商用車齒輪式機(jī)油泵氣蝕問(wèn)題研究

王堅(jiān)鋼，丁良，邵嵩

（安徽華菱汽車有限公司重型專用車發(fā)動(dòng)機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000）

商用車齒輪式機(jī)油泵氣蝕問(wèn)題研究

王堅(jiān)鋼，丁良，邵嵩

（安徽華菱汽車有限公司重型專用車發(fā)動(dòng)機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000）

本公司開發(fā)的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵在進(jìn)行耐久試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)油泵高壓腔側(cè)的泵體部位表面發(fā)生材料脫落，出現(xiàn)氣蝕坑的現(xiàn)象。為此，采取在高壓腔出現(xiàn)氣蝕的位置，增加卸荷槽的方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，成功解決了氣蝕問(wèn)題。關(guān)鍵詞：機(jī)油泵；氣蝕；卸荷槽

機(jī)油泵是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)中起著決定性的作用。其功能是為潤(rùn)滑系統(tǒng)提供一定的油量和壓力[1，2]，使?jié)櫥到y(tǒng)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的摩擦表面強(qiáng)制供油，保證讓每一個(gè)摩擦副得到充分潤(rùn)滑，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在各種工況下正常運(yùn)行。

氣蝕現(xiàn)象為流體在高速流動(dòng)和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞的現(xiàn)象。液體中的氣泡在高壓區(qū)被壓破，在潰滅瞬時(shí)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，氣泡的潰滅使氣泡內(nèi)所儲(chǔ)存的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成較小體積內(nèi)流體的動(dòng)能，使流體內(nèi)形成流體沖擊波，破壞金屬表面上的保護(hù)膜，而使腐蝕速度加快。其特征是先在金屬表面形成許多細(xì)小的麻點(diǎn)，然后逐漸擴(kuò)大成洞穴，表面出現(xiàn)氣蝕坑。

1 問(wèn)題描述

在本公司最新研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中，第一批A樣件的機(jī)油泵由國(guó)內(nèi)某知名油泵廠提供。在試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行100 h耐久試驗(yàn)后并進(jìn)行拆解發(fā)現(xiàn)，在機(jī)油泵高壓腔側(cè)的泵體部位表面發(fā)生材料脫落，出現(xiàn)小凹坑，位置如圖1所示，凹坑如圖2所示。

圖1 機(jī)油泵凹坑位置示意圖

圖2 機(jī)油泵凹坑實(shí)物圖

2 機(jī)油泵結(jié)構(gòu)

該機(jī)油泵為齒輪式，包括泵體，泵蓋，主動(dòng)軸、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)軸、從動(dòng)齒輪以及驅(qū)動(dòng)齒輪等。泵蓋扣于泵體上，形成齒輪式機(jī)油泵的工作腔，該工作腔包含進(jìn)油腔和出油腔，即低壓腔和高壓腔。主動(dòng)軸安裝在泵體和泵蓋上的主動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，從動(dòng)軸安裝在泵體和泵蓋上的從動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，主動(dòng)齒輪和驅(qū)動(dòng)齒輪連接在主動(dòng)軸上，從動(dòng)齒輪連接在從動(dòng)軸上。曲軸通過(guò)齒輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)。在主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪相互嚙合的過(guò)程中，機(jī)油從低壓腔進(jìn)入到高壓腔，接著進(jìn)入主油道，從主油道流入各個(gè)摩擦副，如圖3所示。

圖3 機(jī)油泵構(gòu)造

3 機(jī)油泵耐久試驗(yàn)過(guò)程

3.1 試驗(yàn)邊界條件[3，4，5]

試驗(yàn)在專用的脈沖試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，參見圖4.試驗(yàn)油溫為100~110℃，試驗(yàn)用油15W-40.循環(huán)周期參照表1，時(shí)間持續(xù)100 h.其它要求參照J(rèn)B 51051-1999《內(nèi)燃機(jī)機(jī)油泵產(chǎn)品可靠性考核》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

