液壓元件的清潔度影響液壓系統(tǒng)的運(yùn)行壽命和可靠性，清潔度不符合要求會(huì)導(dǎo)致液壓元件在制造、使用、維修過(guò)程中因污染而壽命縮短。通過(guò)限定清潔度的最大值，可以達(dá)到以下效果：減輕磨粒磨損對(duì)元件內(nèi)表面造成的危害;減輕濾芯的阻塞和失效;減少回路中沉淀物造成的流量下降;減少污染物對(duì)軸承、密封材料的磨損;減少液壓元件摩擦副的損傷和腐蝕;提高液壓馬達(dá)、電磁換向閥工作的可靠性。良好的產(chǎn)品清潔度是液壓元件質(zhì)量可靠性的保證，國(guó)內(nèi)大型主機(jī)廠對(duì)各種類工程機(jī)械都有嚴(yán)格的清潔度內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。
目前對(duì)液壓元件的清潔度研究現(xiàn)狀：張東分析了油液元件常見的污染故障，從元件的制造、裝配和試驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)提出了液壓元件清潔度的控制方法;儲(chǔ)偉俊分析了液壓元件污染物故障的危害，得出對(duì)液壓元件清潔度質(zhì)量的控制，與油液進(jìn)行污染控制對(duì)確保液壓系統(tǒng)的高可靠性有著同樣重要的意義;臧波分析了液壓元件清潔度的計(jì)算與控制方法，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明液壓元件必須在設(shè)計(jì)、制造、裝配、噴漆、包裝環(huán)節(jié)制定嚴(yán)格的操作程序，并對(duì)出廠元件進(jìn)行清潔度檢測(cè);夏志新分析了液壓元件清潔度質(zhì)量的重要性，液壓元件在加工、裝配過(guò)程中如何有效控制污染，達(dá)到要求的清潔度質(zhì)量。本研究介紹了相關(guān)的清潔度標(biāo)準(zhǔn)情況，以及目前國(guó)內(nèi)液壓元件清潔度普遍不高的現(xiàn)狀。液壓系統(tǒng)清潔度檢測(cè)主要集中在汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)、推土機(jī)液壓系統(tǒng)、挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)、裝載機(jī)液壓系統(tǒng)等主機(jī)液壓系統(tǒng)。對(duì)于齒輪泵元件的出廠清潔度研究相對(duì)較少，本研究根據(jù)JB / T 7858— 2006對(duì)液壓齒輪泵生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生污染物的質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)量，并分析得出引入污染物最大的工序，提出最優(yōu)方案。
一、被測(cè)齒輪泵結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)流程
被測(cè)齒輪泵結(jié)構(gòu)
被測(cè)齒輪泵采用了“兩片式”新型結(jié)構(gòu)，減少了零件數(shù)量，大大提高了泵承載能力，能應(yīng)對(duì)較高的工作壓力和短期超高壓的工況。圖 1 為被測(cè)齒輪泵的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖 2 為被測(cè)齒輪泵的裝配示意圖，表 1 給出了被測(cè)齒輪泵性能參數(shù)。
被測(cè)齒輪泵的生產(chǎn)流程
被測(cè)齒輪泵生產(chǎn)過(guò)程包括：零件外協(xié)加工、標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)、總成裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 4 個(gè)過(guò)程。其中零件外協(xié)加工主要包括前蓋、泵體、主動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒輪、側(cè)板、側(cè)板密封圈、側(cè)板擋圈等 7 種零件;標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)包括孔用彈性擋圈、外置軸承、滑動(dòng)軸承、油封、堵油螺釘、圓柱銷、片間密封圈、螺栓、墊圈等 8 種零件。出廠試驗(yàn)主要包含空載試驗(yàn)、掃膛試驗(yàn)、容積效率試驗(yàn);噴漆主要包含噴底漆、面漆和烘干過(guò)程。
