外啮合齿轮泵失效原因分析

　　摘　要：本文分析了外啮合齿轮泵几种典型的失败原因及其可能引起的故障和零件损伤，并提出了相应的解决方案。可以帮助使用者采取针对性措施避免外啮合齿轮泵过早失效；或通过失败泵的零件损伤特征分析失效原因，并加以改进。
　　关键词：外啮合齿轮泵；损坏原因；损伤特征；解决方案
　　引言
　　外啮合齿轮泵因其自身特殊的优点，在许多领域得到了广泛的应用。但我们发现相当数量的泵因为安装、试运行、使用等各环节中诸多要素被忽视而过早失效，甚至在使用初期就损坏。因此，弄清这些引起外啮合齿轮泵过早失效和损坏的原因，并针对性的加以解决是我们延长外啮合齿轮泵使用寿命，提高系统生产效率的有效途径。
　　1　不正确安装和试运行
　　齿轮泵在使用前应正确安装和试运行，这个过程要加以重视并正确操作。表1是笔者单位对上海和徐州的工程机械厂28件失效的外啮合齿轮泵损坏情况的调查统计（1996～1998）：从表1可以看出，在失效的28台外啮合齿轮泵中，键断和轴断的共有5件，占到18％这样一个较高的比例。这主要是由于齿轮泵在使用前没有正确安装和试运行。 　　1.1齿轮轴断裂
　　齿轮轴在与联轴器安装时如果没有注意同心度的要求，会使齿轮轴在旋转时，受到径向力的剪切作用，如果不同心度较大，很快就会导致齿轮轴断裂。因此，齿轮轴在与联轴器安装时要严格注意同心度要求，建议轴端Z大径向跳动量不超过0.2mm，而允许的Z大不同心度应严格按照联轴器安装要求来控制。
　　1.2齿轮泵锥形轴轴端键槽被剪断甚至完全破坏
　　齿轮泵锥形轴轴端紧固螺母若没有拧紧，键槽将会不断地受到键的冲击，Z终使键槽剪切变形甚至完全破坏。但螺母拧的过紧，会使齿轮轴受到过大的拉应力，与不同心度引起的径向剪切力复合作用后，也易使轴断裂。因此，要按照安装说明建议的拧紧力矩旋紧螺母。
　　1.3噪声和气穴
　　齿轮泵在运行前若没有用油液充满，会使液压系统中混入空气，导致气穴。一方面造成过大的噪声；另一方面容易产生气蚀使齿轮泵浮动侧板产生损伤。进油管的密封圈要保持完好，不得有漏气处，否则也容易发生气穴。关于气穴现象，本文在后面还会重点分析。
　　2　油液污染
　　油液污染是导致齿轮泵过早失效的Z主要的原因。下面列出一些常见的由油液污染所引起的齿轮泵内部零件损伤特征：
　　a.泵体低压侧（部分延伸到了高压侧）内壁上出现较深的凹槽或较浅但很密集的大量平行的划痕。
　　b.齿轮副磨损严重。
　　c.浮动侧板内侧圆环表面，出现一系列同心圆状的沟槽。
　　d.浮动侧板的外圆周表面，出现一些蠕虫状的沟槽。
　　e.浮动侧板内DU轴承上的聚四氟乙烯涂层被完全刮掉，铜锡合金层清晰可见。可见，油液污染是引起外啮合齿轮泵浮动侧板损坏的主要因素。在表1中调查中，侧板损坏的比例高达67％，因此必须严格控制油液污染。导致油液污染的直接原因是液压系统中混入了各种污染物。其中以固体污染物的危害Z大，其来源主要有以下几方面：
　　1）系统硬管内壁附着的片状铁锈，酸洗后残留在管内的化学药品。
　　2）硬管在切割、焊接和套丝等加过程中存留的铁屑。
　　3）密封件，密封圈残渣。由于结合部位的锐边及尺寸预紧等条件限制，可能将密封件部分损坏，损坏部分直接进入系统。
　　4）高压软管总成内部灰尘和脏物。
　　5）液压系统装配现场由于环境因素进入管道的沙砾、尘土等。
　　油液污染的控制，贯穿于液压系统的设计，制造、装配、使用和维护整个过程中。
