船用消防泵齿轮箱液压与润滑系统的优化

摘要：船用消防泵齿轮箱大多是由柴油机驱动的增速齿轮箱，带有内置液压离合器满足接/脱排功能。其液压与润滑系统与标准的CGC型号主推进齿轮箱一样，须满足润滑和离合器控制的功能。但消防泵齿轮箱体积小，结构十分紧凑，若按常规的主推进油路设计思路，各种液压元器件在消防泵齒轮箱上难以摆放。因此，本文对消防泵齿轮箱油路进行优化设计。

关键词：液压与润滑系统；消防泵齿轮箱；优化

1、常规设计思路

船用齿轮箱的液压传动系统，是离合器液压操纵系统和相对运动摩擦部位的液压润滑及热交换系统的总称，简称为操纵系统与润滑系统。

a.操纵子系统：油池→油泵→安全阀→止回阀（单向阀）→滤清器（单筒工作油过滤器）→换向阀→二级控制阀（延时增压阀）→慢速进油阀（背压阀）→油缸→快速放油阀（与慢速进油阀组合一体）→油池。

b.润滑子系统：油池→油泵→安全阀→止回阀（单向阀）→二级控制阀（减压阀，与延时增压阀组合一体）→滤清器（双筒滑油过滤器）→冷却器→喷嘴→油池。

这两个子系统一般用同一油池，并采用低压大流量齿轮泵做为泵源，由一个二级控制阀分流成两个子系统。操纵子系统的主要控制离合器接/脱排，它是通过对离合器的油缸伺服来实现的。润滑子系统的主要功能是强制润滑与冷却轴承、摩擦片、齿轮等摩擦部位。它是通过喷嘴或喷口来实现的。整个系统的油压力最高为25bar（操纵子系统最高油压为20bar，润滑子系统最高油压为7bar）。

2、常规设计用在消防泵齿轮箱上的缺点

由于消防泵齿轮箱体积小，而常用的双筒过滤器和二级控制阀这两个元器件的体积较大，加上其他的液压元件和油管使得油管的布置是一个很大的挑战，即便是勉强布置出来外观也十分拥挤。下图是某型号消防泵齿轮箱常规方法设计的油路外观图。从外观可以看出，此齿轮箱布置的油路不利于正常的操作使用以及后期的维护保养。

3、优化设计

优化后油路：

a.操纵子系统：油池→油泵→安全阀→止回阀（单向阀）→滤清器（单筒过滤器）→换向阀块→慢速进油阀（背压阀）→油缸→快速放油阀（与慢速进油阀组合一体）→油池。

b.润滑子系统：油池→油泵→安全阀→止回阀（单向阀）→滤清器（与操纵系统共用的过滤器）→溢流阀→冷却器→喷嘴→油池。

首先我们改进过滤器。主推进齿轮箱的油路所需要流量较大，耐高压的单筒过滤器达不到那么大的流量，大流量的双筒过滤器却又不能耐高压，并且必须保证过滤器在不停机的情况下可以清洗。基于以上原因主推进齿轮箱一般都是采用双过滤器，即工作油路用耐高压的单筒过滤器，而润滑油路采用时双筒的大流量过滤器。双筒过滤器的特点是体积较大。消防泵齿轮箱功率比主推进齿轮箱小，因此油路所需的流量也小。从工况上考虑消防泵齿轮箱可以停机清理过滤器。故而其操作系统和润滑系统可以共用一个耐高压的流量相对较大的单筒过滤器。这样不但能满足耐压和流量上的需求也能省去一个大体积的双筒过滤器。

其次，主推进齿轮箱是用二级控制阀达到稳压和分路的目的，靠压力反馈控制接/脱排时间，常用的二级控制阀为满足大流量的需求，其体积也很大。而消防泵齿轮箱功率小，负载也小，可以直接用溢流阀稳压和分路。从上游的换向阀块里用一个节流阀来控制进出离合器油缸的油量，从而控制接脱排的时间，满足所有功能需求。溢流阀较二级控制阀体积更小，因此进一步的节省了空间。下图是优化后油路布置的外观图。

4、优化后成本降低

从对比图中可以明显看出，油路的优化节省了空间，使油路布置更合理，有利于维护保养。同时我们将两种设计油路的成本进行对比

对比可以看出，成本降低了4460元，占原成本的24%，因此油路优化使成本降低了。

5、优化后使调压操作更方便

优化之前，二级控制阀若要调整初级油压需要在增压腔添加或是去掉垫片，若要调整工作油压需要在弹簧腔添加或者去掉垫片，但都需要先拆掉其尾部的阀块，操作麻烦。优化之后采用溢流阀稳压，当需要调压得时候，可以直接拧压力调节螺钉，实现更方便的调压。

6、优化后的缺点

优化前是用二级控制阀来调压稳压的，二级控制阀是由负载驱动的，也就是说离合器接排的时候才有高压油。而优化后的油路而是用节流阀来稳压，不管离合器是否工作，齿轮泵都全负荷工作。这样在一定程度上造成了能量的浪费。

7、结语

消防泵齿轮箱液压与润滑系统的优化工作在满足功能的前提前，减少了元器件，使油路布置更简洁合理，简化了调压操作，方便维护保养，同时节约了成本。尽管会是泵满负荷工作，但相对于优化带来的更多的收益，还是非常值得的。

参考文献：

[1] 成大先.机械设计手册（第四版，第四卷第17篇液压传动）[M].化学工业出版社.2002

[2] 新编机械设计师手册.徐灏主编.北京：机械工业出版社，1995

[3] 液压与气压传动.游有鹏主编.科学出版社

（作者单位：南京高精船用设备有限公司）