與（yǔ）製動的控製及動作優化，從而實現離合製動器動作平穩、安全可靠（kào）和低噪聲的特（tè）點。

       由以上分析可知，濕式離合製動器無論是從製動、離合性（xìng）能還是從經濟效益、環境保護方麵（miàn）都具有明顯優勢，在機械壓力機領域尤其是（shì）大型機械壓力機領域會逐漸（jiàn）取代幹（gàn）式離合製動器而成為主流。