小排量高压齿轮泵容积效率提升

摘 要：本文对中高压小排量齿轮泵容积效率如何提高进行了研究。首先从齿轮泵结构分析入手，该油泵输出轴与泵体间没有油封，性能试验需考虑密封。由于该泵进、出油口分别由前、后盖端面引出与泵体对应的油孔槽形成错位相连，油口通径必须满足排量要求。进、出油口与泵体油孔槽结合处要吻合，否则会造成排油不畅;其次，零件加工工艺要严谨，必须保证泵体齿轮孔孔径，主、从动轮齿顶圆、齿宽，轴套厚度等尺寸公差。控制好泵体齿轮孔泵与齿顶圆径向公差，以及泵体、主、从动轮、轴套间轴向公差;最后要对试验工装的传动及密封进行检查，避免工装与液压泵回油产生矛盾，造成进油口吸气，引起振动和噪声。由于该齿轮泵用于军品，环境苛刻，需要做低温性能试验，密封件采用耐冷材料。

关键词：容积效率提升;油口错位相连;耐冷密封材料;低温试验

1  结构分析

该产品的开发为了解决国外市场垄断，用于军工车升降系统的齿轮泵，同时适用于民用场合;

主要技术参数见下表：

该泵（如下图）结构紧凑，具有排量小，压力、转速、容积效率高等特点。进、出油口分别由后盖、前盖引出，与泵体对应的油孔形成错位相连，需要精确计算前、后盖与泵体重叠孔的油口通径，达到进、出油通畅，容积效率≥92﹪。

该泵使用环境苛刻，要求在-5℃～-40℃低温环境中需要油液稳定输出，为此我们需要反复低温试验来验证产品可靠性。具体措施：设计低温试验装置，油液为10#航空液压油，通过-5℃～-40℃温度梯度，观察出油口压力变化，判定油泵可靠性。

因该泵需要在-5℃～-40℃低温环境中工作，对密封圈耐低温性能是一种挑战，我们采用低温性能好的HNBR材料作为密封件首选材料，保证低温密封性能稳定。

2  性能试验

试验根据JB/T7041-2006《液压齿轮泵 技术条件》中所规定的试验条件进行。型式试验项目及结果如下：

对1#齿轮泵进行连续冲击试验，对2#齿轮泵进行连续超载试验，具体试验项目及方法如下：

2.1空载试验：

1#、2#泵进油口油温80℃以上，转速为3000r/min，压力为0.5Mpa的工况下，发现进油口有大量气泡，流量为15L/min。

2.2冲击试验：

被试齿轮泵为1#泵，该泵在进油口油温80℃以上，转速为3000r/min，压力为20Mpa的工况下，以30次/min的冲击频率，做40万次的连续冲击试验。试验结果表明：被试泵在整个试验过程中未见渗漏但效率在50%左右。

2.3超载试验：

被试齿轮泵为2#泵，该泵在油温80℃以上，转速为3000r/min，压力为25Mpa的工况下，连续超载试验100小时，效率还是50%左右。

2.4在冲击试验过程中使用数显扭矩扳手（20-100N.m）对4×M10螺栓拧紧力矩进行了检测。每天早晨检测一次拧紧力矩，经过对力矩的测量发现在整个冲击试验过程中螺栓扭矩力矩没有发生明显变化，没有出现松动。

2.5效率复查试验：

在1、2项试验完成后，按照要求对被试泵进行了效率检查，测得在额定工况下的效率值如下：1#齿轮泵容积效率为60%/55%，效率下降32%/37%，2#齿轮泵的容积效率为70%/66%，效率下降22%/26%，两台泵效率降低值都大于20个百分点，不符合国家标准的要求。

2.6拆检：

在做完上述各项试验后，对被试泵进行了拆检，拆检后发现泵的运动零件磨损正常，未见异常。

（1）冲击试验后1#齿轮泵拆检结果

①轴套端面轻微研伤②泵体齿轮孔扫镗正常③齿轮端面轻微研伤，正常

2.7结论：

对两台样泵进行的各项试验中，被试泵均空载流量不够，有振动和噪音等异常现象。冲击、超载试验容积效率50%左右，远低于国家标准;无渗漏、在做完可靠性试验后，拆检后发现泵的主要零件均属正常磨损，未见异常;泵体的扫镗深度正常。对力矩的测量发现在整个冲击试验过程中螺栓扭矩力矩没有发生明显变化，没有出现松动。

3  原因分析及解决措施

3.1造成空载流量不够，系统有噪音、振动压力不稳、进油口有大量气泡的原因有四种：骨架油封损坏，油箱油面过低、吸油管路进气、吸油过滤器堵塞。该油泵自身没油封，检查试验工装油封没损坏。经现场发现试验工装卸荷孔（为了防止油封压力过高损坏）与大气相通，是造成吸油管路进气的因素。解决措施：堵塞工装卸荷孔，进油口气泡消失，空载流量达到24L/min（转速为3000r/min、排量8mL/r）

3.2空载流量正常情况下，20Mpa冲击试验、25Mpa超载试验效率依旧50%左右。拆卸泵体、测量齿轮孔直径和齿轮齿顶圆后发现，径向间隙为0.03mm（高压泵径向间隙0.09～0.11mm），齿轮孔直径偏小造成。解决措施：找正坐标，重新镗齿轮孔，装配试验，容积效率有所提高70%～75%，还不能满足使用要求（容积效率92%）。

3.3再次拆卸油泵，仔细核对发现，前、后盖进、出油口与泵体油槽结合处错位严重。正常情况进油口孔径大，由于该油泵结构紧凑，泵体进油槽缺口比出油口缺口小，导致装配时误以为后盖进油口对泵体出油槽，前盖出油口对泵体进油槽，导致油泵进、出油口通径相对变窄，出油不畅，容积效率上不去。解决措施：调整前、后盖进、出油口与泵体結合处油槽缺口位置，使其完全吻合。装配试验，容积效率达到93%～95%。

4  结论

该齿轮泵经过容积提升，油泵装配后在高速，高压的情况下经过跑合、超载、排量、效率等一系列验证试验，没有出现吸气及漏油现象，容积效率保持在93% ～95%之间，为合格泵。由于该油泵为军品，后期进行了低温性能试验，密封材料采用氢化丁晴橡胶，电机转速为3000 r/min，压力8MPa，通过-5℃～-40℃温度梯度，压力维持7.8MPa左右，流量持续输出，符合试验标准，满足军品液压系统性能使用要求。

参考文献：

[1] 洪钟德主编.简明机械设计手册.上海：同济大学出版社，2002.5

[2] 高为国主编.机械工程材料基础.长沙：中南大学出版社，2002.7

[3] 李壮云.液压元件与系统.北京：机械工业出版社，2005.6

[4] 张剑慈.液压齿轮泵轴向间隙的密封.润滑与密封.2002.06

作者简介：

韩振海（1991.5—），男，汉族，山西省长治市，本科，研究方向：主要从事齿轮泵、叶片泵产品研发。

（太重榆液长治液压有限公司，山西 长治 046400）