齒輪泵高位帶載吸油困難問題研究

佀國良，丁佳敏，劉喜明，韋海云

（山推工程機械股份有限公司 工程機械研究院，山東 濟寧 272073）

1 變速液壓系統(tǒng)原理

圖1 為5t電動裝載機變速液壓系統(tǒng)原理簡圖，變速泵從變速箱殼體吸油，變速泵出油口同時通變速閥和溢流閥，在不操縱變速閥換檔時變速閥閥口封閉，沒有流量從變速閥通過，此時變速泵的主要流量通過溢流閥溢流，并經(jīng)過過濾器過濾后給變速箱潤滑，其中變速泵的安裝位置約高于變速箱殼體內(nèi)液面0.9m。

圖1 變速液壓系統(tǒng)原理簡圖

2 變速泵故障原因分析及測試

2.1 故障現(xiàn)象

變速泵故障的裝載機有已經(jīng)工作幾百小時的裝載機，也有新裝載機，主要的故障現(xiàn)象為：變速液壓系統(tǒng)無壓力；變速泵吸不上油；故障多出現(xiàn)在剛更換完變速箱液壓油時。故障表現(xiàn)不是泵效率降低導(dǎo)致的變速液壓系統(tǒng)壓力低，而是變速泵吸不上油導(dǎo)致變速液壓系統(tǒng)無壓力。

2.2 試驗臺變速泵效率測試及拆解

對一個市場車的故障變速泵和一個新車的故障變速泵分別在實驗室進(jìn)行了效率測試和拆解。在額定工作壓力下，市場車的故障變速泵的效率仍然有80%左右，新車的故障變速泵效率在97%以上。對此2 個變速泵進(jìn)行拆解，市場車的故障變速泵的側(cè)板已嚴(yán)重磨損，新車的故障變速泵有輕微磨損。

從故障變速泵的效率測試結(jié)果可以看出，即使是市場車的磨損嚴(yán)重的變速泵仍然可以建立起變速液壓系統(tǒng)所需壓力，變速泵在實驗臺和此電動裝載機上使用情況的主要不同點在于試驗臺的液壓油箱高于變速泵，結(jié)合故障多出現(xiàn)在更換變速箱液壓油時（吸油管的液壓油會落回），因此此故障的根本原因不是變速泵磨損，而是某些原因?qū)е碌奈屠щy，最終導(dǎo)致變速泵的磨損，變速泵磨損后又進(jìn)而惡化吸油困難問題。

對此變速泵吸油困難問題，結(jié)合此變速泵的具體使用情況做出以下原因假設(shè)：①變速泵安裝位置過高，導(dǎo)致吸油負(fù)壓過大；②變速泵吸油口朝下，吸油管油落下時，泵內(nèi)無法存儲液壓油；③吸油管路過長、折彎過多導(dǎo)致吸油負(fù)壓大；④變速泵口有溢流閥，需帶載吸油；⑤吸油管路漏氣；⑥吸油過濾器堵塞；⑦變速箱液壓油過少。其中原因⑤到⑦在故障處理時已排除。根據(jù)現(xiàn)場具備條件，進(jìn)一步進(jìn)行以下測試。

選擇一臺新下線正常的電動裝載機，將變速泵吸油管更換為內(nèi)嵌鋼絲的透明軟管，方便觀察吸油管內(nèi)液面位置；在變速泵吸油口的接頭上鉆孔并安裝了測壓接頭，以測試吸油負(fù)壓；在變速泵溢流閥后串接流量計，以測試變速泵流量及效率。具體測試結(jié)果如下。

1）實際吸油時間測試。由于更換吸油管，吸油管內(nèi)的液壓油已落回變速箱，在變速泵轉(zhuǎn)速750r／min時觀察透明吸油管內(nèi)液面，如圖2所示，約120mm 的一小段管路用時25s，液面上升速度非常慢，總共用時約300s 后吸油管內(nèi)液壓油才進(jìn)入變速泵，變速泵此時吸空氣的效率只有約2%。

圖2 吸油管液面上升速度

2）在變速泵出油口放氣，測試吸油時間。松動變速泵吸油口接頭使液壓油重新落回變速箱。如圖3 所示，在變速閥的進(jìn)口（相當(dāng)于變速泵的出口）有一測壓接頭，此處接上測壓管（另一端敞開），使變速泵出口通過測壓接頭和測壓管直接通大氣，在變速泵轉(zhuǎn)速750r／min 時重新測試吸油時間，相同的一小段管路用時只有2.5s，總共用時約30s，變速泵此時吸空氣的效率約有20%。

圖3 變速泵出口放氣

3）實際吸油時，變速泵出油口壓力測試。在測試實際吸油時間的過程中，測試變速泵出油口的壓力為1.5bar，此壓力遠(yuǎn)低于溢流閥的開啟壓力12bar，溢流閥沒有打開，所以空氣只能通過變速閥的滑閥閥芯間隙排出（溢流閥為錐閥，間隙很?。?，造成變速泵吸排氣的效率非常低。

