新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)油泵原理與作用

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)行業(yè)往往將內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)比喻人體的血液循環(huán)系統(tǒng)， 那么機(jī)油泵就可與人體心臟相比擬。機(jī)油泵的作用是將油底殼里的機(jī)油經(jīng)過增壓后壓送到機(jī)油濾清器和各潤(rùn)滑油道，以潤(rùn)滑柴油發(fā)電機(jī)的各主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件，并使機(jī)油得到濾清。機(jī)油泵多為齒輪泵，由齒輪泵體等組成，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，凸輪軸帶動(dòng)泵體的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，機(jī)油泵不斷工作，從而保證機(jī)油在潤(rùn)滑油路中不斷循環(huán)。在柴油發(fā)電機(jī)各種工況下，機(jī)油泵都應(yīng)保證供給足夠的潤(rùn)滑油。由于機(jī)油泵的轉(zhuǎn)速與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，低轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)油泵供油能力較差?？得魉构驹?/span>本章中主要著重介紹柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)以及對(duì)機(jī)油泵的基本要求、原理、結(jié)構(gòu)及其作用。

 

一、潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)機(jī)油泵的要求

 

      根據(jù)各種潤(rùn)滑系統(tǒng)和不同的布置，從而可知，系統(tǒng)內(nèi)部有許多地方需要潤(rùn)滑。所以機(jī)油泵就很顯然成了保證機(jī)油分配的重要部件，各種系統(tǒng)將會(huì)對(duì)機(jī)油泵提出不同的要求。除特殊要求外，其基本要求式一致的，歸納如下：

（1）柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，機(jī)油泵應(yīng)盡快吸油并建立起系統(tǒng)油壓；

（2）柴油機(jī)在長(zhǎng)期停車后，啟動(dòng)時(shí)機(jī)油泵必須能迅速吸油使機(jī)油壓力上升；

（3）柴油機(jī)啟動(dòng)后，機(jī)油泵泵出的油應(yīng)迅速輸送到潤(rùn)滑系統(tǒng)的最遠(yuǎn)點(diǎn)；

（4）在所有運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，必須保證機(jī)油泵有一個(gè)恒定且不受干擾的吸油量；

（5）柴油機(jī)在各種傾側(cè)位置工作時(shí)，皆能保證正常吸油，機(jī)油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要有防止空氣吸入的措施

（6）柴油機(jī)冷車啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)油壓不能過高（過高的油壓將導(dǎo)致機(jī)油泵或機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器等部件遭到破壞，使各種密封處產(chǎn)生泄漏）；

（7）在各種工況下，系統(tǒng)油壓應(yīng)滿足各潤(rùn)滑點(diǎn)及冷卻點(diǎn)的要求，油壓要相對(duì)平穩(wěn)，不能忽高忽低；

（8）怠速高溫時(shí)，油壓不能過低（過低的油壓將引起遠(yuǎn)處潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑不足）；

（9）在所有的工作情況下，不管潤(rùn)滑油的粘度和柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況如何，都應(yīng)該保證潤(rùn)滑油不斷地送給所有受摩擦的零件；

（10）機(jī)油泵要有足夠的儲(chǔ)備容量，不但要滿足新柴油機(jī)的要求，而且要滿足正常磨損造成的過大油量的需要；

（11）機(jī)油泵所消耗的功率要較?。礄C(jī)械效率要高）；

（12）發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)（尤其是輕型汽車、轎車）要求機(jī)油泵重量輕；

（13）機(jī)油泵工作時(shí)噪聲低。

      綜上所述，機(jī)油泵必須具備良好的吸油性能，較佳的密封性，足夠的流量，供油量受油壓、油溫變化（即油的粘度變化）的敏感性小，油壓平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，不產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，消耗功率較小，使用壽命較長(zhǎng)，機(jī)油泵供油特性要滿足柴油機(jī)所有工況（包括正常磨損后）的需要。

 

圖1  6B系列康明斯轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵

圖2  K19系列康明斯齒輪式機(jī)油泵

 

二、機(jī)油泵供油量的估算

 

      機(jī)油泵供油量應(yīng)該保證對(duì)柴油機(jī)的軸承、活塞、氣缸、連桿、曲軸等運(yùn)動(dòng)件摩擦副及輔助裝置（如離心式透平增壓管、真空泵）有足夠的潤(rùn)滑和冷卻等作用，并要保證在油泵和被潤(rùn)滑零件因磨損而引起的間隙加大情況下也能迅速全部給予潤(rùn)滑。同時(shí)還要考慮到經(jīng)過限壓閥直接回到曲軸箱的油量（這部分油量約占機(jī)油泵供油量的40%）?？紤]到柴油機(jī)進(jìn)一步強(qiáng)化的可能性等因素。總之，機(jī)油泵的供油量應(yīng)保證柴油機(jī)在最困難的條件下（如高溫、低速大負(fù)荷）潤(rùn)滑可靠，它的供油量應(yīng)大于循環(huán)油量，但不宜過大，因?yàn)榕酝ǖ臐?rùn)滑油太多必然要導(dǎo)致機(jī)油泵消耗功率增加，濾清器尺寸過大和機(jī)油氧化變質(zhì)加劇。

