商用车齿轮式机油泵气蚀问题研究

王坚钢，丁良，邵嵩

（安徽华菱汽车有限公司重型专用车发动机重点实验室，安徽马鞍山243000）

商用车齿轮式机油泵气蚀问题研究

王坚钢，丁良，邵嵩

（安徽华菱汽车有限公司重型专用车发动机重点实验室，安徽马鞍山243000）

本公司开发的大功率发动机机油泵在进行耐久试验过程中，机油泵高压腔侧的泵体部位表面发生材料脱落，出现气蚀坑的现象。为此，采取在高压腔出现气蚀的位置，增加卸荷槽的方案，并进行了试验验证，成功解决了气蚀问题。关键词：机油泵；气蚀；卸荷槽

机油泵是发动机的关键部件，在整个发动机的润滑系统中起着决定性的作用。其功能是为润滑系统提供一定的油量和压力[1，2]，使润滑系统向发动机内的摩擦表面强制供油，保证让每一个摩擦副得到充分润滑，保证发动机能够在各种工况下正常运行。

气蚀现象为流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象。液体中的气泡在高压区被压破，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温，气泡的溃灭使气泡内所储存的势能转变成较小体积内流体的动能，使流体内形成流体冲击波，破坏金属表面上的保护膜，而使腐蚀速度加快。其特征是先在金属表面形成许多细小的麻点，然后逐渐扩大成洞穴，表面出现气蚀坑。

1 问题描述

在本公司最新研发的发动机项目中，第一批A样件的机油泵由国内某知名油泵厂提供。在试验台架进行100 h耐久试验后并进行拆解发现，在机油泵高压腔侧的泵体部位表面发生材料脱落，出现小凹坑，位置如图1所示，凹坑如图2所示。

图1 机油泵凹坑位置示意图

图2 机油泵凹坑实物图

2 机油泵结构

该机油泵为齿轮式，包括泵体，泵盖，主动轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮以及驱动齿轮等。泵盖扣于泵体上，形成齿轮式机油泵的工作腔，该工作腔包含进油腔和出油腔，即低压腔和高压腔。主动轴安装在泵体和泵盖上的主动轴安装孔内，从动轴安装在泵体和泵盖上的从动轴安装孔内，主动齿轮和驱动齿轮连接在主动轴上，从动齿轮连接在从动轴上。曲轴通过齿轮带动驱动齿轮旋转。在主动齿轮和从动齿轮相互啮合的过程中，机油从低压腔进入到高压腔，接着进入主油道，从主油道流入各个摩擦副，如图3所示。

图3 机油泵构造

3 机油泵耐久试验过程

3.1 试验边界条件[3，4，5]

试验在专用的脉冲试验台上进行，参见图4.试验油温为100~110℃，试验用油15W-40.循环周期参照表1，时间持续100 h.其它要求参照JB 51051-1999《内燃机机油泵产品可靠性考核》标准执行。

图4 机油泵耐久台架示意图

表1 耐久试验循环周期

3.2 耐久试验结果

本次耐久试验共有5个试件，在泵体高压腔侧均发现小凹坑，如图5所示。试验中已检查排除密封圈不严，因进气口进气产生的气蚀，也排除铸造缺陷的原因。由于小凹坑出现在高压腔侧，符合产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭，从而对泵体产生破坏作用的特征，判定为气蚀问题[6，7]。此外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，久而久之会使泵体击穿，不能正常工作。

图5 机油泵气蚀坑

4 整改措施及验证

解决油泵气蚀的方法有很多，例如，可以提高液面的压力，以提高有效气蚀余量；在合理的范围内尽量缩短管路，减小管路中的流速；采用抗气蚀的材料，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。

本论文采取的方法为在高压腔出现气蚀的位置，增加卸荷槽，降低气泡破灭位置的压力，释放高压油，避免产生气蚀，卸荷槽如图6所示。采用砂轮手工打磨的方式，制造了5个样件，槽深1mm，如图7所示。

图6 机油泵卸荷槽位置及简要尺寸示意图

图7 机油泵卸荷槽

按照上文提及的耐久试验方法，再次进行试验验证。实验结束并放置24 h后，对机油泵进行了性能复测，性能满足设计要求。之后，对机油泵进行拆解检查，无气蚀痕迹，如图8所示。

图8 机油泵拆解图片

后续，根据发动机开发进度，装配该款改进后的机油泵的发动机，进行多次1 000 h，2 000 h台架耐久试验，以及行车试验后，拆解也未再发现气蚀痕迹，得到了期待的结果。

5 结论

本文针对机油泵在耐久试验结束后，在机油泵高压腔侧的泵体部位表面发生材料脱落，出现小凹坑的问题，找到了一个简单有效，同时对机油泵性能的影响微乎其微的解决方案，即在高压腔出现气蚀的位置，增加卸荷槽。实践证明，该方法是一个经济有效的解决气蚀问题的方法，在实际中起到了立竿见影的效果。

[1]叶清.内啮合齿轮泵几何参数和流量脉动的研究[D].兰州：兰州理工大学，2007：33.

[2]林建亚，何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社，1988年.

[3]杨国来，司国雷，张守印，等.纯水液压锥阀结构的优化设计与流场的数值分析[J].液压与气动，2005（8）：80-82.

[4]杨国来，叶青，林男.纯水液压锥阀阀口流场气穴的CFD研究[J].机床与液压，2007（1）：148-150.

[5]郜立焕，刘世亮，杨毅，等.基于CFD的轴向柱塞泵配流盘仿真[J].液压与气动，2008（6）：42-44.

[6]盛敬超.液压流体力学[M].北京：机械工业出版社，1980.

[7]王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理和应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

Research on Cavitation Issues of Gear Oil Pump

WANG Jian-gang，DING Liang，SHAO Song
（Anhui Hualing Automobile Co.，Ltd.，Heavy Duty Vehicle Engine Key Laboratory，Maanshan Anhui 243000，China）

In durability test of oil pump，the spalling damage were found on the pump body’s surfaceon high pressure chamber side of the oil pump which was applied to the latest developmental high power engine，which is the cavitation phenomenon.In this thesis，In order to be against with cavitation，a unload groove is added on the area where has the caviation，then the test validation is taken，cavitaion issues was successfully resolved.

oil pump；cavitation；unload groove

TK422

A

1672-545X（2017）06-0237-02

2017-03-02

王坚钢（1984-），男，湖南宁乡人，中级工程师，本科，主要从事大马力柴油机的设计开发工作。