液压元件的清洁度影响液压系统的运行寿命和可靠性，清洁度不符合要求会导致液压元件在制造、使用、维修过程中因污染而寿命缩短。通过限定清洁度的最大值，可以达到以下效果：减轻磨粒磨损对元件内表面造成的危害;减轻滤芯的阻塞和失效;减少回路中沉淀物造成的流量下降;减少污染物对轴承、密封材料的磨损;减少液压元件摩擦副的损伤和腐蚀;提高液压马达、电磁换向阀工作的可靠性。良好的产品清洁度是液压元件质量可靠性的保证，国内大型主机厂对各种类工程机械都有严格的清洁度内部标准。
目前对液压元件的清洁度研究现状：张东分析了油液元件常见的污染故障，从元件的制造、装配和试验等各个环节提出了液压元件清洁度的控制方法;储伟俊分析了液压元件污染物故障的危害，得出对液压元件清洁度质量的控制，与油液进行污染控制对确保液压系统的高可靠性有着同样重要的意义;臧波分析了液压元件清洁度的计算与控制方法，结合实例说明液压元件必须在设计、制造、装配、喷漆、包装环节制定严格的操作程序，并对出厂元件进行清洁度检测;夏志新分析了液压元件清洁度质量的重要性，液压元件在加工、装配过程中如何有效控制污染，达到要求的清洁度质量。本研究介绍了相关的清洁度标准情况，以及目前国内液压元件清洁度普遍不高的现状。液压系统清洁度检测主要集中在汽车起重机液压系统、推土机液压系统、挖掘机液压系统、装载机液压系统等主机液压系统。对于齿轮泵元件的出厂清洁度研究相对较少，本研究根据JB / T 7858— 2006对液压齿轮泵生产过程产生污染物的质量进行了测量，并分析得出引入污染物最大的工序，提出最优方案。
一、被测齿轮泵结构与生产流程
被测齿轮泵结构
被测齿轮泵采用了“两片式”新型结构，减少了零件数量，大大提高了泵承载能力，能应对较高的工作压力和短期超高压的工况。图 1 为被测齿轮泵的结构示意图。
图 2 为被测齿轮泵的装配示意图，表 1 给出了被测齿轮泵性能参数。
被测齿轮泵的生产流程
被测齿轮泵生产过程包括：零件外协加工、标准件采购、总成装配、出厂试验、喷漆 4 个过程。其中零件外协加工主要包括前盖、泵体、主动齿轮、被动齿轮、侧板、侧板密封圈、侧板挡圈等 7 种零件;标准件采购包括孔用弹性挡圈、外置轴承、滑动轴承、油封、堵油螺钉、圆柱销、片间密封圈、螺栓、垫圈等 8 种零件。出厂试验主要包含空载试验、扫膛试验、容积效率试验;喷漆主要包含喷底漆、面漆和烘干过程。
其中装配过程主要包括：前盖分总成装配过程，将油封 9 与外置轴承 7 用压力机压入前盖 1，将孔用弹性挡圈 6 装入前盖 1 孔槽，再将 2 个滑动轴承压入前盖 1 的滑动轴承孔，最后装入堵油螺钉 12;泵体分总成装配过程，将 2 个滑动轴承装入泵体的滑动轴承孔;侧板分总成装配过程，将侧板密封圈 10 和侧板挡圈 11 抹上黄油后装入侧板 5 密封槽;齿轮泵整泵装配流程，先将泵体分总成正放在装配工作台上，将侧板分总成装入泵体分总成齿轮孔内，将主齿轮 3、从齿轮 4 装入泵体分总成齿轮孔内，将另外一个侧板分总成装入泵体分总成齿轮孔内，在泵体分总成内装入 2 个圆柱销 13，在泵体分总成片间密封槽内装入 O 形密封圈 14，最后将前盖分总成装在泵体分总成上面，并用螺栓 15 与垫圈 16 连接并拧紧。
二、齿轮泵清洁度检测流程及相关标准
齿轮泵零件的清洁度测量流程
根据 JB / T 7858—2006 出厂齿轮泵进行污染物质量测量。齿轮泵中零件引入内部污染物的零件主要有：前盖、泵体、主动齿轮、被动齿轮、侧板、滑动轴承、油封、侧板密封圈、侧板挡圈、堵油螺钉、片间密封圈。用石油醚装入喷壶，将喷嘴对准上述零件结合毛刷进行清洗，上述零件清洗过程如图 3 ～ 图 8 所示。将上述冲洗后的石油醚溶液过滤、烘干后使用天平测量污染物质量。
齿轮泵清洁度标准