      機(jī)油泵的供油量一般以下式選取：

Q_p=（1.5～2）Q_M........................（公式1）

式中，Q_p—機(jī)油泵供油量，L/min；

Q_M—柴油機(jī)主道機(jī)油循環(huán)油量，kgL/kw.h；

      而Q_M可按式（2）估算

Q_M=K₁｛（q_c•N_e）/（ρ•c•?t）｝........................（公式2）

式中，N_e—標(biāo)定功率，kw；

q_c—被機(jī)油泵帶走的熱量，kgL/kw.h；

ρ—機(jī)油密度，kg/L；

c—機(jī)油比熱，一般為1.6～2.1kj/kg·°c；

?t—柴油機(jī)進(jìn)出油溫差，°c；

K₁—系數(shù)，考慮摩擦面磨損后間隙變大，分流作用和必要的儲(chǔ)備量，一般取1.5～2.5。

 

三、機(jī)油泵原理與分類

 

      機(jī)油泵是柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中最重要的部件，其功能是將機(jī)械能傳給潤(rùn)滑油，使其具有一定的液壓能，并按照一定的流量和壓力流動(dòng)到柴油機(jī)各潤(rùn)滑點(diǎn)。用于潤(rùn)滑系統(tǒng)的機(jī)油泵，其工作壓力一般在0.10～1.2Mpa之間，大部分處于0.3～0.45Mpa，轉(zhuǎn)速一般為700～4500r/min,供油量范圍隨柴油機(jī)的要求而異，小的不足1L/min，大的超過200L/min。

1、柱塞泵工作原理

      柱塞泵主要由凸輪、斜面、柱塞、齒輪、蝸桿、彈簧、銷子及殼體等零件組成，柱塞泵工作原理圖如圖2-1所示。柱塞泵中間部分為一齒輪與蝸桿嚙合，而蝸桿由曲軸減速驅(qū)動(dòng)，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞端部斜面沿導(dǎo)銷作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞同時(shí)也轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)柱塞切口朝向吸油孔時(shí)，柱塞向右移動(dòng)進(jìn)行吸油；當(dāng)柱塞切口朝向出油口時(shí)，柱塞向左移動(dòng)進(jìn)行壓油，。如此往復(fù)循環(huán)，起到了泵油作用。凸輪通過控制桿與節(jié)氣門連動(dòng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)凸輪位于圖中虛線位置，此時(shí)柱塞行程最大，約2.5mm。

2、轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵  

      康明斯B、C系列柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)油泵為轉(zhuǎn)子式，機(jī)油泵由曲軸正時(shí)齒輪通過一個(gè)惰輪驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵由殼體、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和泵蓋等組成。結(jié)構(gòu)如圖3所示，原理如圖4所示。

      內(nèi)轉(zhuǎn)子用鍵或銷子固定在轉(zhuǎn)子軸上，由曲軸齒輪直接或間接驅(qū)動(dòng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子中心的偏心距為e，內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子一起沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

      內(nèi)轉(zhuǎn)子固定在主動(dòng)軸上，外轉(zhuǎn)子在殼內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間有一定的偏心距。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在內(nèi)、外轉(zhuǎn)子及殼體端面間形成4個(gè)工作腔。某一工作腔從進(jìn)油孔轉(zhuǎn)過時(shí)，容積增大，產(chǎn)生真空，潤(rùn)滑油便經(jīng)進(jìn)油孔吸入；轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，腔內(nèi)容積減小，油壓升高，當(dāng)該工作腔與出油孔相通時(shí)，潤(rùn)滑油便經(jīng)出油孔壓出。

       轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵結(jié)構(gòu)緊湊，吸油真空度高，泵油量較大且供油均勻，噪聲小。因此在中小功率高速柴油發(fā)電機(jī)上應(yīng)用越來越廣泛。

       隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，齒輪油泵會(huì)出現(xiàn)泵油不足，甚至不泵油等故障，主要原因是有關(guān)部位磨損過大；如果，內(nèi)外齒輪式機(jī)油泵故障了，維修人員可用塞尺檢查泵體與外齒輪間隙、內(nèi)齒輪與月牙塊間隙、外齒輪與月牙塊間隙；用塞尺檢查泵蓋與內(nèi)、外齒輪端間隙即可。

 

圖3  轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵原理圖

圖4  轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵結(jié)構(gòu)圖

 

3、齒輪式機(jī)油泵  

      主動(dòng)齒輪為內(nèi)齒輪，被動(dòng)齒輪為外齒輪，以同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將油儲(chǔ)存在內(nèi)外齒輪間的月牙塊間，以產(chǎn)生吸送油作用，原理如圖5所示。內(nèi)外齒輪式機(jī)油泵主要由內(nèi)齒輪、外齒輪、泵體、泵蓋、限壓閥和機(jī)油集濾清器等組成，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

