CBU3—160高压齿轮泵漏油原因分析及改进

88 液压与气动 2010年第l2期 CBU3—160高压齿轮泵漏油原因分析及改进 吕长流 Analysis and improvement of leakage problem for CBU3—160 high—pressure gear pump LV Chang—liu (福州大学 液压件厂，福建 福州 350002) 摘 要：该文建立在工程实践的基础上，对 CBU3 160高压齿轮泵主要环节漏油原因进行分析，并采取 相应的改进，即将泵体由QT600一X改成 HT300，并采用铁模覆砂型芯工艺、硅一钡高效孕育剂，提高 齿轮泵泵体铸件强度，同时优化产品结构：增加预紧螺钉、改变密封槽形式、增加零件厚度、加宽筋板等措施， 彻底解决了该 系列齿轮泵漏油的缺 陷。 关键词：高压齿轮泵；铁模覆砂；孕育剂；漏油 中图分类号：TH137 文献标识码：B 文章编号：1000-4858(2010)12--0088-02 引言 应用于某工程机械公司951、95111两种机型装载 机上的 CBU3—160高压齿轮泵，其主要由前盖、泵体、 后盖、侧板、齿轮、轴套及密封组件等组成。额定转速： 2200 r／rain，额定压力：20 MPa。具有效率高、抗冲击 性能好、噪声低、抗污染好等特点。其作为从传统固定 轴向间隙到轴向侧板 自动补偿结构转变的产品，在工 程使用过程中充分体现工作压力高、性能稳定可靠的 特点，但作为大排量，高压力的齿轮泵存在着其自身的 不足，在新泵使用一个多月左右，少量泵易出现漏油现 象，影响了客户的生产、效益。为此，对该系列齿轮泵 漏油原因进行分析并提出一些具体有效的改进措施。 1 漏油原因分析 经过对外退部分泵进行全面仔细的检查、分解、统 计、分析后，此类型泵出现漏油原因主要是以下两个 方面。 1．1 泵体 4一M20螺钉 孔 漏油 表现在试验和工作时，由前后盖螺钉孔的位置出 现渗油、大量滴油。作为大排量 CBU3系列高压泵，泵 体形腔大，同时为了保证泵体的强度，时泵体壁厚 最小厚度27 mill，最大的部分达到了45 mm，这容易造 成铸造过程中冷却不均，铸件易出现裂纹、气孔、缩松 等缺陷。 1．2 泵体与前盖、后盖结合部位漏油 泵在工作过程中，整个泵体、前后盖、螺钉出现被 拉伸而重复着间断I生舒张、回复原形的过程，这极大地 泵体、前后盖以及螺钉具有较高强度。受到尺寸、 空间的限制，该系列泵前后盖的厚度相对较薄弱，整个 泵虽有 8个高压度螺钉的紧固，但由于进出油 口位置 大小的影响，中问部位两个螺钉跨度达到 104 mlTI，造 成前后盖强度下降、与泵体端面结合部无法贴紧，再加 上装载机工作环境的影响，微小粉尘易累积于泵体与 前后盖结合部位的中间部分，日积月累而使液压油从 该部位的薄弱部分出现漏油。在对退回泵进行拆解可 以看到，此部位靠近螺钉四周存在黑色泥装物，经分析 此泥装物主要是粉沫与液压油混合物，而在泵体与前 后盖结合部位的中问部分有明显液体流动过的痕迹。 综合可判断为前后盖、螺钉强度不够。 另外泵体与前后盖结合部的密封槽采用矩形橡胶 圈进行密封，为保证密封槽中密封圈整个部位始终处 于低压壮态，在密封槽的结构上，泵体两端面，靠近进 油腔部位，设计了宽4 mill，深度0．5 mm的回油槽，使 密封圈内的液压油与低压区相通，同时使密封槽内液 压油能够得以循环，减少泵工作时产生过高的温度而 加快密封圈的老化变质，但是在拆除分解退回泵的过 程中发现此端面密封圈出现断裂，甚至存在被抽空的 现象。这个现象一方面是前后盖、螺钉紧固强度不够， 收稿 13期：2010-o5—19 作者简介：吕长流(1982一 )，男 ，福建漳州人，助理工程师，主 要从事齿轮泵开发、设计、生产工作。 2010年第12期 液压与气动 89 另一方是由于作为大排量工作泵，工作时液压油流速 较快，各种压力损失增大，吸油不畅，容易在低压区形成 吸空的现象，再加上密封槽靠近进油腔的低压区设计了 回油槽，这集中导致了密封圈被啃食，切断甚至被抽空。 