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對(duì)齒輪泵的分析與解決辦法
點(diǎn)擊次數(shù)：2983 發(fā)布時(shí)間：2016-11-10
以下內(nèi)容是小編為大家精心為大家呈現(xiàn)的關(guān)于齒輪泵的一些專(zhuān)業(yè)分析以及出現(xiàn)問(wèn)題后的解決辦法，請(qǐng)大家認(rèn)真閱讀喲！
U泵是我廠針對(duì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一系列軸向補(bǔ)償齒輪泵，有工作泵和轉(zhuǎn)向泵兩類(lèi)。該系列泵設(shè)計(jì)機(jī)理為側(cè)板軸向跟蹤補(bǔ)償，“8”字形側(cè)板在泵腔內(nèi)軸向浮動(dòng)。由于克服了固定側(cè)板磨損后效率低下的問(wèn)題，在介入主機(jī)后迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但在“三包”后期，產(chǎn)品由于泵體與泵蓋結(jié)合面滲漏被大量退回，約占外退泵的40%，給生產(chǎn)廠家造成了很大的負(fù)擔(dān)，也給主機(jī)和客戶帶來(lái)了很大的不便。結(jié)合面滲油的現(xiàn)象很快就引起我們的重視，我們抽取部分外退泵上試驗(yàn)臺(tái)按JB/T 7041-2006齒輪泵外滲漏檢查試驗(yàn)規(guī)劃跑合，發(fā)現(xiàn)結(jié)合面確有滲漏現(xiàn)象。拆卸了這些外退泵，發(fā)現(xiàn)結(jié)合部的密封溝槽無(wú)破壞，密封圈主要表現(xiàn)為以下現(xiàn)象；斷裂；啃咬；無(wú)明顯異常。
2．故障原因分析
(1)原因分析?，F(xiàn)象說(shuō)明密封圈在溝槽內(nèi)受到了力的作用。結(jié)合面之間的密封屬于靜密封。兩結(jié)合端面貼緊時(shí)溝槽內(nèi)的壓力一般很小不會(huì)沖擊到密封圈。比較大的力從哪里來(lái)？我們分析；工作狀態(tài)，齒輪泵腔內(nèi)的壓力比較大，而貫穿于泵體和泵蓋的螺釘在壓力作用下發(fā)生彈性變形，在結(jié)合面形成間隙。腔內(nèi)壓力從間隙進(jìn)入溝槽作用密封圈。腔內(nèi)壓力比較大時(shí)，螺釘彈性變形量加大，結(jié)合面間隙變大，溝槽壓力受制于腔內(nèi)壓力。裝載機(jī)裝卸物料過(guò)程中，對(duì)密封圈直接沖擊，使之失效。如圖I所示，為在20MPa下試驗(yàn)室測(cè)得泵體與前后蓋結(jié)合面之間的間隙量。壓力下前后蓋發(fā)生翹曲變形，在C、F點(diǎn)變形為zui大，分別向外膨脹0.08、0.09mm。前蓋、后蓋與泵體結(jié)合部的間隙各增加了0.085mm。泵在裝載機(jī)上的實(shí)際工況更為惡劣，其壓力峰值有時(shí)可達(dá)25MPa，那么兩結(jié)合面的間隙還要加大，且長(zhǎng)期不停的沖擊，密封圈這時(shí)更易失效。短時(shí)間內(nèi)，密封圈即使還沒(méi)有發(fā)生拉斷、啃咬失效，這樣的工況下，也由于摩擦生熱變細(xì)，壓縮量變小發(fā)生焦耳效應(yīng)導(dǎo)致滲漏。
(2)降低溝槽壓力分析。為了減小溝槽內(nèi)的壓力和壓力沖擊，我們犧牲一點(diǎn)效率，開(kāi)通了如圖J所示的A槽。這種方法，溝通進(jìn)油口和密封溝槽，讓密封圈始終處于低壓，擺脫腔內(nèi)高壓對(duì)其的影響，但效果卻仍不理想。究其原因：平常密封圈受到腔內(nèi)壓力的作用是處于向外拉伸的狀態(tài)。泵在工作過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生負(fù)壓，大氣壓通過(guò)結(jié)合面的間隙向內(nèi)擠壓密封圈。而負(fù)壓不穩(wěn)定，造成密封圈不斷和溝槽、A槽作用，出現(xiàn)了啃咬和拉斷的現(xiàn)象。密封圈與溝槽作用過(guò)程中摩擦產(chǎn)生熱量即使密封圈沒(méi)有破裂，由于焦耳效應(yīng)壓縮量減小也會(huì)發(fā)生滲漏。
3．對(duì)策
針對(duì)這樣的情況，為改善密封圈的環(huán)境，提出改進(jìn)方法。首先，在結(jié)合部多布局加強(qiáng)螺釘，如圖K所示，盡量減少螺釘?shù)膹椥岳煨巫兞亢颓昂笊w的翹曲，盡量減小結(jié)合面之間的間隙。布局加強(qiáng)螺釘后再次按圖I測(cè)量C、F點(diǎn)，測(cè)得向外膨脹0.03mm、0.033mm，可見(jiàn)結(jié)合部的間隙已充分減小。
經(jīng)分析，溝槽內(nèi)密封圈既受到負(fù)壓下向內(nèi)的壓力，又受到腔內(nèi)向外的壓力，即交替壓力的影響。改進(jìn)辦法為保護(hù)密封圈，在溝槽內(nèi)加雙擋圈。這樣既減小了密封圈在溝槽內(nèi)的活動(dòng)面積，又對(duì)密封圈形成了保護(hù)（見(jiàn)圖L）。