      N系列柴油發(fā)電機(jī)機(jī)油泵采用外置式單級(jí)齒輪泵，齒輪泵通過外接的油管與油底完中的集濾器相連吸油。

      K系列所有的機(jī)油泵都裝于缸體后端的底部，并由曲軸后端的齒輪驅(qū)動(dòng)。機(jī)油泵泵體內(nèi)裝有主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，每個(gè)齒輪軸兩端有襯套支承，機(jī)油泵共有4個(gè)襯套，其中2個(gè)在泵蓋內(nèi)，另外2個(gè)在泵體內(nèi)。

      機(jī)油泵總成的出口處裝有一個(gè)高壓泄壓閥，泄壓閥的作用是當(dāng)潤(rùn)滑油壓力過高時(shí)使部分潤(rùn)滑油直接流回油底殼，避免過高的潤(rùn)滑油壓力造成機(jī)油泵、機(jī)油冷卻器、機(jī)油濾清器等一系列零部件的損壞。特別在冷起動(dòng)時(shí)，過高的機(jī)油壓力會(huì)損壞潤(rùn)滑系統(tǒng)的其他部件。

      機(jī)油泵的使用性能取決于齒輪與泵體的配合間隙。齒輪與泵體的徑向間隙一般不超過0.2mm，齒輪端面間隙不超過0.05～0.2mm。間隙過大，潤(rùn)滑油壓力降低，泵油量減少。在泵體與泵蓋之間有調(diào)整墊片，既可以用來調(diào)整齒輪的端面間隙又可以防止漏油。機(jī)油泵不可修理，如果機(jī)油泵內(nèi)部的零件有超出技術(shù)規(guī)格的過度磨損，則必須更換機(jī)油泵。

 

圖5  齒輪式機(jī)油泵原理圖

圖6  齒輪式機(jī)油泵結(jié)構(gòu)圖

 

4、葉片泵工作原理

5、螺桿泵工作原理

      常用螺桿泵是由泵體、一個(gè)主動(dòng)螺桿和兩個(gè)從動(dòng)螺桿相互嚙合構(gòu)成，即所謂三螺桿泵。從動(dòng)螺桿一般位于主動(dòng)螺桿對(duì)稱的兩側(cè)。在垂直于軸線上的剖面上，主從動(dòng)螺桿的齒形由幾對(duì)共軛曲線組成。螺桿的嚙合線把主從動(dòng)螺桿的螺旋槽分割成若干個(gè)密封工作空間，當(dāng)主動(dòng)螺桿由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)時(shí)，就帶動(dòng)兩個(gè)從動(dòng)螺桿回轉(zhuǎn)。由于他們的螺紋相互嚙合著，所以隨著空間嚙合曲線的移動(dòng)，密封工作空間就沿軸向由吸油口向壓油口移動(dòng)。主動(dòng)螺桿每轉(zhuǎn)一圈，各密封工作空間就移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程T的距離。因此，左端吸油腔密封工作空間逐漸增大完成吸油過程；而右端壓油腔密封工作空間逐漸減小完成壓油過程。

 

四、機(jī)油泵質(zhì)控與零件圖

 

3、設(shè)備的質(zhì)量控制

      設(shè)備是制造產(chǎn)品所使用的工具，其性能或精度的好壞直接影響產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，對(duì)使用的設(shè)備和工藝裝備的有關(guān)精度或參數(shù)，要定期進(jìn)行檢定或驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)更換或修復(fù)，保證滿足產(chǎn)品制造質(zhì)量。

4、工藝質(zhì)量的控制

      工藝質(zhì)量既包括編制的工藝的合理性、科學(xué)性及工藝文件的完整性，也包括現(xiàn)場(chǎng)工藝管理。在制訂工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況確定合適的工藝、工序，選擇合理的設(shè)備和加工方法，同時(shí)要根據(jù)設(shè)備變更及環(huán)境變化情況及時(shí)修改工藝及有關(guān)工藝參數(shù)。對(duì)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，要有完整的工藝文件。

5、檢驗(yàn)質(zhì)量的控制

      質(zhì)量檢驗(yàn)是保證不合格產(chǎn)品不流入到下一道工序的重要措施，應(yīng)加強(qiáng)檢驗(yàn)控制。對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，要根據(jù)工藝文件編制完整的檢驗(yàn)文件，設(shè)計(jì)專用的檢具。確定合理的檢測(cè)設(shè)備（工具）和檢測(cè)方法，檢驗(yàn)抽驗(yàn)抽樣方法和頻次。在實(shí)際檢測(cè)中，要求檢驗(yàn)人員和生產(chǎn)工人按檢驗(yàn)規(guī)范的要求進(jìn)行自檢、互檢、抽檢、專檢等項(xiàng)工作。對(duì)所使用的檢驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)備和檢驗(yàn)器具、儀器等應(yīng)進(jìn)行周期校驗(yàn)，保證器具的精度和可靠性。在檢驗(yàn)過程中，要進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，以便從中找出影響質(zhì)量的因素，改進(jìn)和提高質(zhì)量，預(yù)防質(zhì)量事故的發(fā)生。

6、零件清單

 

 

表1   機(jī)油泵 Oil Pump    BP 4010     BP 4016     BP 4026 

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