2 改进措施 2．1 改变材料及工艺 1)改变材料，提高铸件质量 该铸件材质原来为QT600一X，其材料强度虽然高， 但冷却时易在“热节”处产生缩松倾向，且在加工时不 易暴露显现，埋下渗漏的隐患，虽改变补缩通道，加大 帽口补缩等措施，都未能彻底解决 ，经研究后材质改为 HT300高强度铸件，为确保其强度满足该产品的使用 要求，熔炼时添加了0．5％的铬和0．8％的铜，同时还采 用高效孕育剂，对铁水进行孕育处理细化结晶，提高致 密性。该材料式样经多次强度试验， >320 N／mm ， HB=200—230满足泵体的技术要求。 2)采用铁模覆砂型芯，提高泵体内腔材质致密性 泵体内腔是承受高压的工作面，而铸件浇注的冷 却过程中，内腔散热条件差，造成结晶粗大，组织不致 密。采用工艺措施干预 自然的冷却凝固干规律，使铸 件内腔先行凝固，能有效提高内腔组织的致密层深度。 在废除了常规的制芯工艺，重新投制一套内铁覆砂制 芯的工艺装备⋯(如图 1)。常规制砂芯工艺铸造的铸 件内腔致密深度只有 3 mm，经过加工切屑后，局部已 不存在致密层，而采用这种新型铁模覆砂砂芯生产的 铸件，内腔冷却速度加快，材质致密性大提高，经剖片 显微观察内腔致密深度约 8 mm，经过加工切屑后，还 保留一层较厚的致密层，极大地消除泵体内腔在高压 作用下渗油的隐患。 图 1 泵体铁模 覆砂铸 造工艺示意 图 3)采用高效孕育剂，改善组织性能 高强度铸件由于 c、si含量低，又添加少量的合金 元素，缩孔、缩松的倾向大，组织致密性不均匀，且铸 造缺陷处试压过程中渗漏或使用过程中漏油，而采用 合适的孕育剂进行孕育能够消除铸件铸造缺陷和改善 铸件切削性能，灰铸铁使用最广泛的孕育剂是 FeSi75， 除了含60％ ～80％硅外，还可复合 Ba、Ca、Mn、Zr、Sr、 Ti、Mg、Al、c、B、Re、sb、Bi、sn等 。为了强化效果， 采用硅一钡高效孕育剂，在浇注铸件时进行瞬时孕育处 理，试样经显微观察，单位面积的共晶团数量提高了3 倍，组织得到细化均匀，提高材质的致密性。孕育剂对 铸铁结晶体的影响晶相比较如图2所示。 ■一 a)孕育前 b)孕育后 图2 孕育剂对铸铁结晶体的影响晶相比较图 2．2 增加螺钉 ，保证预紧力 在泵体、前后盖中间部位两个螺钉跨度 104 mm 的中间处，高低压对称两边分别增加 2个 M12的高压 强度螺钉，使前后盖端面在锁紧条件下能够完全与泵 体两端面贴紧，使整个泵体、前后盖、螺钉出现被拉伸 而重复着间断性舒张、回复原形的过程不出现松动，保 证矩形密封圈达到预定的压缩量 ，保证其密封性。 2．3 改变结构 ，减少密封失效 1)改变密封槽结构 原密封槽靠近低压区设计宽 4 mm，深度 0．5 mm 的回油槽 ，容易导致密封圈被啃食、吸空，现把这一结 构去掉，在泵体与前后盖端面完全贴紧的情况下，即使 吸油腔出现吸空也不至于密封圈被破坏。 2)增加零件厚度 ，加宽筋板 原前后盖厚度较薄，泵工作过程中，在高压液压力 作用下，易产生变形 ，，同时筋板宽度只有20 mm，且是 单体结构，铸造过程面与面的铸造圆角较小，应力易形 成。现增加其厚度，筋板增加到60 mm，与螺钉锁紧面 通过斜面逐渐过渡，增强其强度。 3 结束语 改进实施后，重新装配 100台该型号泵，经过严格 台架渗漏、超载等试验后未发现漏油现象，同时于 2009年 10月将新装配的该泵重新投人工业运行至 今，未收到出现漏油的反馈，实现了无漏油、运行稳定 可靠、解决长期存在密封不良问题，提高了产品质量及 客户满意度。 参考文献： [1] 苏义祥．铁模覆砂铸造工艺[J]．械研究与应用，1996， (3)：43． [2] 刘超锋 ，纪莲清 ，刘建秀．孕育剂对灰铸铁件不同性能的 影响[J]．铸造，2007，(10)：1078—1081．