4．結(jié)論
改進(jìn)后的齒輪泵在試驗(yàn)臺(tái)上盡量模擬裝載機(jī)上比較極限的工況：轉(zhuǎn)速2500r/min，壓力25MPa，試驗(yàn)溫度80～90℃，按照J(rèn)B/T 7041-2006齒輪泵外滲漏檢查試驗(yàn)規(guī)劃跑合，整個(gè)過(guò)程無(wú)滲漏現(xiàn)象，可以放心出廠。出廠后跟蹤，“三包”期內(nèi)由于結(jié)合面滲漏外退的泵幾乎沒(méi)有，成功地解決了該問(wèn)題。
這次成功的改進(jìn)，降低了齒輪泵的故障率，對(duì)今后同類(lèi)型的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和維修具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。
在對(duì)某裝備車(chē)進(jìn)行交檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)液壓表的指示值達(dá)不到規(guī)定要求，調(diào)試人員隨即對(duì)下車(chē)主溢流閥開(kāi)啟壓力進(jìn)行小幅增加，發(fā)現(xiàn)液壓表指示值仍不能上升，隨后又進(jìn)一步增大溢流閥開(kāi)啟壓力，問(wèn)題仍不到解決。調(diào)試人員隨即收起支腿等待技術(shù)人員前來(lái)查看，此時(shí)齒輪泵突然發(fā)生爆裂。
2．故障原因分析
停車(chē)后對(duì)齒輪泵進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)鋁合金殼體端蓋緊固螺孔沿軸向方向裂開(kāi)有一長(zhǎng)約100mm、寬約2mm的貫通裂縫，該裂縫位于齒輪泵高壓油腔一側(cè)。針對(duì)問(wèn)題的現(xiàn)象，從以下幾個(gè)方面對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。
(1)材質(zhì)及鑄造質(zhì)量分析。液壓泵的殼體材料為ZL111鋁合金，采用鑄造的方法制造毛坯，采用鏜、研磨等工序加工而成。如果殼體材質(zhì)不合格或者在鑄造過(guò)程中有夾渣、氣泡或者加工過(guò)程中有裂紋等缺陷，在承受高壓載荷的情況下會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致爆裂。為驗(yàn)證該泵殼體是否滿足要求，將爆裂的泵殼進(jìn)行化學(xué)成分分析和力學(xué)性能測(cè)試。
結(jié)果表明：實(shí)測(cè)材料抗拉強(qiáng)度為315MPa，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；殼體材料的化學(xué)成分符合GB/T1173-1995的要求；依據(jù)GB/T 9438-1988低倍檢驗(yàn)未見(jiàn)直徑大于0.5mm的氣泡或夾渣，鑄造質(zhì)量符合要求；泵殼斷口處斷面形狀為韌性撕裂狀斷口，無(wú)陳舊性裂紋，這說(shuō)明殼體加工過(guò)程中未造成裂紋或者使用過(guò)程中沒(méi)有疲勞性裂紋產(chǎn)生。這說(shuō)明齒輪泵殼體材質(zhì)及鑄造質(zhì)量符合要求。
(2)齒輪泵殼體有限元分析。采用有限元分析首先要構(gòu)建實(shí)體模型（該過(guò)程亦稱(chēng)實(shí)體建模），其方法一般有自底向上和白頂向下兩種。自底向上時(shí)通過(guò)定義關(guān)鍵點(diǎn)，再用這些關(guān)鍵點(diǎn)定義較的圖元，這種由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體、由低級(jí)到的建模方法稱(chēng)為自底向上法。另一種是自頂向下法，它從圖元開(kāi)始建模，低級(jí)圖元直接生成。根據(jù)殼體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的特點(diǎn)，采用自底向上的建模方法。
殼體實(shí)體模型建立好之后，對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分，圖M為殼體實(shí)體在有限元軟件ANSYS中通過(guò)網(wǎng)格劃分后的有限元模型。在對(duì)殼體施加邊界約束時(shí)，考慮到端蓋在功能上與殼體一起形成低壓油腔與高壓油腔；在約束關(guān)系上，端蓋通過(guò)殼體的8個(gè)連接螺栓孔對(duì)殼體的自由度進(jìn)行約束，因而對(duì)安裝固定螺孔內(nèi)部施加全約束(ALL DOF)，在殼體的8個(gè)連接螺栓孔施加UX、UY、UZ三個(gè)方向的約束?？紤]到齒輪泵內(nèi)腔中以外嚙合齒輪的中心線為界，分成高壓油腔區(qū)和低壓油腔區(qū)，低壓油腔區(qū)的壓力為負(fù)壓（以吸油）。因而加載時(shí)只在高壓油腔及高壓油出口通道內(nèi)壁施加31.5MPa的壓力載荷(溢流閥的zui高調(diào)整值為31.5MPa)，模擬齒輪泵在31.5MPa壓力載荷下的工況，仿真結(jié)果如圖N所示。
