《2300型压裂车散热系统变量泵损坏分析》
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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HR-56.5（要求硬度HR9.1～52.3）,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,相对比较便宜.
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