發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵異常磨損分析與改進(jìn)研究

高書(shū)超

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，機(jī)油泵成為了發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行和安全可靠性的關(guān)鍵所在，其更是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的核心組成部分?，F(xiàn)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出現(xiàn)異常磨損問(wèn)題日漸凸顯，若機(jī)油泵產(chǎn)生異常磨損就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)是否良好主要取決于機(jī)油泵是否產(chǎn)生異常磨損。為此，文章以機(jī)油泵工作原理概述為切入點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從油封拔脫力、曲軸箱壓力過(guò)高、機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加等三方面系統(tǒng)進(jìn)行了異常磨損分析，重點(diǎn)闡述了具體原因，并以此為契機(jī)，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，旨在為相關(guān)人士提出一些可行性建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵;異常磨損分析;改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TH132.45 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0121-02

0 ?引言

隨著科學(xué)技術(shù)不斷更新迭代，發(fā)動(dòng)機(jī)在各行業(yè)領(lǐng)域扮演著重要角色，這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和質(zhì)量提出了更高要求?，F(xiàn)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)油泵是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油循環(huán)、潤(rùn)滑系統(tǒng)的核心組成部分[1]，并為發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造有利條件。簡(jiǎn)而言之，機(jī)油泵能夠切實(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工況條件、使用壽命和安全可靠性。相關(guān)研究結(jié)果表明：大部分情況下發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障原因在于機(jī)油泵異常磨損或損失所致，直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦和停止運(yùn)轉(zhuǎn)，后果不堪設(shè)想，因此，機(jī)油泵的穩(wěn)定正常工作才能切實(shí)有效保證發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)運(yùn)行。鑒于此，立足于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵異常磨損問(wèn)題，根據(jù)面臨的瓶頸因素提出相應(yīng)的優(yōu)化措施和改進(jìn)策略，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可持續(xù)、穩(wěn)定的工作。

1 ?機(jī)油泵工作原理概述

按照機(jī)油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)作用，一般情況下可分為齒輪式和轉(zhuǎn)子式，而齒輪式機(jī)油泵又被分為裝式安裝、倒臥式安裝和插入式安裝三種類型[2]。其工作原理主要是將機(jī)油增至一定壓力水平后，在適宜的穩(wěn)定環(huán)節(jié)條件，快速穩(wěn)定輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)各零件部位的表面，并在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部往返循環(huán)，從而達(dá)到潤(rùn)滑、減少磨損、冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。當(dāng)前，大部分機(jī)油泵主要內(nèi)外轉(zhuǎn)子、主動(dòng)傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪、核心泵體、密封圈、泵殼、泵蓋和限壓閥等[3]。當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)曲軸裝置帶動(dòng)機(jī)油泵傳動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，再有機(jī)油泵主軸帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪、內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證傳動(dòng)軸與其他零件的協(xié)調(diào)運(yùn)作。需說(shuō)明，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵進(jìn)口處的容積腔隨著其工作逐漸變大并產(chǎn)生少部分真空氣體，易造成容積腔的內(nèi)外壓差，機(jī)油在內(nèi)外壓差作用下被反吸至進(jìn)油口，在機(jī)油泵主動(dòng)軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪或轉(zhuǎn)子容積腔會(huì)產(chǎn)生大量機(jī)油，容積腔開(kāi)始變小且壓力增加，機(jī)油在受到壓力擠壓作用下被排出，機(jī)油便實(shí)現(xiàn)了往復(fù)循環(huán)流動(dòng)。

2 ?發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵異常磨損分析

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵故障和異常磨損的原因進(jìn)行深入研究，方可全面、系統(tǒng)及有針對(duì)性地提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和解決機(jī)油泵異常磨損問(wèn)題。在實(shí)踐過(guò)程中，為最大程度上避免發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的異常磨損情況的頻繁出現(xiàn)，從而全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能和安全可靠性。本文就發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出現(xiàn)異常磨損問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析，具體如下：

2.1 油封脫落

實(shí)踐證明：在具體實(shí)踐過(guò)程中，油封拔脫力是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出現(xiàn)異常磨損原因之一，并在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)時(shí)常出現(xiàn)油封脫落現(xiàn)象[4]。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵而言，油封出現(xiàn)脫落情況歸根結(jié)底在于受制于油封與油封孔配合不協(xié)調(diào)、油封孔圓柱度、油封密封性和配合精度等諸多方面因素制約，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出現(xiàn)不同程度的異常磨損。

