多齿轮高温液压泵的研究与设计

　　前言

　　由于液压技术自身的一些优点,在测井仪器上的应用也越来越广泛。测井仪器在几千米深的地层下作业,空间窄小,环境恶劣,由于其特殊的使用环境,要求液压系统各个部件的体积尽可能小,并且能够在-20℃~180℃的环境下可靠工作。井壁取芯仪是典型的以液压传动为核心的测井仪器,在井下要完成钻取岩芯动作,对液压系统的效率要求较高。液压泵作为液压系统的心脏,其性能好坏很大程度上决定了仪器性能。由于特殊的使用环境限制,测井仪器的外壳一般为圆筒状,要求泵的输入轴要尽可能位于泵体的中心,从而尽可能的减小仪器外壳的直径。常规外啮合齿轮液压泵很难满足要求,为此,设计了一种多齿轮高温液压泵,该齿轮泵具有体积小,流量脉动小、使用寿命长、成本低、噪声低等优点。

　　1　结构组成

　　如图1所示,齿轮泵结构主要包括前泵盖1、泵体2、后泵盖3三大部分,其中泵体是液压泵的主体部分,里面安装有主动齿轮A,从动齿轮B和B′;在齿轮的两侧,均安装有侧板9,在齿轮轴的两端,安装有滑动轴承7和浮动轴套8。

　　齿轮泵工作齿轮由3个结构参数完全相同的齿轮组成, 2个从动齿轮对称分布在主动齿轮的两侧。金属侧板9与齿轮端面形成机械密封,通过选用合适的金属材料,确保齿轮泵在高温下的密封性能;浮动轴套在液压油压力作用下,压紧侧板,保证了齿轮泵的端面密封性能,提高了液压泵的容积效率。

　　2　工作原理

　　在主动齿轮A旋转过程中,同时与从动齿轮B、B′啮合,形成2个进油口, 2个回油口。如图2所示,当主动齿轮A顺时针旋转时,同时与齿轮B、B′啮合,A与B啮合,形成进油口1和高压出油口2;A与B′啮合,形成进油口2与高压出油口1。由此可见:主动齿轮A每旋转一周,分别与从动齿轮B、B′的每个齿轮啮合一次,在相同体积情况下,液压泵的排量大幅提高。

　　两对相互啮合的齿轮同时吸、排油,在相同排量情况下,该种液压泵的体积比较小,并且输入轴位于泵体的中心,与电机配合时,可以减少径向空间的浪费。

　　3　关键参数计算

　　在多齿轮液压泵中,所采用的3个齿轮结构完全相同,采用“增一齿修正法”修正齿型,加工工艺难度大大降低。齿轮泵的关键参数如下:

　　齿顶圆直径:De=(z+1)m+2ha=(z+3)m;齿轮中心距:A=(z+1)m;压力角:°;泵的理论排量:V=4πkm2zb。其中:z为齿轮齿数;m为齿轮模数;b为齿轮宽度;k为修正系数。

　　4　流量变化特性

　　对于单啮合齿轮泵来说,流量特性如下:

　　瞬时流量:qsh=Bω(R²e-R²-f²);最小瞬时流量: (q_sh)_min=Bω(R²e-R²);最大瞬时流量: (q_sh)_max其中:Re为齿顶圆半径;B为齿宽;R为节圆半径;f为齿轮啮合点到节点的距离;ω为齿轮旋转角速度;an为齿轮压力角。