其中裝配過(guò)程主要包括：前蓋分總成裝配過(guò)程，將油封 9 與外置軸承 7 用壓力機(jī)壓入前蓋 1，將孔用彈性擋圈 6 裝入前蓋 1 孔槽，再將 2 個(gè)滑動(dòng)軸承壓入前蓋 1 的滑動(dòng)軸承孔，最后裝入堵油螺釘 12;泵體分總成裝配過(guò)程，將 2 個(gè)滑動(dòng)軸承裝入泵體的滑動(dòng)軸承孔;側(cè)板分總成裝配過(guò)程，將側(cè)板密封圈 10 和側(cè)板擋圈 11 抹上黃油后裝入側(cè)板 5 密封槽;齒輪泵整泵裝配流程，先將泵體分總成正放在裝配工作臺(tái)上，將側(cè)板分總成裝入泵體分總成齒輪孔內(nèi)，將主齒輪 3、從齒輪 4 裝入泵體分總成齒輪孔內(nèi)，將另外一個(gè)側(cè)板分總成裝入泵體分總成齒輪孔內(nèi)，在泵體分總成內(nèi)裝入 2 個(gè)圓柱銷 13，在泵體分總成片間密封槽內(nèi)裝入 O 形密封圈 14，最后將前蓋分總成裝在泵體分總成上面，并用螺栓 15 與墊圈 16 連接并擰緊。
二、齒輪泵清潔度檢測(cè)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
齒輪泵零件的清潔度測(cè)量流程
根據(jù) JB / T 7858—2006 出廠齒輪泵進(jìn)行污染物質(zhì)量測(cè)量。齒輪泵中零件引入內(nèi)部污染物的零件主要有：前蓋、泵體、主動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒輪、側(cè)板、滑動(dòng)軸承、油封、側(cè)板密封圈、側(cè)板擋圈、堵油螺釘、片間密封圈。用石油醚裝入噴壺，將噴嘴對(duì)準(zhǔn)上述零件結(jié)合毛刷進(jìn)行清洗，上述零件清洗過(guò)程如圖 3 ～ 圖 8 所示。將上述沖洗后的石油醚溶液過(guò)濾、烘干后使用天平測(cè)量污染物質(zhì)量。
齒輪泵清潔度標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于液壓齒輪泵清潔度標(biāo)準(zhǔn)有：JB / T 7858— 1995、JB / T 7858—2006 是液壓元件清潔度評(píng)定方法及液壓元件清潔度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn);JB / T 7041—1993、JB / T 7041—2006、JB / T 7041. 2—2020是液壓齒輪泵的技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了液壓齒輪泵的清潔度。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)列出齒輪泵清潔度指標(biāo)要求如表 2 所示。
三、齒輪泵清潔度檢測(cè)
齒輪泵清潔度檢測(cè)方案
對(duì)齒輪泵清潔度的檢測(cè)分為 3 個(gè)階段，如表 3 所示，第Ⅰ階段：確定污染物主要來(lái)源于廠外工序還是廠內(nèi)工序;第Ⅱ階段：若廠外工序產(chǎn)生污染物大于廠內(nèi)，則分別對(duì) 1-1 前蓋加工、1-2 后蓋加工、1-3 齒輪加工、1-4 側(cè)板加工、1-5 標(biāo)準(zhǔn)件加工進(jìn)行清潔度檢測(cè)，若廠內(nèi)工序產(chǎn)生污染物大于廠外，則分別對(duì) 2-1 裝配、2-2 出廠試驗(yàn)、2-3 噴漆工序進(jìn)行清潔度檢測(cè);第Ⅲ階段：根據(jù)第Ⅱ階段的檢測(cè)結(jié)果判定出引入污染物最多的工序，再對(duì)應(yīng)表 3 第Ⅲ階段工序進(jìn)行清潔度檢測(cè)。
齒輪泵第 I 階段清潔度測(cè)量
對(duì)齒輪泵第Ⅰ階段清潔度測(cè)量如圖 9 所示，在零件倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)取 5 臺(tái)泵的零件，包含前蓋、泵體、主動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒輪、側(cè)板、滑動(dòng)軸承、油封、側(cè)板密封圈、側(cè)板擋圈、堵油螺釘、片間密封圈。拆包裝后按照?qǐng)D 3 ～ 圖 5 使用石油醚進(jìn)行清洗，將清洗后的石油醚過(guò)濾、烘干使用天平測(cè)量污染物質(zhì)量，測(cè)量結(jié)果如圖 10 所示，計(jì)算 5 臺(tái)泵零件的平均引入污染物質(zhì)量是 m1。
將上面清洗好的齒輪泵零件進(jìn)行裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆，噴漆完成后將齒輪泵拆解成分總成及零件形式，使用石油醚對(duì)齒輪泵內(nèi)部零件：主齒輪、從齒輪、側(cè)板、油封、側(cè)板密封、側(cè)板擋圈，及泵體、前蓋內(nèi)表面進(jìn)行清洗、過(guò)濾、烘干、稱重后得出齒輪泵生產(chǎn)過(guò)程引入的污染物質(zhì)量，測(cè)量結(jié)果如圖 10 所示，計(jì)算 5 臺(tái)泵零件的平均引入污染物質(zhì)量是 m2 。
