李代林

（泰安航天特種車有限公司，山東 泰安 271000）

某型汽車洗滌泵密封失效分析與改進(jìn)

李代林

（泰安航天特種車有限公司，山東 泰安 271000）

主要介紹了汽車洗滌泵的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了汽車風(fēng)窗洗滌泵密封失效的原因，對(duì)此制定了改進(jìn)措施，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證。

汽車洗滌泵；密封；改進(jìn)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們生活水平的逐步提高，汽車日益成為人們工作、生活的重要交通工具。汽車在長期使用過程中，擋風(fēng)玻璃會(huì)吸附灰塵等污物，從而影響駕駛員的視野及行駛安全。為此，汽車在刮水器系統(tǒng)中設(shè)置了風(fēng)窗洗滌裝置。洗滌泵是洗滌系統(tǒng)的核心組成部分。它由永磁直流電機(jī)和離心式葉片泵組成。洗滌電機(jī)是封閉式、短時(shí)定額工作的高速電機(jī)，其空載轉(zhuǎn)速達(dá)20000r/min，電機(jī)輸出端驅(qū)動(dòng)葉片泵泵葉工作，將洗滌罐內(nèi)的洗滌液噴射到風(fēng)窗玻璃上。如果洗滌裝置出現(xiàn)故障無法噴水，則雨刮片就會(huì)干刮玻璃，使得雨刮膠條受損，降低其使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響駕駛員的視線，給行車安全帶來隱患。因此，風(fēng)窗洗滌裝置能否正常工作至關(guān)重要。

1 汽車洗滌泵的結(jié)構(gòu)

圖1 洗滌泵結(jié)構(gòu)示意圖

洗滌泵是主要由端蓋1、殼體2、永磁直流電動(dòng)機(jī)3、葉輪6、泵蓋8、密封圈4等構(gòu)成，見圖1。殼體上下兩端分為電機(jī)腔和泵腔兩部分,電機(jī)腔內(nèi)裝配有永磁直流電機(jī)，泵腔內(nèi)布置有葉輪，葉輪由從電機(jī)腔伸出的電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)，為了防止水從泵腔進(jìn)入電機(jī)腔內(nèi)，在泵腔和電機(jī)腔之間采用密封圈進(jìn)行密封。

2 汽車洗滌泵的故障分析

前期根據(jù)用戶反饋，公司某型車輛在使用過程中，個(gè)別車輛出現(xiàn)洗滌泵不工作現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)問題后，根據(jù)洗滌泵結(jié)構(gòu)，找出可能導(dǎo)致該故障的諸因素的邏輯關(guān)系，繪制了洗滌泵不工作問題的故障樹，并依據(jù)故障樹所列導(dǎo)致故障的諸因素分別進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，并對(duì)故障件進(jìn)行了拆解。

通過拆解發(fā)現(xiàn)，故障洗滌泵的電機(jī)殼體表面銹蝕嚴(yán)重，用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯。因此，可以確認(rèn)引起洗滌泵不工作的故障原因，是由于電機(jī)腔和泵腔之間的密封圈密封失效，洗滌液進(jìn)入電機(jī)腔，引起電機(jī)銹蝕，電機(jī)轉(zhuǎn)子卡滯所致。后通過從泵腔端加水試驗(yàn)，確認(rèn)是泵腔內(nèi)洗滌液是通過密封圈與密封圈座的配合面滲入至電機(jī)腔。

3 汽車洗滌泵的改進(jìn)方案及驗(yàn)證

通過對(duì)汽車洗滌泵的故障分析，確認(rèn)了洗滌泵故障的原因，是由于泵腔和電機(jī)腔之間的密封圈，密封失效，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，泵腔內(nèi)洗滌液，通過密封圈與密封圈座的配合面滲入至電機(jī)腔。

從洗滌泵結(jié)構(gòu)圖1可以看出，電機(jī)腔密封圈座與密封圈采用軸向面密封的結(jié)構(gòu)，它是利用電機(jī)端蓋壓緊時(shí)，使電機(jī)端部軸向壓緊密封圈。密封圈下部外周面與密封圈座內(nèi)孔間采用圓柱徑向面接觸密封，它是利用密封圈外徑與密封圈座內(nèi)經(jīng)間的過盈進(jìn)行密封。兩種密封型式均屬于擠壓型密封。擠壓型軸向密封是依靠密封件軸向發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上形成接觸壓力，從而實(shí)現(xiàn)接口的密封。

