小排量高壓齒輪泵容積效率提升

摘 要：本文對(duì)中高壓小排量齒輪泵容積效率如何提高進(jìn)行了研究。首先從齒輪泵結(jié)構(gòu)分析入手，該油泵輸出軸與泵體間沒有油封，性能試驗(yàn)需考慮密封。由于該泵進(jìn)、出油口分別由前、后蓋端面引出與泵體對(duì)應(yīng)的油孔槽形成錯(cuò)位相連，油口通徑必須滿足排量要求。進(jìn)、出油口與泵體油孔槽結(jié)合處要吻合，否則會(huì)造成排油不暢;其次，零件加工工藝要嚴(yán)謹(jǐn)，必須保證泵體齒輪孔孔徑，主、從動(dòng)輪齒頂圓、齒寬，軸套厚度等尺寸公差?？刂坪帽皿w齒輪孔泵與齒頂圓徑向公差，以及泵體、主、從動(dòng)輪、軸套間軸向公差;最后要對(duì)試驗(yàn)工裝的傳動(dòng)及密封進(jìn)行檢查，避免工裝與液壓泵回油產(chǎn)生矛盾，造成進(jìn)油口吸氣，引起振動(dòng)和噪聲。由于該齒輪泵用于軍品，環(huán)境苛刻，需要做低溫性能試驗(yàn)，密封件采用耐冷材料。

關(guān)鍵詞：容積效率提升;油口錯(cuò)位相連;耐冷密封材料;低溫試驗(yàn)

1 ?結(jié)構(gòu)分析

該產(chǎn)品的開發(fā)為了解決國(guó)外市場(chǎng)壟斷，用于軍工車升降系統(tǒng)的齒輪泵，同時(shí)適用于民用場(chǎng)合;

主要技術(shù)參數(shù)見下表：

該泵（如下圖）結(jié)構(gòu)緊湊，具有排量小，壓力、轉(zhuǎn)速、容積效率高等特點(diǎn)。進(jìn)、出油口分別由后蓋、前蓋引出，與泵體對(duì)應(yīng)的油孔形成錯(cuò)位相連，需要精確計(jì)算前、后蓋與泵體重疊孔的油口通徑，達(dá)到進(jìn)、出油通暢，容積效率≥92﹪。

該泵使用環(huán)境苛刻，要求在-5℃～-40℃低溫環(huán)境中需要油液穩(wěn)定輸出，為此我們需要反復(fù)低溫試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性。具體措施：設(shè)計(jì)低溫試驗(yàn)裝置，油液為10#航空液壓油，通過(guò)-5℃～-40℃溫度梯度，觀察出油口壓力變化，判定油泵可靠性。

因該泵需要在-5℃～-40℃低溫環(huán)境中工作，對(duì)密封圈耐低溫性能是一種挑戰(zhàn)，我們采用低溫性能好的HNBR材料作為密封件首選材料，保證低溫密封性能穩(wěn)定。

2 ?性能試驗(yàn)

試驗(yàn)根據(jù)JB/T7041-2006《液壓齒輪泵 技術(shù)條件》中所規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行。型式試驗(yàn)項(xiàng)目及結(jié)果如下：

對(duì)1#齒輪泵進(jìn)行連續(xù)沖擊試驗(yàn)，對(duì)2#齒輪泵進(jìn)行連續(xù)超載試驗(yàn)，具體試驗(yàn)項(xiàng)目及方法如下：

2.1空載試驗(yàn)：

1#、2#泵進(jìn)油口油溫80℃以上，轉(zhuǎn)速為3000r/min，壓力為0.5Mpa的工況下，發(fā)現(xiàn)進(jìn)油口有大量氣泡，流量為15L/min。

2.2沖擊試驗(yàn)：

被試齒輪泵為1#泵，該泵在進(jìn)油口油溫80℃以上，轉(zhuǎn)速為3000r/min，壓力為20Mpa的工況下，以30次/min的沖擊頻率，做40萬(wàn)次的連續(xù)沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：被試泵在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中未見滲漏但效率在50%左右。

2.3超載試驗(yàn)：

被試齒輪泵為2#泵，該泵在油溫80℃以上，轉(zhuǎn)速為3000r/min，壓力為25Mpa的工況下，連續(xù)超載試驗(yàn)100小時(shí)，效率還是50%左右。

2.4在沖擊試驗(yàn)過(guò)程中使用數(shù)顯扭矩扳手（20-100N.m）對(duì)4×M10螺栓擰緊力矩進(jìn)行了檢測(cè)。每天早晨檢測(cè)一次擰緊力矩，經(jīng)過(guò)對(duì)力矩的測(cè)量發(fā)現(xiàn)在整個(gè)沖擊試驗(yàn)過(guò)程中螺栓扭矩力矩沒有發(fā)生明顯變化，沒有出現(xiàn)松動(dòng)。