　　系统设计阶段要注意过滤方案的选择，不同的系统和工况对过滤的要求也不同。
　　系统制造阶段，外协外购件如各种阀、高压软管、油缸等以及液压油要严格检验。在现场配制的液压管道必须经过酸洗。
　　装配阶段，首先要防止环境污染；其次，装配工具、滤网以及加油容器保持清洁，并严格按照操作规程进行装配。
　　使用和维护阶段，应定期更换滤油器和油液。如果油液已经污染，.则更换全部油液。特别注意，新油未必干净，应过滤后再加入。
　　3　油压和油温过度
　　在长时间过度的超载和油温作用下，齿轮泵会过早失效，具体表现为以下一些现象和特征。
　　3.1浮动侧板内侧与齿轮轴轴肩互相咬死
　　拆卸后会发现，侧板内侧被拉毛。这是因为在高温高压的作用下，侧板与齿轮轴轴肩的相对间隙变小，使它们在相对高速旋转的过程中互相挤压。这样，在径向不平衡力和油液中固体颗粒污染物的复合作用下，就极易咬死。
　　3.2轴承和齿轮轴相互咬死
　　在高温的作用下，DU轴承与齿轮轴的相对间隙变小，加速了轴承的磨损；在高压的作用下，齿轮和轴承受到过高的径向不平衡力，加速轴承的磨损。当轴承严重磨损后，轴承和齿轮轴之间润滑油膜被破坏，摩擦阻力增加，磨损增大，造成轴承和齿轮轴咬死。另外油温过高引起粘度下降，也会引起润滑油膜的破坏。
　　3.3齿轮泵壳体内壁吸油偶严重磨损（即扫膛）
　　过高的油温使齿顶与泵壳体之间的径向间隙变小；压力越高，径向不平衡力也越大，当径向不平衡力很大时，能使齿轮轴弯曲，使齿顶与泵壳体内表面接触，造成严重磨损。从表1中可以看出，扫膛所占的比例达到29％，相对较高。因此，对油温和压力必须加以控制。
　　另外，过高的油温会导致侧板外侧沟槽内的支承环变软、密封圈硬化。而过高的压力极易引起轴封的损坏。
　　4　气穴和气蚀
　　外啮合齿轮泵出现气穴和气蚀时，会产生压力脉动并发出尖锐的啸叫声。由气穴和气蚀引起的齿轮泵损坏表现浮动侧板内侧圆环金属表面小块剥落。泵壳体内壁高压区一侧金属表面小块剥落，甚至出现海绵状小洞穴。
　　外啮合齿轮泵在吸油过程中，吸油偶的压力低于大气压。如果泵离油面很高，或是吸油滤油器和管道吸油阻力过大，就很容易使吸油腔压力低于空气分离压，形成气穴。当带有气泡的液压油进入泵高压侧时，周围的高压使气泡绝热压缩，迅速崩溃，局部可达到非常高的温度和冲击压力。一方面使金属疲劳，另一方面使液压油化学性质改变，对金属产生化学腐蚀作用。
　　为避免产生气穴和气蚀，吸油口须保持足够的压力，应不低于0.07-0.8MPa（或是保持0.03MPa的压降）。因此，吸油口的位置、吸油管的阻力、油液的粘度以及泵的转速必须相互协调：
　　a.油箱液面不能太低，尽量降低吸油高度；回油管应插入液面以下。
　　b.采用内径较大的吸油管，并尽量不用弯头。
　　c.选用容量较大的吸油滤油器，以减小管道阻力。定期检查滤网是否堵塞、定期更换吸油滤油器。
　　d.检查轴封是否漏气，若漏气立即更换。
　　e.对油箱中的气泡可采取短时间停车，使气泡充分析出。
　　f.控制泵的转速。
　　5　结论
　　外啮合齿轮泵结构简单、工作可靠，应用广泛。但在使用中，由于各种人为和液压系统本身的因素，使其出现故障并过早失效，应当引起注意。另外，通过分析其零件损伤特征来确定失效原因，可以帮助我们改进系统和规范操作行为。
　　参考文献
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