由圖 10 可得，外協(xié)加工零件與采購(gòu)零件的平均污染物質(zhì)量 m1 = 17. 8 mg，齒輪泵經(jīng)過(guò)裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆后的污染物質(zhì)量是 m2 = 41.5 mg，所以必須對(duì)裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)階段產(chǎn)生的污染物質(zhì)量進(jìn)行分析。
齒輪泵總的污染物質(zhì)量 m0 的計(jì)算見式(1)：
帶入數(shù)據(jù)得出 m0 =17.8 + 41.5 = 59.3 mg。
由表 1 可知上述齒輪泵的排量是 81. 5 mL / r，其總污染物質(zhì)量是 59. 3 mg，超過(guò)了 JB / T 7858—1995 的 50 mg，不符合 JB / T 7858—1995，因此需要確定污染源并提出改進(jìn)措施。
第Ⅱ階段清潔度測(cè)量
為探究裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)工序產(chǎn)生的污染物質(zhì)量，確定污染源，需對(duì)裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)階段產(chǎn)生的污染物質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，如圖 11 所示。
由圖 11 可知零件外協(xié)加工零件和采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件引入污染物質(zhì)量為 n1 ，裝配過(guò)程產(chǎn)生的污染物質(zhì)量為 n2 ;出廠試驗(yàn)后檢測(cè)引入污染物質(zhì)量 n3 ，包含裝配和出廠試驗(yàn) 2 個(gè)工序引入污染物的質(zhì)量;噴漆完成后拆解檢測(cè)其污染物質(zhì)量為 n4 ，包含裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)工序引入污染物的質(zhì)量，污染物測(cè)量結(jié)果如圖 12 所示。按表 4 所示公式計(jì)算出廠試驗(yàn)過(guò)程引入污染物質(zhì)量是：n5 = n3-n2 ，噴漆過(guò)程中引入污染物質(zhì)量是 n6 = n4-n3 ，經(jīng)過(guò)檢測(cè)齒輪泵每個(gè)工序引入污染物的質(zhì)量如圖 13 所示。
通過(guò)此階段檢測(cè)，由圖 13 可知，產(chǎn)生污染物最大的工序是裝配過(guò)程，其次是外協(xié)加工、噴漆過(guò)程、出廠試驗(yàn)過(guò)程。因此為探究污染物來(lái)源，需要對(duì)裝配階段工序進(jìn)行細(xì)分，再分別進(jìn)行檢驗(yàn)。
第Ⅲ階段齒輪泵清潔度測(cè)量
第Ⅲ階段稱重法測(cè)量裝配過(guò)程中污染物質(zhì)量，主要包含前蓋分總成裝配、后蓋分總成裝配、側(cè)板分總成裝配，主從齒輪油端面油石打磨 3 部分，如圖 14 所示。需要對(duì)各分總成裝配過(guò)程中引入污染物的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。
前蓋分總成裝配是使用壓力機(jī)和專門工裝把油封壓入前蓋油封孔，使用壓力機(jī)和專門工裝將滑動(dòng)軸承壓入滑動(dòng)軸承孔;側(cè)板分總成裝配是使用黃油將側(cè)板密封和擋圈粘在側(cè)板密封槽中，防止其裝配時(shí)脫落，產(chǎn)生誤裝配現(xiàn)象，如圖 15 所示;齒輪端面油石打磨是用油石打磨齒輪兩端面，防止刮傷側(cè)板。
首先進(jìn)行前蓋分總成、泵體分總成引入污染物質(zhì)量檢測(cè);再進(jìn)行側(cè)板分總成裝配檢測(cè)，齒輪油石打磨后引入污染物檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖 16 所示：前蓋分總成、泵體分總成裝配引入的污染物平均質(zhì)量為 4 mg/臺(tái)，主從齒輪油石打磨引入污染物質(zhì)量為 3 mg / 臺(tái)，側(cè)板分總成裝配引入的污染物平均質(zhì)量為 35.4 mg / 臺(tái)。說(shuō)明前后分總成、后蓋分總成裝配、齒輪油石打磨不是主要污染源，側(cè)板分總成裝配是主要污染源。
側(cè)板分總成污染物質(zhì)量檢測(cè)
