2300型压裂车散热系统变量泵损坏分析

韩旭辉 王海军

摘要：针对压裂车变量泵花键轴及轴套失效问题，分别从硬度分析、安装形式分析、部件结构分析等方面开展了分析研究，查找出变量泵花键轴与轴套之间的固定是主要原因，同时对部件结构、装配提出改进要求，解决变量泵损坏问题。

关键词：压裂车;变量泵;故障分析

2300型压裂车是我公司于2017年投入使用的最大水马力压裂设备，该套设备国内制造，投入进行初步调试使用后，在出现的设备故障中，该车型台上散热系统液压变量泵故障为该套设备常见问题，多次故障导致变量泵维修，影响了正常生产进度。

2300型压裂车的散热系统采用卧式结构冷却系统，通过变量泵驱动液压风扇马达带动风扇工作，实现发动机、传动箱和压裂泵等油、水系统的冷却。所使用的变量泵为力士乐 A4VG180DT1/32L-NZD02F001P，该泵广泛使用与设备液压取力系统，是民用领域功能及质量较为先进的取力泵。

2300压裂车现场使用过程中出现多起变量泵故障的问题，影响设备正常作业，针对变量泵损坏故障原因进分析，提出解决方案，为压裂车散热系统长时间有效工作提供了保障。

一、故障原因分析

（一）变量泵损坏情况统计

通过对2018年、2019年2300压裂车变量泵损坏问题进行收集、分析，损坏情况主要分为一下三类：

1.变量泵与花键套之间的盖板连接螺丝松动脱落。

2.变量泵花键轴与花键套损坏。

3.变量泵与发动机连接齿盘损坏。

通过对设备两年使用过程中变量泵出现的问题进行分析，连接螺丝松动占比60%，花键轴及花键套损毁占比30%，齿盘损坏占比10%。

（二）原因分析

（三）变量泵部件材料硬度分析

查询变量泵设计要求，对花键轴及轴套等进行硬度试验，经测定变量泵花键轴表面硬度HRC4-56.5（要求硬度HRC49.1～52.3），轴套表面硬度HRC29.4-31.2（要求硬度HRC29.2～34.2），花键轴及轴套硬度符合技术要求，但是花键轴表面硬度高于轴套表面硬度。

两者表面硬度均符合要求，且花键轴表面硬度更高，出现故障时最先磨损的是花键套，有利于保护变量泵花键轴不受损坏。

（四）变量泵安装形式分析

2300压裂车变量泵安装在发动机飞轮端，变量泵花键轴通过轴套与齿盘连接，两者之间通过螺丝连接，齿盘与发动机飞轮端内齿盘嚙合传输动力。

通过对安装结构分析，花键轴与轴套之间采用一根螺丝进行连接，该螺丝无锁紧装置，且为正扣。发动机带动变量泵运转过程中，连接螺丝因震动等因素出现松动，导致花键轴与轴套出现轴向位移，啮合部位变小，单位面积受力变大。同时花键套在运转过程中会出现径向位移，导致花键轴与轴套不同心。轴向及径向应力不均匀，在高转速下，加剧了变量泵花键轴及轴套的磨损。变量泵失效，风扇马达驱动失效，风扇停转后，台上散热系统出现高温。

（五）部件结构分析

通过拆解查看，变量泵花键轴与轴套只有一半啮合工作（图五），在连接螺丝松动或者脱落时，由于轴向位移，导致啮合面积会更小，花键轴及轴套单位面积受力变大，极易导致两者磨损。

二、故障结论

1.通过上述分析，变量泵本体及花键轴并无问题，且在多次故障过程周变量泵本体未出现故障，且该型号变量泵应用广泛，设备生产厂家及维修人员对该型号泵的质量都进行验证，可以排除变量泵质量问题。

2.通过拆解拆看及损坏情况分析，变量泵损坏时均出现连接螺丝脱落的现象，且螺丝脱落后会引起轴套轴向、径向位移，导致啮合面积减小，啮合部位受力不均，加速花键轴与轴套磨损。

3.变量泵花键轴为成品件，与轴套只有一半相互啮合工作，螺丝松动使得啮合面积进一步减小。

三、改进建议

1.花键轴与键套啮合面过短，间隙配合面仅前半部分啮合，啮合面承受较大的径向力，加速了花键轴及轴套的磨损，造成配合间隙增大，影响变量泵的使用的使用寿命。

改进措施：按照设计要求重新加工花键轴，加大花键轴与轴套的接触面积，可以降低单位面积的受力，延长花键轴及轴套使用时间。

（一）改进花键轴与轴套连接形式，可以通过增加锁片、挡板、将连接螺丝设计为反扣的形式，避免变量泵使用过程中螺丝松动的现象，可以从根本上解决变量泵损坏频繁的问题。

（二）采用的联轴器其主要材质为橡胶。在野外环境中，保养不到位会影响动力传递的稳定性和其使用寿命。

如将传动方式改换为传动轴万向节连接，结构简单可靠，传动效率稳定，维护和更换方便快捷，使用寿命较长。同时，维修材料相对易获得，采购周期短，价格相对比较便宜。