关于液压齿轮泵清洁度标准有：JB / T 7858— 1995、JB / T 7858—2006 是液压元件清洁度评定方法及液压元件清洁度指标标准;JB / T 7041—1993、JB / T 7041—2006、JB / T 7041. 2—2020是液压齿轮泵的技术条件标准，标准中也规定了液压齿轮泵的清洁度。根据上述标准列出齿轮泵清洁度指标要求如表 2 所示。
三、齿轮泵清洁度检测
齿轮泵清洁度检测方案
对齿轮泵清洁度的检测分为 3 个阶段，如表 3 所示，第Ⅰ阶段：确定污染物主要来源于厂外工序还是厂内工序;第Ⅱ阶段：若厂外工序产生污染物大于厂内，则分别对 1-1 前盖加工、1-2 后盖加工、1-3 齿轮加工、1-4 侧板加工、1-5 标准件加工进行清洁度检测，若厂内工序产生污染物大于厂外，则分别对 2-1 装配、2-2 出厂试验、2-3 喷漆工序进行清洁度检测;第Ⅲ阶段：根据第Ⅱ阶段的检测结果判定出引入污染物最多的工序，再对应表 3 第Ⅲ阶段工序进行清洁度检测。
齿轮泵第 I 阶段清洁度测量
对齿轮泵第Ⅰ阶段清洁度测量如图 9 所示，在零件仓库领取 5 台泵的零件，包含前盖、泵体、主动齿轮、被动齿轮、侧板、滑动轴承、油封、侧板密封圈、侧板挡圈、堵油螺钉、片间密封圈。拆包装后按照图 3 ～ 图 5 使用石油醚进行清洗，将清洗后的石油醚过滤、烘干使用天平测量污染物质量，测量结果如图 10 所示，计算 5 台泵零件的平均引入污染物质量是 m1。
将上面清洗好的齿轮泵零件进行装配、出厂试验、喷漆，喷漆完成后将齿轮泵拆解成分总成及零件形式，使用石油醚对齿轮泵内部零件：主齿轮、从齿轮、侧板、油封、侧板密封、侧板挡圈，及泵体、前盖内表面进行清洗、过滤、烘干、称重后得出齿轮泵生产过程引入的污染物质量，测量结果如图 10 所示，计算 5 台泵零件的平均引入污染物质量是 m2 。
由图 10 可得，外协加工零件与采购零件的平均污染物质量 m1 = 17. 8 mg，齿轮泵经过装配、出厂试验、喷漆后的污染物质量是 m2 = 41.5 mg，所以必须对装配、出厂试验、喷漆 3 个阶段产生的污染物质量进行分析。
齿轮泵总的污染物质量 m0 的计算见式(1)：
带入数据得出 m0 =17.8 + 41.5 = 59.3 mg。
由表 1 可知上述齿轮泵的排量是 81. 5 mL / r，其总污染物质量是 59. 3 mg，超过了 JB / T 7858—1995 的 50 mg，不符合 JB / T 7858—1995，因此需要确定污染源并提出改进措施。
第Ⅱ阶段清洁度测量
为探究装配、出厂试验、喷漆 3 个工序产生的污染物质量，确定污染源，需对装配、出厂试验、喷漆 3 个阶段产生的污染物质量进行测量，如图 11 所示。
由图 11 可知零件外协加工零件和采购标准件引入污染物质量为 n1 ，装配过程产生的污染物质量为 n2 ;出厂试验后检测引入污染物质量 n3 ，包含装配和出厂试验 2 个工序引入污染物的质量;喷漆完成后拆解检测其污染物质量为 n4 ，包含装配、出厂试验、喷漆 3 个工序引入污染物的质量，污染物测量结果如图 12 所示。按表 4 所示公式计算出厂试验过程引入污染物质量是：n5 = n3-n2 ，喷漆过程中引入污染物质量是 n6 = n4-n3 ，经过检测齿轮泵每个工序引入污染物的质量如图 13 所示。
通过此阶段检测，由图 13 可知，产生污染物最大的工序是装配过程，其次是外协加工、喷漆过程、出厂试验过程。因此为探究污染物来源，需要对装配阶段工序进行细分，再分别进行检验。
第Ⅲ阶段齿轮泵清洁度测量
第Ⅲ阶段称重法测量装配过程中污染物质量，主要包含前盖分总成装配、后盖分总成装配、侧板分总成装配，主从齿轮油端面油石打磨 3 部分，如图 14 所示。需要对各分总成装配过程中引入污染物的质量进行测量。
前盖分总成装配是使用压力机和专门工装把油封压入前盖油封孔，使用压力机和专门工装将滑动轴承压入滑动轴承孔;侧板分总成装配是使用黄油将侧板密封和挡圈粘在侧板密封槽中，防止其装配时脱落，产生误装配现象，如图 15 所示;齿轮端面油石打磨是用油石打磨齿轮两端面，防止刮伤侧板。