圖4 機(jī)油泵耐久臺(tái)架示意圖

表1 耐久試驗(yàn)循環(huán)周期

3.2 耐久試驗(yàn)結(jié)果

本次耐久試驗(yàn)共有5個(gè)試件，在泵體高壓腔側(cè)均發(fā)現(xiàn)小凹坑，如圖5所示。試驗(yàn)中已檢查排除密封圈不嚴(yán)，因進(jìn)氣口進(jìn)氣產(chǎn)生的氣蝕，也排除鑄造缺陷的原因。由于小凹坑出現(xiàn)在高壓腔側(cè)，符合產(chǎn)生的氣泡，流動(dòng)到高壓處時(shí)，其體積減小以致破滅，從而對(duì)泵體產(chǎn)生破壞作用的特征，判定為氣蝕問(wèn)題[6，7]。此外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致泵的性能下降，久而久之會(huì)使泵體擊穿，不能正常工作。

圖5 機(jī)油泵氣蝕坑

4 整改措施及驗(yàn)證

解決油泵氣蝕的方法有很多，例如，可以提高液面的壓力，以提高有效氣蝕余量；在合理的范圍內(nèi)盡量縮短管路，減小管路中的流速；采用抗氣蝕的材料，材料的強(qiáng)度、硬度、韌性越高，化學(xué)穩(wěn)定性越好，抗氣蝕的性能越強(qiáng)。

本論文采取的方法為在高壓腔出現(xiàn)氣蝕的位置，增加卸荷槽，降低氣泡破滅位置的壓力，釋放高壓油，避免產(chǎn)生氣蝕，卸荷槽如圖6所示。采用砂輪手工打磨的方式，制造了5個(gè)樣件，槽深1mm，如圖7所示。

圖6 機(jī)油泵卸荷槽位置及簡(jiǎn)要尺寸示意圖

圖7 機(jī)油泵卸荷槽

按照上文提及的耐久試驗(yàn)方法，再次進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)束并放置24 h后，對(duì)機(jī)油泵進(jìn)行了性能復(fù)測(cè)，性能滿足設(shè)計(jì)要求。之后，對(duì)機(jī)油泵進(jìn)行拆解檢查，無(wú)氣蝕痕跡，如圖8所示。

圖8 機(jī)油泵拆解圖片

后續(xù)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)進(jìn)度，裝配該款改進(jìn)后的機(jī)油泵的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行多次1 000 h，2 000 h臺(tái)架耐久試驗(yàn)，以及行車試驗(yàn)后，拆解也未再發(fā)現(xiàn)氣蝕痕跡，得到了期待的結(jié)果。

5 結(jié)論

本文針對(duì)機(jī)油泵在耐久試驗(yàn)結(jié)束后，在機(jī)油泵高壓腔側(cè)的泵體部位表面發(fā)生材料脫落，出現(xiàn)小凹坑的問(wèn)題，找到了一個(gè)簡(jiǎn)單有效，同時(shí)對(duì)機(jī)油泵性能的影響微乎其微的解決方案，即在高壓腔出現(xiàn)氣蝕的位置，增加卸荷槽。實(shí)踐證明，該方法是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的解決氣蝕問(wèn)題的方法，在實(shí)際中起到了立竿見影的效果。

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Research on Cavitation Issues of Gear Oil Pump

WANG Jian-gang，DING Liang，SHAO Song
（Anhui Hualing Automobile Co.，Ltd.，Heavy Duty Vehicle Engine Key Laboratory，Maanshan Anhui 243000，China）

In durability test of oil pump，the spalling damage were found on the pump body’s surfaceon high pressure chamber side of the oil pump which was applied to the latest developmental high power engine，which is the cavitation phenomenon.In this thesis，In order to be against with cavitation，a unload groove is added on the area where has the caviation，then the test validation is taken，cavitaion issues was successfully resolved.

oil pump；cavitation；unload groove

TK422

A

1672-545X（2017）06-0237-02

2017-03-02

王堅(jiān)鋼（1984-），男，湖南寧鄉(xiāng)人，中級(jí)工程師，本科，主要從事大馬力柴油機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。