液压齿轮泵浮动侧板的改进设计

　　1　概述

　　我厂生产的CBZ-A系列齿轮泵是一种带有中部密封结构的轴套式高压齿轮泵,额定压力为20 MPa,最高25MPa。主要应用于煤炭行业,由于个别井下操作人员素质较低使用时,将机组上的限压阀压力调压过高(煤矿使用时经常有类似情况发生),导致泵超压使用,使得液压泵早期损坏。虽然我厂多次派技术及售后服务人员到井下作这方面的培训及指导,近期依然有多起由于超压使用造成的泵损坏。给我厂的售后及销售部门带来了很大的工作量,也造成了很大的经济损失,并且直接影响了我厂的销售及信誉。为了从根本上杜绝由于用户超压使用造成的质量事故,我们决定从设计上对液压泵的侧板进行改进。

　　2　原因分析

　　我厂生产的齿轮泵为轴向浮动侧板补偿式高压齿轮泵,由于结构特点,齿轮泵容积损失中,轴向间隙漏损占75% ~80%。采用浮动侧板使轴向间隙自动补偿,是提高容积效率的解决措施。由于轴向浮动间隙很小,所以齿轮泵在起动和空载运转时,由橡皮密封条(耳形密封圈)的预压紧力来保证浮动侧板和齿轮端面的紧密接触。在正常运转时,从压油腔引至侧板外端面的油液作用在补偿密封区域内所形成的补偿力应大于齿轮端面液压作用在侧板工作端面的反推力,使得补偿力略大于反推力即K>1,保证泵在各种压力下,侧板自动贴紧齿轮端面,磨损后能自动补偿。但是补偿力不允许比反推力大得过多。若大得过多(即超出设计的额定压力)。会影响泵的机械效率、破坏侧板与齿轮端面的油膜形成,造成过度的磨损和发热,导致烧毁侧板和齿轮端面。CBZ-A系列齿轮泵设计的额定压力为20MPa,即侧板在额定工况20 MPa以内正常工作时,补偿力对侧板的作用不会破坏侧板与齿轮端面的油膜形成,泵能够正常工作,而如果长时间超出额定压力使用时,随着压力的提高补偿力将愈来愈大的超出反推力,造成侧板与齿轮端面之间油膜损失,侧板过渡的磨损和发热,导致烧毁侧板和齿轮端面。

　　3　改进方案

　　方案1　在侧板的高压侧工作面增加了一个倒角,见图1。将高压油引超压时不易润滑的区域,增加侧板与齿轮的端面润滑。

　　方案2　在侧板的两端及补偿力较大的区域增加一个油孔,见图2。加大反推力及提高润滑效果,由于轴向液压压紧力减小,因此将轴向间隙由原来的0. 22mm调整为0. 12 mm,由于轴向间隙减小,耳形密封圈压紧力(预紧力)过大,将其轴向尺寸由原来的2. 4mm调整为2. 3 mm。其余各尺寸保持不变。

　　4　方案验证结果

　　第一轮试验,将双联泵一、二联的侧板均按照方案1的要求,对侧板进行了倒角,根据CBZ-A侧板改进试验大纲要求,对泵进行了出厂性能测试,一联容积效率为95. 5%;二联容积效率为95%,其余各项性能指标满足试验要求,随后按照大纲要求,在转速为1500r/min、压力25 MPa、进口油温50℃±2℃的工矿下对泵进行了10 h的考核试验,试验过程中,两联压力均稳定,容积效率随时间递减,运行2 h后,一联容积效率降低至92%以下,二联为93%;运行5 h后二联容积效率也降低至92%以下,运行6 h后容积效率基本趋于稳定,一联为86. 5%,二联为90. 2%。10 h考核结束后,一联为84%;二联为88. 5%。全部试验后对该泵又进行了性能测试, 20 MPa时容积效率一联为92%。随后对该泵进行了拆解分析,一、二联泵体均有轻微的扫膛,二联侧板运行状况很好,一联有磨偏的痕迹(后对试验台连接盘进行了检测,定位支口尺寸超差,更换了试验连接盘),其他零部件均运行正常,经过尺寸复检,各配合尺寸均合格。