上節(jié)確定側(cè)板分總成裝配是主要污染源。側(cè)板分總成由 3 個(gè)零件組成：側(cè)板、側(cè)板密封、側(cè)板擋圈，該 3 種零件在前述工序中已被清洗干凈，不會(huì)引入污染物。最有可能引入污染物的是用于粘結(jié)側(cè)板密封和擋圈的黃油。對(duì)側(cè)板分總成中的黃油進(jìn)行污染物檢測(cè)，選取側(cè)板分總成裝配時(shí)同等質(zhì)量的黃油，倒入 0.5 mL 石油醚測(cè)量清潔度;選取 0.5 mL 石油醚測(cè)量清潔度，進(jìn)行 對(duì)比分析，結(jié)果如表 5 所示，確定齒輪泵裝配過(guò)程中，黃油是引入污染物質(zhì)量主要來(lái)源，需進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
四、優(yōu)化工藝后的齒輪泵污染物質(zhì)量檢測(cè)
由于液壓油也有粘性，采用 100 號(hào)高黏度液壓油替代黃油將側(cè)板密封和擋圈粘結(jié)在側(cè)板槽內(nèi)。將粘結(jié)側(cè)板與側(cè)板密封、擋圈的黃油換成 100 號(hào)高黏度液壓油，齒輪泵零件清洗后，測(cè)量其裝配后、出廠試驗(yàn)后、噴漆后的污染物質(zhì)量，如圖 17 所示，其裝配后引入污染物平均質(zhì)量是 12 mg / 臺(tái) ，比使用黃油粘結(jié)的側(cè)板降低 了 23.4 mg，說(shuō)明優(yōu)化改進(jìn)方案可行。
五、討論
現(xiàn)代工程機(jī)械液壓系統(tǒng)向著高壓、大流量、高精度、高效率發(fā)展，液壓油液中的污染物會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害，液壓系統(tǒng)故障大部分都是由污染物造成的，尤其是固體顆粒污染，可導(dǎo)致元件磨損，影響其性能與壽命。以新出廠的某型號(hào)液壓齒輪泵為研究對(duì)象，根據(jù)主機(jī)廠反饋其清潔度較低，不符合要求，通過(guò)試驗(yàn)確定最大污染源并進(jìn)行改進(jìn)。
(1) 將其生產(chǎn)過(guò)程分成廠內(nèi)和廠外兩個(gè)階段，廠外階段包括外協(xié)加工和外協(xié)采購(gòu)，廠內(nèi)階段包括裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)工序。首先分別用稱重法測(cè)量廠外階段和廠內(nèi)階段的污染物質(zhì)量，得出廠內(nèi)污染物質(zhì)量要大于廠外污染物質(zhì)量，故重點(diǎn)分析廠內(nèi)的裝配、出廠試驗(yàn)和噴漆過(guò)程產(chǎn)生污染物量的大小。
(2) 使用稱重法對(duì)廠內(nèi)的裝配、出廠試驗(yàn)、噴漆 3 個(gè)工序進(jìn)行污染物質(zhì)量測(cè)量，測(cè)量對(duì)象是 5 套經(jīng)過(guò)清洗后的整泵零件，在完成整泵裝配后拆解測(cè)量其內(nèi)部污染物質(zhì)量即可得出裝配后污染物質(zhì)量，測(cè)量完成后零件污染物質(zhì)量近似為零，再進(jìn)行齒輪泵裝配和出廠試驗(yàn)，得出的污染物質(zhì)量包含裝配和出廠試驗(yàn) 2 個(gè)部分，故需要減去裝配部分得出的污染物質(zhì)量即可得出廠試驗(yàn)污染物質(zhì)量;同理后面測(cè)量得出噴漆后的污染物質(zhì)量要減去裝配和出廠試驗(yàn)引入污染物的質(zhì)量;最后確定廠內(nèi)的裝配工序引入污染物質(zhì)量最多，下一步要對(duì)裝配工序做細(xì)分檢測(cè)其污染物質(zhì)量。
(3)對(duì)裝配工序的前蓋分總成、泵體分總成、側(cè)板分總成、主從齒輪進(jìn)行污染物測(cè)量，最終確定最大污染源是側(cè)板分總成裝配時(shí)的黃油，黃油屬于潤(rùn)滑脂類，是半固體潤(rùn)滑劑，使用稱重法進(jìn)行清潔度檢測(cè)時(shí)，不能將其顆粒物過(guò)濾掉，故其增加了污染物質(zhì)量。需要提出改進(jìn)措施，確定替換黃油的物質(zhì)。
(4) 選用高黏度潤(rùn)滑油作為替換黃油的粘性物質(zhì)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其能夠?qū)崿F(xiàn)功能，并且降低了裝配過(guò)程的污染物質(zhì)量。
六、結(jié)論
本研究采用稱重法測(cè)量了某型號(hào)液壓齒輪泵的清潔度，確定側(cè)板裝配的黃油是影響清潔度的主要因素，并提出改進(jìn)措施：使用高黏度液壓油替代黃油將側(cè)板密封和擋圈粘結(jié)在側(cè)板密封槽內(nèi)。
(1) 在齒輪泵生產(chǎn)過(guò)程中引入污染物量最大的是裝配過(guò)程，其次是外協(xié)加工過(guò)程、噴漆過(guò)程、出廠試驗(yàn)過(guò)程。
(2) 確定裝配過(guò)程引入污染物過(guò)多的原因是使用黃油進(jìn)行側(cè)板分總成裝配。
(3) 使用高黏度液壓油能夠替換黃油，并能夠有效降低液壓齒輪泵污染物質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)略.