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齿轮泵壳体振动产生的原因及啮合过程

2018-12-01 09:31:43
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液压泵是整个液压系统的心脏,负责将机械能转变成液压能,为系统提供压力油,一旦发生故障,必将影响整个液压系统的性能,以至导致液压系统瘫痪。因此,对液压泵的状态监测与故障诊断显得重要。齿轮泵是液压系统中较为常用的液压泵之一,它具有体积小、重量轻、工作及对液压油的污染不太敏感等优点,因此广泛应用于各种液压机械上,特别是工程机械的工作条件比较恶劣,选用齿轮泵较为适宜。

由齿轮泵的工作原理分析,齿轮泵壳体振动产生的原因可归诸于机械和液压2个方面。

1)机械振动方面:齿轮泵齿轮振动是由于弹性系统受激响应的结果。齿轮泵的2个齿轮在啮合过程中,齿轮在交变的激振力作用下将会激起圆周振动、径向振动以及轴向振动。引起交变激振力的因素很多,主要是由齿轮本身的原因产生,如齿轮的放置不平衡、齿轮端面粗糙度、接触面的磨损及各种缺陷、齿轮制造的各种误差等所致。由此可使齿轮泵产生冲击性的、周期性的或随机性的振动。

2)液压振动方面:流体振动产生的原因主要有两部分,一部分是由于齿轮泵在工作过程中由吸、排油过程的压力冲击形成的周期振动。齿轮泵的输出是不均匀的,泵把吸入的液体分隔成一系列分离体积。在压缩过程中,这些体积的液体在压油腔中汇合并输到系统中去,汇合的流量具有固有脉动,当受到系统的阻抗时就形成了压力脉动。齿轮泵的流量受齿的逐个啮合影响,而呈周期性规律脉动变化。由流量脉动引起的压力脉动会使齿轮泵产生强烈的振动与噪声。另一部分是泵在吸油时,由于吸油不畅或吸油进气所引起的气穴现象造成的。

齿轮泵泵壳振动信号中包含着丰富的信息,齿轮泵发生故障时振动信号的特征也将发生变化,而且振动信号相对来说较容易测取,因此可以将振动信号作为主要的诊断参数之一。

对齿轮泵的振动信号运用频谱分析、时域平均等方法进行了分析。时域同步平均可以突出周期性成分,   地提取齿轮磨损故障下的信号特征。功率谱的谱峰分布不同,对应的故障状态不同,可以用频谱分布实现泵的故障模式识别。别处,泵壳振动强度随工作压力的上升而增局。

为了齿轮泵中齿轮平稳地啮合运行,吸压油腔严格密封,以及能均匀而连续地输出工作介质,   使齿轮啮合重合系数x>1。也就是说在一对轮齿即将脱开啮合前,后一对轮齿又进入啮合状态,所以这段时间内,同时啮合的就有两对轮齿。这时留在齿间的工作介质就困在两对轮齿形成的一个密封腔中,当齿轮继续运转时,这个空间的容积逐渐减小,直到两个啮合点处于节点两侧的对称位置时,空间容积减至较小。由于工作介质的可压缩性很小,当封闭空间的容积减小时,被封闭的液体受挤压,压力急剧升高,以至远远超过齿轮泵的输出压力,于是工作介质从零件接合面的两侧缝隙中强行挤出,使轴和轴承受到很大的冲击载荷,增加了功率损失,并使工作介质发热,引起振动和噪声,降低了齿轮泵的工作稳定性和寿命。

齿轮继续运转,这个密封空间的容积又逐渐增大。当容积增大时,形成真空,产生气泡,带来气蚀、振动、噪音等危害。这种冲击载荷又随着困油容积减小和增大而不断地   迭而交替变化,而且要叠加到原有载荷上去。虽然困油容积存在的时间很短,但出现的频率却很高,这一交变载荷带有周期冲击性质。

以上是对困油现象的一般描述,实际上,在小侧隙或无侧隙的情况下,单齿啮合也会发生困油现象。在小侧隙或无侧隙齿轮泵中,单齿啮合时,齿轮泵要形成两个困油闭死容腔;双齿啮合时,齿轮泵要形成三个困油闭死容腔。困油现象对齿轮泵工作性能和寿命影响非常大。

降低齿轮泵困油区的压力,是提高齿轮泵工作性能的一个重要方面,学者做了大量工作,其中,卸荷槽法是较   方法,而且   了广泛的应用。对困油压力的   多用理论分析的方法,但关于测量困油区的压力方法的文献并不多见,提到了一种测量方法,但实施起来比较困难。