從油封與油封孔配合不協(xié)調(diào)角度進(jìn)行分析，其配合過(guò)盈公差必須在合理的范圍內(nèi)，并符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，若配合過(guò)盈量超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)情況下，會(huì)使得油封在進(jìn)行裝配時(shí)產(chǎn)生破壞零件和“切料”現(xiàn)象，致使油封無(wú)法起到機(jī)油泵密封作用。當(dāng)配合過(guò)盈量低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，油封在機(jī)油泵內(nèi)部受到壓力強(qiáng)度時(shí)頻繁出現(xiàn)油封脫離現(xiàn)象。因此，保證油封與油封孔配合的相互協(xié)調(diào)、選擇合適的過(guò)盈公差是當(dāng)前解決油封拔脫力主要措施之一。但需根據(jù)不同工況條件下，過(guò)盈公差具有顯著差異性，依靠必要的試驗(yàn)進(jìn)行論證，包括機(jī)油泵的工況條件、溫度環(huán)境等方面因素。

對(duì)于機(jī)油泵油封孔圓柱度而言，其主要很大程度上受制于過(guò)盈配合，假若機(jī)油泵的油封孔變成“橢圓”形狀，油封與油封孔無(wú)法有效配合，進(jìn)而在機(jī)油泵局部會(huì)出現(xiàn)配合面不能有效貼合在機(jī)油泵內(nèi)壁上，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)轉(zhuǎn)，油封脫落現(xiàn)象必將會(huì)日漸凸顯。

油封未進(jìn)行有效裝配也是機(jī)油泵油封脫落的制約因素之一，一般情況下，壓裝失效主要原因在于油封孔導(dǎo)向內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理和裝配方式不科學(xué)兩方面。現(xiàn)階段，油封裝配相比于油封與油封孔配合不協(xié)調(diào)、油封孔圓柱度等瓶頸因素，往往會(huì)使得過(guò)盈量比正常工況條件下偏大，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的油封孔的角度、長(zhǎng)度的指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求。

2.2 曲軸箱壓力過(guò)高

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵曲軸箱內(nèi)部壓力過(guò)高亦是出現(xiàn)異常磨損的主要原因之一。眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)不斷工作過(guò)程中會(huì)散發(fā)大量的熱量，使得其溫度明顯升高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)氣體會(huì)通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到曲軸箱，一方面會(huì)使得機(jī)油整體質(zhì)量降低，嚴(yán)重污染空氣，同時(shí)，會(huì)與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵曲軸箱內(nèi)部蒸汽不斷混合，使得曲軸箱壓力持續(xù)增加，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一系列不確定因素，比如油封脫落，甚至于曲軸箱爆炸。

2.3 機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加

我們都知道發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵油封主要作用在于起到密封作用，因此，密封性好壞直接關(guān)乎發(fā)動(dòng)機(jī)整體的運(yùn)行情況和安全可靠性。若在具體運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加很容易造成油封失效，導(dǎo)致大量機(jī)油會(huì)沖出至發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部問(wèn)題，這就是常常提及的“漏油”現(xiàn)象，若處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)一定的安全隱患，為切實(shí)保證機(jī)油泵內(nèi)部壓力不會(huì)出現(xiàn)異常增加問(wèn)題，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出油及時(shí)設(shè)置安全控制閥，最大程度上避免因機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加而造成故障。相關(guān)研究結(jié)果表明：機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加不僅會(huì)造成油封失去作用，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工況性能降低，比如工作噪音變大，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)軸磨損量升高，從而會(huì)使得機(jī)油泵流量的下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑作用。

3 ?發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵改進(jìn)策略分析

3.1 針對(duì)油封拔脫力的改進(jìn)措施

對(duì)于油封脫落問(wèn)題，應(yīng)對(duì)油封外圈的材料、半徑、過(guò)盈公差等數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)，對(duì)失效的油封零件的半徑、過(guò)盈公差進(jìn)行同批次多次測(cè)量分析，盡可能控制在國(guó)家規(guī)定的合理范圍內(nèi)，一般情況下，尺寸公差控制在+0.1～+0.15mm區(qū)間范圍，過(guò)程能力為1.68滿足要求。此外，對(duì)油封外圈的材料進(jìn)行調(diào)整，主要采取橡膠材質(zhì)，只有這樣才能有效保障油封能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的工作要求，與此同時(shí)，對(duì)油封進(jìn)行投影測(cè)量分析，最大程度上滿足工藝要求。

上文已提及機(jī)油泵油封孔圓柱度因素問(wèn)題。需對(duì)油封安裝孔直徑、圓柱度、油封安裝孔直徑進(jìn)行科學(xué)選擇，從而保證與過(guò)盈公差保持高度一致。一般情況下，尺寸公差控制在+0.015～+0.029mm區(qū)間范圍，過(guò)程能力為1.68滿足要求。同時(shí)對(duì)同批次失效油封孔圓柱度進(jìn)行測(cè)量，并采取多個(gè)截面測(cè)量評(píng)價(jià)其圓柱度，測(cè)量結(jié)果滿足圓柱度0.01mm的要求。