首先进行前盖分总成、泵体分总成引入污染物质量检测;再进行侧板分总成装配检测，齿轮油石打磨后引入污染物检测，检测结果如图 16 所示：前盖分总成、泵体分总成装配引入的污染物平均质量为 4 mg/台，主从齿轮油石打磨引入污染物质量为 3 mg / 台，侧板分总成装配引入的污染物平均质量为 35.4 mg / 台。说明前后分总成、后盖分总成装配、齿轮油石打磨不是主要污染源，侧板分总成装配是主要污染源。
侧板分总成污染物质量检测
上节确定侧板分总成装配是主要污染源。侧板分总成由 3 个零件组成：侧板、侧板密封、侧板挡圈，该 3 种零件在前述工序中已被清洗干净，不会引入污染物。最有可能引入污染物的是用于粘结侧板密封和挡圈的黄油。对侧板分总成中的黄油进行污染物检测，选取侧板分总成装配时同等质量的黄油，倒入 0.5 mL 石油醚测量清洁度;选取 0.5 mL 石油醚测量清洁度，进行 对比分析，结果如表 5 所示，确定齿轮泵装配过程中，黄油是引入污染物质量主要来源，需进行改进优化。
四、优化工艺后的齿轮泵污染物质量检测
由于液压油也有粘性，采用 100 号高黏度液压油替代黄油将侧板密封和挡圈粘结在侧板槽内。将粘结侧板与侧板密封、挡圈的黄油换成 100 号高黏度液压油，齿轮泵零件清洗后，测量其装配后、出厂试验后、喷漆后的污染物质量，如图 17 所示，其装配后引入污染物平均质量是 12 mg / 台 ，比使用黄油粘结的侧板降低 了 23.4 mg，说明优化改进方案可行。
五、讨论
现代工程机械液压系统向着高压、大流量、高精度、高效率发展，液压油液中的污染物会对液压系统造成严重的危害，液压系统故障大部分都是由污染物造成的，尤其是固体颗粒污染，可导致元件磨损，影响其性能与寿命。以新出厂的某型号液压齿轮泵为研究对象，根据主机厂反馈其清洁度较低，不符合要求，通过试验确定最大污染源并进行改进。
(1) 将其生产过程分成厂内和厂外两个阶段，厂外阶段包括外协加工和外协采购，厂内阶段包括装配、出厂试验、喷漆 3 个工序。首先分别用称重法测量厂外阶段和厂内阶段的污染物质量，得出厂内污染物质量要大于厂外污染物质量，故重点分析厂内的装配、出厂试验和喷漆过程产生污染物量的大小。
(2) 使用称重法对厂内的装配、出厂试验、喷漆 3 个工序进行污染物质量测量，测量对象是 5 套经过清洗后的整泵零件，在完成整泵装配后拆解测量其内部污染物质量即可得出装配后污染物质量，测量完成后零件污染物质量近似为零，再进行齿轮泵装配和出厂试验，得出的污染物质量包含装配和出厂试验 2 个部分，故需要减去装配部分得出的污染物质量即可得出厂试验污染物质量;同理后面测量得出喷漆后的污染物质量要减去装配和出厂试验引入污染物的质量;最后确定厂内的装配工序引入污染物质量最多，下一步要对装配工序做细分检测其污染物质量。
(3)对装配工序的前盖分总成、泵体分总成、侧板分总成、主从齿轮进行污染物测量，最终确定最大污染源是侧板分总成装配时的黄油，黄油属于润滑脂类，是半固体润滑剂，使用称重法进行清洁度检测时，不能将其颗粒物过滤掉，故其增加了污染物质量。需要提出改进措施，确定替换黄油的物质。
(4) 选用高黏度润滑油作为替换黄油的粘性物质，经过试验后发现其能够实现功能，并且降低了装配过程的污染物质量。
六、结论
本研究采用称重法测量了某型号液压齿轮泵的清洁度，确定侧板装配的黄油是影响清洁度的主要因素，并提出改进措施：使用高黏度液压油替代黄油将侧板密封和挡圈粘结在侧板密封槽内。
(1) 在齿轮泵生产过程中引入污染物量最大的是装配过程，其次是外协加工过程、喷漆过程、出厂试验过程。
(2) 确定装配过程引入污染物过多的原因是使用黄油进行侧板分总成装配。
(3) 使用高黏度液压油能够替换黄油，并能够有效降低液压齿轮泵污染物质量。
参考文献略.