對(duì)于軸向密封需要持續(xù)穩(wěn)定的軸向力，才可以保證密封良好。軸向密封的密封圈，密封的可靠性受裝配壓緊力影響較大。如果裝配時(shí)壓緊力不足，使用初期密封即會(huì)失效；如果裝配時(shí)壓緊力過大，導(dǎo)致密封圈受壓過大，在電機(jī)使用初期，因較新的橡膠密封圈性能良好，密封圈密封有效。但當(dāng)電機(jī)使用一段時(shí)間后，長期軸向受壓的密封圈壽命降低，過早老化，橡膠彈性下降，密封接觸面的接觸力也隨之減小，同樣也會(huì)引起密封失效。

對(duì)于圓柱徑向面接觸密封，其密封是利用密封圈安裝結(jié)構(gòu)的過盈量進(jìn)行密封，密封性能與密封圈的軸向壓緊力無關(guān)，但由于原結(jié)構(gòu)采用整個(gè)接觸面的過盈進(jìn)行密封，在密封圈裝配時(shí)，由于橡膠材料較軟，在裝配過程中，橡膠密封圈易發(fā)生壓潰現(xiàn)象，一旦發(fā)生壓潰，裝配后的密封圈外表面就不能與密封圈座內(nèi)表面緊密接觸，便會(huì)引起密封圈的密封失效。

由于電機(jī)腔密封圈座與密封圈間的軸向面密封的結(jié)構(gòu)，已通過注塑模具制作的殼體得到保證，因此無需進(jìn)行優(yōu)化。為提高洗滌泵密封圈可靠性，可以通過解決圓柱徑向面接觸密封的密封圈在裝配時(shí)易產(chǎn)生壓潰進(jìn)行優(yōu)化。為此后續(xù)改進(jìn)了密封圈密封結(jié)構(gòu)形式，原有的密封結(jié)構(gòu)裝配時(shí)之所以會(huì)產(chǎn)生壓潰現(xiàn)象，是由于密封圈的裝配深度大，裝配時(shí)，隨著密封圈裝配深度的增加，前端已裝入的密封圈與密封圈座內(nèi)表面的摩擦力逐漸增加，密封圈的裝配力也隨之加大，過大時(shí)便會(huì)引起密封圈外表面變形，產(chǎn)生壓潰。為消除密封圈壓潰現(xiàn)象，需要減少密封圈裝配時(shí)的裝配力，即減少密封圈與密封圈座內(nèi)表面的接觸面積。后續(xù)將原來圓柱徑向面接觸，更改為兩道均布的徑向線密封，即兩道類似O形圈的徑向密封環(huán)。改進(jìn)后的密封圈結(jié)構(gòu)，既保留了原有的徑向密封的形式，又消除了因裝配力過大，密封圈裝配時(shí)易產(chǎn)生壓潰的缺點(diǎn)。改進(jìn)后的密封圈結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 改進(jìn)后洗滌泵電機(jī)軸密封圈結(jié)構(gòu)示意圖

洗滌泵電機(jī)軸密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，按照QC/T 246相關(guān)要求，對(duì)改進(jìn)前、后兩種狀態(tài)的的洗滌泵進(jìn)行了排水試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，兩種狀態(tài)洗滌泵各抽檢10件，每個(gè)洗滌泵每次的泵水時(shí)間為10s，兩次泵水間隔不小于5s，總泵水量不小于300ml。泵水后，對(duì)所有試驗(yàn)件通過拆檢發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)前洗滌泵有兩件電機(jī)腔存在滲水現(xiàn)象，改進(jìn)后的洗滌泵未發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象。

試驗(yàn)表明，此次對(duì)于汽車洗滌泵密封失效故障原因的分析準(zhǔn)確，采取的措施有效。通過試驗(yàn)驗(yàn)證可行后，公司對(duì)前期用戶反饋存在故障的洗滌泵進(jìn)行了更換，經(jīng)過半年的試用后，未發(fā)生滲水故障。

4 結(jié)語

通過此次對(duì)汽車風(fēng)窗洗滌泵密封失效原因的分析，以及通過試驗(yàn)驗(yàn)證了采取的措施合理有效，有效地解決了原結(jié)構(gòu)洗滌泵易發(fā)生密封失效的問題。另外，在后續(xù)設(shè)計(jì)徑向面密封結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮密封圈表面產(chǎn)生壓潰的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]禹廣華．淺談汽車風(fēng)窗洗滌器故障分析及解決措施[J]．裝備制造技術(shù)，2014，（4）：153-155．

[2]QC/T 246 汽車風(fēng)窗玻璃電動(dòng)洗滌器技術(shù)條件[S]．

U469.3

A

1671-0711（2017）08（下）-0050-02