2.5效率復(fù)查試驗(yàn)：

在1、2項(xiàng)試驗(yàn)完成后，按照要求對(duì)被試泵進(jìn)行了效率檢查，測(cè)得在額定工況下的效率值如下：1#齒輪泵容積效率為60%/55%，效率下降32%/37%，2#齒輪泵的容積效率為70%/66%，效率下降22%/26%，兩臺(tái)泵效率降低值都大于20個(gè)百分點(diǎn)，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.6拆檢：

在做完上述各項(xiàng)試驗(yàn)后，對(duì)被試泵進(jìn)行了拆檢，拆檢后發(fā)現(xiàn)泵的運(yùn)動(dòng)零件磨損正常，未見異常。

（1）沖擊試驗(yàn)后1#齒輪泵拆檢結(jié)果

①軸套端面輕微研傷②泵體齒輪孔掃鏜正常③齒輪端面輕微研傷，正常

2.7結(jié)論：

對(duì)兩臺(tái)樣泵進(jìn)行的各項(xiàng)試驗(yàn)中，被試泵均空載流量不夠，有振動(dòng)和噪音等異?，F(xiàn)象。沖擊、超載試驗(yàn)容積效率50%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);無(wú)滲漏、在做完可靠性試驗(yàn)后，拆檢后發(fā)現(xiàn)泵的主要零件均屬正常磨損，未見異常;泵體的掃鏜深度正常。對(duì)力矩的測(cè)量發(fā)現(xiàn)在整個(gè)沖擊試驗(yàn)過(guò)程中螺栓扭矩力矩沒有發(fā)生明顯變化，沒有出現(xiàn)松動(dòng)。

3 ?原因分析及解決措施

3.1造成空載流量不夠，系統(tǒng)有噪音、振動(dòng)壓力不穩(wěn)、進(jìn)油口有大量氣泡的原因有四種：骨架油封損壞，油箱油面過(guò)低、吸油管路進(jìn)氣、吸油過(guò)濾器堵塞。該油泵自身沒油封，檢查試驗(yàn)工裝油封沒損壞。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)工裝卸荷孔（為了防止油封壓力過(guò)高損壞）與大氣相通，是造成吸油管路進(jìn)氣的因素。解決措施：堵塞工裝卸荷孔，進(jìn)油口氣泡消失，空載流量達(dá)到24L/min（轉(zhuǎn)速為3000r/min、排量8mL/r）

3.2空載流量正常情況下，20Mpa沖擊試驗(yàn)、25Mpa超載試驗(yàn)效率依舊50%左右。拆卸泵體、測(cè)量齒輪孔直徑和齒輪齒頂圓后發(fā)現(xiàn)，徑向間隙為0.03mm（高壓泵徑向間隙0.09～0.11mm），齒輪孔直徑偏小造成。解決措施：找正坐標(biāo)，重新鏜齒輪孔，裝配試驗(yàn)，容積效率有所提高70%～75%，還不能滿足使用要求（容積效率92%）。

3.3再次拆卸油泵，仔細(xì)核對(duì)發(fā)現(xiàn)，前、后蓋進(jìn)、出油口與泵體油槽結(jié)合處錯(cuò)位嚴(yán)重。正常情況進(jìn)油口孔徑大，由于該油泵結(jié)構(gòu)緊湊，泵體進(jìn)油槽缺口比出油口缺口小，導(dǎo)致裝配時(shí)誤以為后蓋進(jìn)油口對(duì)泵體出油槽，前蓋出油口對(duì)泵體進(jìn)油槽，導(dǎo)致油泵進(jìn)、出油口通徑相對(duì)變窄，出油不暢，容積效率上不去。解決措施：調(diào)整前、后蓋進(jìn)、出油口與泵體結(jié)合處油槽缺口位置，使其完全吻合。裝配試驗(yàn)，容積效率達(dá)到93%～95%。

4 ?結(jié)論

該齒輪泵經(jīng)過(guò)容積提升，油泵裝配后在高速，高壓的情況下經(jīng)過(guò)跑合、超載、排量、效率等一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)吸氣及漏油現(xiàn)象，容積效率保持在93% ～95%之間，為合格泵。由于該油泵為軍品，后期進(jìn)行了低溫性能試驗(yàn)，密封材料采用氫化丁晴橡膠，電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000 r/min，壓力8MPa，通過(guò)-5℃～-40℃溫度梯度，壓力維持7.8MPa左右，流量持續(xù)輸出，符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，滿足軍品液壓系統(tǒng)性能使用要求。

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作者簡(jiǎn)介：

韓振海（1991.5—），男，漢族，山西省長(zhǎng)治市，本科，研究方向：主要從事齒輪泵、葉片泵產(chǎn)品研發(fā)。

（太重榆液長(zhǎng)治液壓有限公司，山西 長(zhǎng)治 046400）