從圖N中可以看出殼體zui大應(yīng)點(diǎn)位于泵殼端蓋緊固螺栓孔處（圖中MX處），同發(fā)生爆裂的實(shí)際位置相吻合，這是殼體zui薄弱的地方。該處的zui大應(yīng)力值為77MPa，小于殼體材料的抗拉強(qiáng)度值( 315MPa)。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明泵殼設(shè)計(jì)的強(qiáng)度完滿足使用要求。
(3)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析。圖O為該彈藥運(yùn)輸車(chē)液壓系統(tǒng)的部分原理圖。其中，上車(chē)壓力的微調(diào)閥5控制著液控溢流閥4控油口K的壓力大小，即決定著溢流閥4的開(kāi)啟壓力值。
多路換向閥2的作用是：選擇給上車(chē)系統(tǒng)供油還是選擇給下車(chē)支腿油路供油，兩者只能選其一。
當(dāng)選擇向上裝系統(tǒng)供油時(shí)，液壓油經(jīng)溢流閥1控制．通過(guò)多路換向閥進(jìn)入上車(chē)系統(tǒng)，又經(jīng)溢流閥4的控制后去執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，此時(shí)可以由液壓指示表3得知整個(gè)系統(tǒng)工作的壓力值。
選擇向上裝系統(tǒng)供油時(shí)，溢流閥1和4在整個(gè)液壓系統(tǒng)中處于并聯(lián)關(guān)系，起作用的只是開(kāi)啟壓力值較低的一個(gè)，如果上車(chē)（或下車(chē)）溢流閥產(chǎn)生故障，則只調(diào)高下車(chē)（或上車(chē)）溢流閥的開(kāi)啟壓力，壓力指示表的示值仍為溢流閥4(或1)的開(kāi)啟值。調(diào)試兩個(gè)溢流閥的開(kāi)啟壓力時(shí)，一般采用的方法為；先將其中一個(gè)溢流閥微調(diào)，若壓力表指示仍達(dá)不到規(guī)定值再調(diào)另一個(gè)。
由于上車(chē)溢流閥4發(fā)生故障，操作人員雖經(jīng)過(guò)多次調(diào)高下車(chē)溢流閥的開(kāi)啟壓力值，并已超過(guò)齒輪泵的zui高壓力值，但液壓指示表3的示值仍為溢流閥4的開(kāi)啟值。此時(shí)選擇向下車(chē)系統(tǒng)供油并收起支腿，由于支腿收到位時(shí)系統(tǒng)液壓升高，但溢流閥不能及時(shí)開(kāi)啟，系統(tǒng)液壓迅速升高超過(guò)齒輪泵的zui高壓力值造成殼體爆裂。
由上述分析可以看出，齒輪泵爆裂主要由液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善，系統(tǒng)液壓壓力調(diào)整不當(dāng)所造成。同時(shí)，操作規(guī)范中也沒(méi)有明確的壓力調(diào)整方法，以指導(dǎo)操作人員。
3．措施
通過(guò)分析，查明了產(chǎn)生原因，為了保證液壓設(shè)備的正常工作，今后避免再發(fā)生類(lèi)似的事故，采取了以下幾個(gè)措施。
(1)完善液壓系統(tǒng)。一種方法是在下車(chē)液壓系統(tǒng)加裝液壓指示表，但下車(chē)溢流閥調(diào)整的次數(shù)不多，加裝液壓指示表既增加成本，也并非必須。另一種方法是改進(jìn)下車(chē)溢流閥閥體結(jié)構(gòu)，限定其開(kāi)啟壓力調(diào)整值范圍為3～23MPa，即使壓力調(diào)整螺栓擰到zui大，溢流閥依然能開(kāi)啟，且壓力為23MPa，這樣既能滿足使用要求，又不超過(guò)齒輪泵的額定壓力值(25MPa)。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)審zui終選擇第二種方法。
(2)完善總裝調(diào)試文件。將上述的調(diào)試方法加入總裝調(diào)試工藝及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使之按規(guī)定的程序調(diào)試和作業(yè)。
落實(shí)以上措施后，對(duì)后續(xù)產(chǎn)品及已交付*使用的產(chǎn)品改進(jìn)、試驗(yàn)、跟蹤，無(wú)類(lèi)似事故出現(xiàn)。這說(shuō)明原因分析全面，措施到位，效果良好。威斯特小編敬上！