對(duì)于配合精度而言，主要在于控制油封安裝孔粗糙度，從而有效保證油封不會(huì)出現(xiàn)脫落的情況（主要由機(jī)油泵內(nèi)壁光滑所致）。一般情況下，油封安裝孔粗糙度需控制在Ra1.6～3.2。同時(shí)對(duì)同批次失效油封安裝孔粗糙度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果滿足Ra2.14的要求，過(guò)程能Cpk=3.90滿足要求。

3.2 針對(duì)曲軸箱壓力過(guò)高的改進(jìn)措施

相關(guān)學(xué)者研究結(jié)果表明：適當(dāng)降低曲軸箱壓力會(huì)防止油封出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，因此，為有效防止曲軸箱壓力過(guò)高問(wèn)題，必須對(duì)曲軸箱壓力進(jìn)行嚴(yán)格把控，只有這樣才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的穩(wěn)定工作，有效延長(zhǎng)使用壽命，保證其安全可靠性[5]。若曲軸箱壓力超過(guò)安全范圍時(shí)，原則上可采取曲軸箱自然通風(fēng)措施。首先，應(yīng)對(duì)曲軸箱的通風(fēng)情況進(jìn)行全面排查，盡可能保證曲軸箱能夠自然通風(fēng)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)在降低壓力的同時(shí)能夠減少能源消耗的目的。需說(shuō)明，若曲軸箱壓力出現(xiàn)異常增高情況，必須進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)措施來(lái)全面降低曲軸箱壓力。其次，在機(jī)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，需保證由足量的機(jī)油保證發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有效地延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。針對(duì)曲軸箱壓力過(guò)高所提出的改進(jìn)措施，主要是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵出現(xiàn)異常磨損具體工況條件下而提出的應(yīng)對(duì)測(cè)量，具有一定的時(shí)效性和針對(duì)性，從而本質(zhì)上改善曲軸箱壓力過(guò)高瓶頸因素。

3.3 針對(duì)機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加的改進(jìn)措施

一般情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵在正常工作過(guò)程中，若機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加，且超過(guò)國(guó)家規(guī)定的最高限度壓力時(shí)，安全控制閥閥芯會(huì)起到保護(hù)作用，快速釋放壓力，確保機(jī)油泵內(nèi)部壓力在正常的區(qū)間范圍內(nèi)，同時(shí)，在彈簧力作用下安全控制閥快速關(guān)閉，形成一個(gè)閉環(huán)控制方式，因此，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整安全控制閥各項(xiàng)指標(biāo)。在對(duì)安全控制閥的彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)聚焦安全控制閥的初始開(kāi)啟壓力和截至壓力，并進(jìn)行科學(xué)計(jì)算分析，從而選擇最佳的線徑、彈簧剛度、壓縮長(zhǎng)度和熱處理等。在實(shí)踐運(yùn)行過(guò)程中，還需對(duì)安全控制閥彈簧進(jìn)行彈力全檢，通過(guò)這些措施保證安全控制閥工作的穩(wěn)定可靠。

對(duì)于用戶主體而言，應(yīng)提醒其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵有足夠的預(yù)熱時(shí)間，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定處于85～95℃較為適宜，在此溫度條件下，機(jī)油具有良好的流動(dòng)性，能夠很好的起到潤(rùn)滑作用，同時(shí)還能在運(yùn)動(dòng)機(jī)件表明形成一層油膜用于保護(hù)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦表面，確保發(fā)動(dòng)機(jī)得到可靠潤(rùn)滑。

4 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)油泵異常磨損分析直接關(guān)乎發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和安全可靠性，也是我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝的重要價(jià)值體現(xiàn)，因此，如何及時(shí)有效防止機(jī)油泵異常磨損儼然成為涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的各行業(yè)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的前提條件。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，機(jī)油泵異常磨損處理取得一定成效的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)，通過(guò)上文分析，油封拔脫力、曲軸箱壓力過(guò)高、機(jī)油泵內(nèi)部壓力異常增加等問(wèn)題日漸凸顯，以上制約因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的影響程度不同，但具有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，因此，必須及時(shí)提出應(yīng)對(duì)構(gòu)機(jī)油泵異常磨損的具體措施，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，對(duì)機(jī)油泵異常磨損進(jìn)行分析及改進(jìn)還需進(jìn)一步實(shí)踐探索，勇于創(chuàng)新，不斷提升機(jī)油泵產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，從而為各行業(yè)領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

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