小排量高壓齒輪泵容積效率提升

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

關鍵詞：容積效率提升;油口錯位相連;耐冷密封材料;低溫試驗

1 ?結構分析

該產品的開發為了解決國外市場壟斷，用于軍工車升降系統的齒輪泵，同時適用于民用場合;

主要技術參數見下表：

該泵（如下圖）結構緊湊，具有排量小，壓力、轉速、容積效率高等特點。進、出油口分別由后蓋、前蓋引出，與泵體對應的油孔形成錯位相連，需要精確計算前、后蓋與泵體重疊孔的油口通徑，達到進、出油通暢，容積效率≥92﹪。

該泵使用環境苛刻，要求在-5℃～-40℃低溫環境中需要油液穩定輸出，為此我們需要反復低溫試驗來驗證產品可靠性。具體措施：設計低溫試驗裝置，油液為10#航空液壓油，通過-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℃低溫環境中工作，對密封圈耐低溫性能是一種挑戰，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定。

2 ?性能試驗

試驗根據JB/T7041-2006《液壓齒輪泵 技術條件》中所規定的試驗條件進行。型式試驗項目及結果如下：

對1#齒輪泵進行連續沖擊試驗，對2#齒輪泵進行連續超載試驗，具體試驗項目及方法如下：

2.1空載試驗：

1#、2#泵進油口油溫80℃以上，轉速為3000r/min，壓力為0.5Mpa的工況下，發現進油口有大量氣泡，流量為15L/min。

2.2沖擊試驗：

被試齒輪泵為1#泵，該泵在進油口油溫80℃以上，轉速為3000r/min，壓力為20Mpa的工況下，以30次/min的沖擊頻率，做40萬次的連續沖擊試驗。試驗結果表明：被試泵在整個試驗過程中未見滲漏但效率在50%左右。

2.3超載試驗：

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

2.4在沖擊試驗過程中使用數顯扭矩扳手（20-100N.m）對4×M10螺栓擰緊力矩進行了檢測。每天早晨檢測一次擰緊力矩，經過對力矩的測量發現在整個沖擊試驗過程中螺栓扭矩力矩沒有發生明顯變化，沒有出現松動。

2.5效率復查試驗：

在1、2項試驗完成后，按照要求對被試泵進行了效率檢查，測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%，兩臺泵效率降低值都大于20個百分點，不符合國家標準的要求。

2.6拆檢：

在做完上述各項試驗后，對被試泵進行了拆檢，拆檢后發現泵的運動零件磨損正常，未見異常。

（1）沖擊試驗后1#齒輪泵拆檢結果

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結論：

對兩臺樣泵進行的各項試驗中，被試泵均空載流量不夠，有振動和噪音等異常現象。沖擊、超載試驗容積效率50%左右，遠低于國家標準;無滲漏、在做完可靠性試驗后，拆檢后發現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。對力矩的測量發現在整個沖擊試驗過程中螺栓扭矩力矩沒有發生明顯變化，沒有出現松動。

3 ?原因分析及解決措施

3.1造成空載流量不夠，系統有噪音、振動壓力不穩、進油口有大量氣泡的原因有四種：骨架油封損壞，油箱油面過低、吸油管路進氣、吸油過濾器堵塞。該油泵自身沒油封，檢查試驗工裝油封沒損壞。經現場發現試驗工裝卸荷孔（為了防止油封壓力過高損壞）與大氣相通，是造成吸油管路進氣的因素。解決措施：堵塞工裝卸荷孔，進油口氣泡消失，空載流量達到24L/min（轉速為3000r/min、排量8mL/r）

3.2空載流量正常情況下，20Mpa沖擊試驗、25Mpa超載試驗效率依舊50%左右。拆卸泵體、測量齒輪孔直徑和齒輪齒頂圓后發現，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，重新鏜齒輪孔，裝配試驗，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，仔細核對發現，前、后蓋進、出油口與泵體油槽結合處錯位嚴重。正常情況進油口孔徑大，由于該油泵結構緊湊，泵體進油槽缺口比出油口缺口小，導致裝配時誤以為后蓋進油口對泵體出油槽，前蓋出油口對泵體進油槽，導致油泵進、出油口通徑相對變窄，出油不暢，容積效率上不去。解決措施：調整前、后蓋進、出油口與泵體結合處油槽缺口位置，使其完全吻合。裝配試驗，容積效率達到93%～95%。

4 ?結論

該齒輪泵經過容積提升，油泵裝配后在高速，高壓的情況下經過跑合、超載、排量、效率等一系列驗證試驗，沒有出現吸氣及漏油現象，容積效率保持在93% ～95%之間，為合格泵。由于該油泵為軍品，后期進行了低溫性能試驗，密封材料采用氫化丁晴橡膠，電機轉速為3000 r/min，壓力8MPa，通過-5℃～-40℃溫度梯度，壓力維持7.8MPa左右，流量持續輸出，符合試驗標準，滿足軍品液壓系統性能使用要求。

參考文獻：

[1] 洪鐘德主編.簡明機械設計手冊.上海：同濟大學出版社，2002.5

[2] 高為國主編.機械工程材料基礎.長沙：中南大學出版社，2002.7

[3] 李壯云.液壓元件與系統.北京：機械工業出版社，2005.6

[4] 張劍慈.液壓齒輪泵軸向間隙的密封.潤滑與密封.2002.06

作者簡介：

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

（太重榆液長治液壓有限公司，山西 長治 046400）