John Deere水泵在RGH20C型打磨车中的故障案例分析

作者:李冰;张辉; 刊名:机电工程技术 上传者:丁晓函

【摘要】广州地铁RGH20C型钢轨打磨车发动机主要为John Deere 6135HF485型,其冷却水泵与其他类型水泵结构原理基本一致,重点阐述了一种水泵轴承装配工艺问题引起水密封结构失效,导致冷却水和机油混合,引发发动机自由端齿轮系故障的案例分析;通过对水泵整体结构解体,充分分析了各部件配合精度及动作原理,从设计和用户角度论证水封故障原因,并为后续水泵日常维护提供了案例指导和分析思路。

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1概述水泵广泛应用于工业机械中,在汽车和重型机械中,广泛采用离心式水泵,其基本结构由水泵壳体、传动齿轮或皮带轮、传动轴及轴承、水泵叶轮和水密封装置等零件构成,是发动机冷却系统的重要组成部分。其基本原理是通过齿轮的旋转带动水涡轮旋转,从而使水增压后流向发动机冷却部位。广州地铁RGH20C型钢轨打磨车发动机主要为John Deere6135HF485型,其冷却水泵与其他类型水泵结构原理基本一致,本文重点阐述了一种水泵轴承装配工艺问题引起水密封结构失效,导致冷却水和机油混合,引发发动机自由端齿轮系故障的案例分析,并为后续水泵日常维 护提供了案例指导。2案例分析2.1故障现象2016年6月2日,钢轨打磨车在动态调试作业过程中发现柴油机机油加油口冒出乳白色液体,柴油机曲轴处飞溅乳白色液体;回库拆解部件检查发现冷却水泵损坏,自由端凸轮轴齿轮、惰轮齿轮、油泵驱动齿轮、曲轴减震齿轮存在不同程度的磨损,上缸体出现裂纹。2.2原因分析(1)机油与水混合后高速运转发生乳化。水泵轴承保持架散架后,因失去轴向及径向定位导致水泵传动偏心,水泵齿轮与直接相连的惰轮、 曲轴齿轮啮合错位,在柴油机高速运转下造成打齿,继而造成其他相关联的齿轮也出现不同程度的磨损。(2)水泵故障原因分析1)对同类水泵旧件进行外部剖切后,其结构如图1所示。2)故障现场情况水泵发生故障后,水泵传动部件受到非正常损坏,经清理损伤零部件发现以下情况。传动轴轴承安装部位存在非正常压痕(图2(a));轴承部分:该部分除小部分滚柱及滚珠(图2(b))外,其余零件如保持架、外圈、大部分滚柱及滚珠均破坏形成碎片(图2(c))。由于轴承与泵体直接接触,泵体壁厚20 mm以上,轴承外圈壁厚为6 mm,轴承外圈刚性小,导致轴承部分承压后粉碎[1]。动密封结构:故障后呈现分散块状,不完整,主要由于机构零部件材料壁薄、塑性大,且与泵体无直接接触,因此部分零部件能够保持原来的结构特征。图1水泵剖切图(a)传动轴及齿轮(b)损坏的部分部件(c)由于机械外力形成的零碎部件图2水泵传动部件受损情况 3)水泵解体情况为进一步分析水泵的传动及密封原理,对其进行了深度切割分解,如图3。4)水泵机械结构组成及工作原理通过对分解后水泵传动机构的分析,充分了解了水泵的传动原理,如图4所示。在水泵传动机构中,旋转轴承与水的隔离通过动密封机构实现,如图5所示。图3深度剖解1水涡轮2动密封机构3水泵外壳体4轴承机构5传动轴6传动齿轮图4水泵内部完整剖面图图5动密封结构 动密封结构由旋转端炭精密封副1、固定端炭精密封副2、弹簧、橡胶密封圈、固定盖1、固定盖2组成。碳精密封主要为石墨碳化硅材料。固定盖1紧密固定在水泵壳体上,固定盖1内部安装有橡胶密封圈,橡胶密封圈依靠弹簧顶压使密封圈上部接触固定端炭精密封副2,固定端炭精密封副2在弹簧作用下始终与旋转端炭精密封副1保持接触,旋转端炭精密封副1与旋转轴固定连接。旋转端炭精密封副1、固定端炭精密封副2组成动密封副,在轴旋转时依靠弹簧的顶压作用使炭精密封副紧密贴合实现旋转运动密封功能。5)水泵故障原因通过对水泵传动部分结构、工作原理分析可知,水泵发生故障直接原因是传动平稳性受到破坏,导致传动轴回转发生晃动,齿轮啮合位置发生移动,啮合失效,水泵齿轮受到相邻啮合齿轮的作用力最终导致传动机构解体、破坏[2]。水泵传动机构中,与传动平稳性相关的关键部件为轴承部位、动密封机构、齿轮。通过对上述各部件结构、工作原理及制造安装工艺进行分析,动密封机构状态异常,进而直接影响传动的平稳性[3]。动密封机构中主要有三部分结构

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