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加速寿命齿轮泵磨损的试验方法与油温过高设计

发布日期:2017-06-07 点击:

齿轮泵被广泛应用于航空、航天、船舶和工程机械等液压系统中,作为液压系统的动力源,其使用寿命对整个液压系统影响重大。齿轮泵在设计过程中无法对其寿命进行有效计算,齿轮泵寿命多通过试验数据获得,传统的寿命试验具有周期长、试验费用高等问题,因此急需探求一种有效的齿轮泵寿命估算方法。

由于传统寿命试验方法的种种不足,齿轮泵的加速寿命方法得到了重视。给出了将序贯寿命抽样试验与强化试验相结合的寿命试验方法,以减少试验样本,缩短试验时间;给出了液压泵综合应力寿命试验方法。上述试验方法均能起到   的加速作用,但是加速性受到限制,并且试验装置复杂、试验成本较高。因此,为了解决上述加速寿命试验存在的不足,本文作者提出了一种通过增加油液介质污染度的齿轮泵加速寿命试验方法。该方法先分析了影响齿轮泵寿命的失效原因,并选择介质污染度作为加速寿命的应力选择,其次给出了齿轮泵的磨损加速寿命试验方法,后建立寿命模型并以试验数据为基础,利用统计分析方法给出了齿轮泵的寿命及可靠性指标计算方法。该方法在齿轮泵寿命计算具有   的实际价值。

一、齿轮泵的失效机制

失效是产品的一种状态,在这种状态下,产品丧失了规定的功能。失效机制是寻求产品失效的实质原因。某齿轮泵部件轴承和齿轮的失效机制的统计数据,可以看出齿轮泵的失效形式主要为磨损。齿轮与壳体之间、高速旋转的轴承都会产生较严重的磨损。齿轮泵磨损的形式是多样的,主要是磨粒磨损。磨损给齿轮泵会带来两种基本失效形式:性能衰降和突发性故障。性能衰降是由于磨损造成齿轮泵间隙的增大,内部泄漏增加,导致容积效率及总效率下降。下降到   程度,就意味着寿命的终止。突发性故障是指齿轮泵在非预料的情况下,结构突然损坏。的主要失效原因。对于以磨损为主要失效形式的液压元件,其寿命考核应以磨损寿命为依据。

二、磨损加速寿命试验方法

加速寿命试验即通过加大应力来缩短试验时间。加速寿命试验的类型很多,常用的有3类:恒定应力加速寿命试验(恒加试验)、步进应力加速寿命试验(步加试验)和序进应力加速寿命试验(序加试验)。因恒加试验方法操作简单,数据处理方法也较为成熟,文中选用恒加应力试验方法。

1.加速应力的选择

影响齿轮泵寿命的应力有压力、转速、温度、润滑条件及油液的污染。如果选择出口压力作为加速应力,则泵的泄漏量会随着压力增高而加大,导致容积效率降低;如果把转速作为加速应力,则转速不能太高,否则泵的填充效果不好;温度和润滑条件因素可能会导致齿轮泵失效机制的复杂化而不宜选取作为加速应力。因此以上几种均不适合作为加速应力。可以选择油液的污染作为齿轮泵加速寿命试验的加速应力。油液污染物中的固体颗粒物是液压系统中普遍、危害作用大的污染物。固体颗粒物加速了齿轮泵的磨损,直接影响齿轮泵的寿命。相比其他加速应力,油液的污染作为加速应力只需在液压油中添加固体颗粒,配制不同浓度(颗粒数)的污染液,可以简化试验装置,降低试验经费。通过以上分析,利用油液中磨粒的颗粒数(增加系统的污染度)作为加速应力来对齿轮泵进行磨损加速寿命试验是可行的。

2.污染液的配制

采用空气滤清器细试验粉尘(ACFTD)作为试验用颗粒。该粉尘已为标准化组织批准为污染控制试验用的标准粉尘。ACFTD的颗粒尺寸分布比较固定。经过测试,在每升油液含有1mgAC粉的污染液中,每毫升油液所含的颗粒数。根据需要在油液中添加AC粉尘,按每毫升油液中含有直径大于10μm的颗粒数量N进行污染度划分,配制不同应力水平的污染液。

3.试验程序

(1)选取污染度作为加速应力,应力水平数取为k,即利用AC粉尘配制k种不同污染度的油液,污染度N1<N2<…<Nk按等间隔取值;

(2)在应力水平Ni下,投入ni个试验样品;

(3)每组试验除了污染度不同,压力、流量、转速、温度等都与实际使用环境一致;

(4)齿轮泵失效判据:磨损寿命主要表现为容积效率下降到某一值,当流量下降到额定标准的85%以下即认定齿轮泵失效,记录失效时间;

发热厉害的原因油温过高有设计方面的原因,也有加工制造和使用方面的原因,具体如下。①液压系统的各种能量损失必然带来发热温升。液压装置一般损失情况和液压系统的能量损失情况见图8-8和图8-9,根据能量守恒定律,这些能量损失必然转化为另一种形式——热量,从而造成温升发热。②液压系统设计不合理,造成先天性不足。a.油箱容量设计太小,冷却散热面积不够,而又未设计安装有油冷却装置,或者虽有冷却装置但冷却装置的容量过小。b.选用的阀类元件规格过小,齿轮泵造成阀的流速过高而压力损失增大导致发热,例如差动回路中如果仅按泵流量选择换向阀的规格,便会出现这种情况。c.按快进速度选择液压泵容量的定量泵供油系统,在工进时会有大部分多余的流量在高压(工进压力)下从溢流阀溢回而发热。d.系统中未设计卸荷回路,‘停止工作时液压泵不卸荷,泵全部流量在高压下溢流,产生溢流损失发热,导致温升,有卸荷回路时但未能卸荷。e.液压系统背压过高,例如在采用电液换向阀的回路中,为了保证其换向可靠性,阀不工作时(中位)也要保证系统   的背压,以确保有   的控制压力使电液阀可靠换向,如果系统为大流量,则这些流量会以控制压力从溢流阀溢流,造成温升。f.系统管路太细、太长,弯曲过多,局部压力损失和沿程压力损失大,系统效率低。g.闭式液压系统散热条件差等。③加工制造和使用方面造成的发热温升。a.元件加工业精度及装配质量不良,相对运动件间的机械摩擦损失大。b.相配件的配合间隙太大,或使用磨损后导致间隙过大,内、外泄漏量大,造成容积损失大,例如泵的容积效率降低,温升快。c.液压系统工作压力高度不当,比实际需要高很多,有时是因密封调整过紧或密封件损坏,不得不调高压力才能工作。d.周围环境温度高、液压设备工作时产生的热量等原因使油温升高,以及机床工作e.油液黏度选择不当,黏度大则黏性阻力大,黏度太小则泄漏增大,两种情况均造成发热温升。



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