4）吸油真空度及效率測試。測試結(jié)果如表1所示，在吸油管滿油的情況下停車時，變速泵吸油口真空度為0.07bar，為變速泵安裝位置高于液面所致；在額定轉(zhuǎn)速2 000r／min 時，吸油真空度隨著溫度升高，由0.15bar 減小為0.12bar，實際工作時液壓油溫更高，吸油真空度更小。變速泵的效率在剛啟動時稍低，隨后就由92.5%上升到100%。因此可以看出，吸油口的真空度小于0.2bar，且沒有影響到變速泵的效率。

表1 變速泵效率及真空度測試結(jié)果

5）吸油管液壓油落回時間測試。在以上測試完成后，將此測試車放置到停車場不再起車，并定時記錄吸油管的液壓油是否落回，在測試的11天內(nèi)吸油管一直是滿油。因此對于此正常密封的變速管路來說，在變速泵吸上油后，短時間內(nèi)吸油管的液壓油不會落回。當(dāng)然也不排除在更長時間的放置后、變速泵磨損后，吸油管的液壓油會落回變速箱。

2.3 分析及測試總結(jié)

從以上分析及測試可以看出，造成變速泵故障的根本原因是變速泵吸油困難、吸油時間長，在此電動裝載機以后的保養(yǎng)時（吸油管的油落回），過長的吸油時間導(dǎo)致變速泵逐漸磨損，最終吸不上油。還可以看出，變速泵吸油口的負(fù)壓在正常范圍內(nèi)，從變速泵出油口放氣后，吸油時間縮短為原來的1／10，吸油時變速泵出油口壓力只有1.5bar，沒有打開溢流閥，因而可以得出導(dǎo)致變速泵吸油困難的原因是以下兩個因素的綜合作用：①變速泵安裝位置高于變速箱液面；②變速泵出油口有完全閉合的溢流閥，且沒有其他常通油路，變速泵吸油時無法將吸油管內(nèi)的空氣通過溢流閥快速排出。

3 齒輪泵的相似用法分析

在其他工程機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，齒輪泵的出油口也有起調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力作用的溢流閥，以下分類舉例并分析其使用方式是否存在問題。

1）齒輪泵安裝位置低于液壓油箱液面時，比如某些推土機的先導(dǎo)泵，安裝在翼板的液壓油箱高于位于車體內(nèi)的先導(dǎo)泵，此時液壓油可倒灌入齒輪泵的吸油管路，因此不存在吸油困難問題。

2）齒輪泵安裝位置高于液壓油箱液面，但和其他串泵共用吸油口時，比如某些裝載機的先導(dǎo)泵，其和工作泵是串泵，且共用吸油口，工作裝置不動作時工作泵出油口通過多路閥直接通液壓油箱，不存在吸油困難問題，工作泵吸上油后先導(dǎo)泵即可吸上油。另外還有存在潤滑泵的推土機變速轉(zhuǎn)向雙聯(lián)泵也是此種情況。

3）與此裝載機變速泵相同用法的國內(nèi)160 馬力和220 馬力的液力推土機的轉(zhuǎn)向泵，也存在相同的問題。經(jīng)調(diào)查市場反饋故障，轉(zhuǎn)向泵的故障率較高，推土機長時間放置后或保養(yǎng)后，轉(zhuǎn)向壓力需要等待較長時間才能建立起來，嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向泵損壞、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法建立起壓力，其根本原因應(yīng)與此電動裝載機一樣存在吸油困難的問題。

4 改善措施

根據(jù)以上分析，可采取的改善方案有：①將變速泵安裝位置降低到油箱液面以下；②將變速泵和其他泵共用一個吸油口；③增加旁通節(jié)流油路，變速泵吸油時可有效排氣，但對壓力的建立影響很小，具體方案如圖4 所示，另外還可以在溢流閥上設(shè)一常通小口，達(dá)到相同效果，方案更簡潔，但需要修改溢流閥；④將上一方案的節(jié)流孔更換為2 位2 通電磁閥，在剛起車的一定時間內(nèi)，控制器控制電磁閥打開，變速泵出口可通過此電磁閥排氣，吸上油后再關(guān)閉電磁閥。根據(jù)此電動裝載機的具體情況，臨時采取增加旁通油路的改善方案，如圖5 所示，在溢流閥（插在變速泵上）的前后各增加一測壓接頭，并將兩測壓接頭用測壓線連接起來，由于測壓接頭內(nèi)的油道只有約1.3mm，可充當(dāng)節(jié)流孔的作用。

圖4 加旁通油路原理

圖5 實際改善管路

在另一電動裝載機上將改善措施實施后進(jìn)行效果測試，吸油時間只有13s，吸油時泵出口壓力3.3bar，旁通油路的泄漏量大約在1.5L／min，變速系統(tǒng)壓力降低約1bar，不過可通過調(diào)整溢流閥提高回來。變速泵出口壓力3.3bar，比之前測試時的1.5bar 更高，可以更快地排氣，因此吸油時間13s 比之前測試時更短，改善效果非常好，有效解決了此電動裝載機變速泵吸油困難問題。本文提出的改善方案可為同類型問題的解決提供參考。