某型液壓泵回油流量超標(biāo)故障原因分析

賀凱歌 沈騁愷 王鵬

摘要：針對某型液壓泵在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的回油流量超標(biāo)情況，采用對柱塞座的微觀觀察、成分及鍍層檢查、材料缺陷分析等檢測手段，確定了故障原因，并制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：液壓泵;回油流量;柱塞座;檢測手段

0 引言

某型液壓泵是某型飛機(jī)液壓系統(tǒng)的主泵，為直軸式恒壓變量柱塞泵，采用端面平面配流方式，液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)匣傳動(dòng)。

液壓泵是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能源元件，其作用是向系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的油液，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能。對于液壓泵來說，出口壓力、出口流量和回油流量是衡量液壓泵性能的主要指標(biāo)。其中，回油流量數(shù)值的變化可反映液壓泵內(nèi)泄漏量的變化，泄漏量的變化反映了液壓泵內(nèi)各個(gè)摩擦副之間的磨損情況，因此，對于回油流量的測控顯得尤為重要。

1 工作原理

液壓泵通過傳動(dòng)軸與電機(jī)以花鍵連接并隨之一起運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子、柱塞旋轉(zhuǎn)，同時(shí)柱塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子以端面貼合在分油蓋端面上旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，分油蓋端面開有兩個(gè)分別與進(jìn)出口油路相通的腰形槽。低壓油通過分油蓋及轉(zhuǎn)子上的腰形槽進(jìn)入轉(zhuǎn)子的柱塞孔內(nèi)，凡是與分油蓋上低壓腔相通的柱塞孔均進(jìn)入低壓油，完成吸油動(dòng)作;同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子與分油蓋的相對運(yùn)動(dòng)而使轉(zhuǎn)子孔內(nèi)的工作液旋轉(zhuǎn)一定角度后與分油蓋上的高壓腔相通，由于柱塞孔內(nèi)的容積發(fā)生變化，促使柱塞孔內(nèi)的油液經(jīng)分油蓋沿高壓管路排出，完成排油動(dòng)作。由此可見，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，各個(gè)柱塞完成半周吸油、半周排油的過程。轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，泵便連續(xù)地吸油和排油。液壓泵原理如圖1所示。

2 故障現(xiàn)象

液壓泵試驗(yàn)過程中，全流量下回油流量為4.10L/min，已超過要求值，此時(shí)液壓泵已工作22.5h。查看0～22.5h的回油流量曲線（圖2所示），發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)進(jìn)行到22.5h時(shí)出現(xiàn)全流量下回油流量突變現(xiàn)象，此時(shí)液壓泵回油流量指標(biāo)不符合要求，需要對故障現(xiàn)象進(jìn)行原因分析。

3? 故障分析

3.1 宏觀檢查

對產(chǎn)品進(jìn)行分解檢查。發(fā)現(xiàn)柱塞座表面有異常磨損情況，3#柱塞座表面有明顯缺口，3#柱塞座端面缺口的尺寸約為0.53×0.5mm，如圖3所示。顯微鏡下觀察，3#柱塞座端面存在明顯劃痕，如圖4所示。其余零組件均正常。

3.2 微觀觀察

根據(jù)宏觀檢查情況，除柱塞座端面有異常磨損外其余零部件均正常，因此判定液壓泵在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)回油流量瞬間變大的原因是由泵的內(nèi)部泄漏量瞬時(shí)超大所致，瞬時(shí)超大的原因是零部件出現(xiàn)了異常磨損。回油流量的變化反映泵的內(nèi)部零部件磨損情況，為此需進(jìn)一步分析造成磨損的原因。

切割具有明顯缺口的3#柱塞座缺口處，經(jīng)掃描電鏡觀察柱塞座表面存在凹坑，表面未見明顯磨損痕跡。

3#柱塞座試樣顯示凹坑深度約為85.52μm（見圖5），試樣凹坑內(nèi)銀層深度約為4.58μm（見圖6）。

通過冶金分析，觀察凹坑周圍紋路可知表面凹坑不是由擠壓磨損形成。

3.3 材料缺陷分析

針對宏觀檢查中3#柱塞座端面缺口尺寸（約為0.53×0.5mm），查閱相關(guān)資料，認(rèn)為柱塞座基體存在疏松氣孔，該氣孔是最終凹坑的一部分，加工過程中液體通過該孔口進(jìn)入氣孔內(nèi)部區(qū)域，使柱塞座材料形成分層。在液壓泵工作過程中，柱塞座端面受交變應(yīng)力載荷和摩擦磨損作用，氣孔內(nèi)側(cè)面與基體的部分連接部位在交變應(yīng)力作用下發(fā)生局部剝落，形成凹坑。剝落物進(jìn)入柱塞摩擦副之間，柱塞座在“自轉(zhuǎn)”和“公轉(zhuǎn)”下，產(chǎn)生切向劃痕，切向劃痕將密封帶徑向溝通，不能起到密封支撐和潤滑作用，加速了柱塞座的異常磨損，使摩擦副處回油量增大。

4 結(jié)論

上述故障中的回油流量超大問題是由于柱塞座端面異常磨損、密封帶失效所致。密封帶失效是由于柱塞基體材料缺陷造成的，使之在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)局部剝落，產(chǎn)生掉塊和凹坑，掉塊進(jìn)入柱塞座摩擦副之間，隨柱塞座的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生切向劃痕，切向劃痕將密封帶徑向溝通，使柱塞座不能起到密封支撐及潤滑作用，加速了異常磨損，增加了摩擦副的泄漏，導(dǎo)致液壓泵回油量增大。

針對此故障原因，從加工角度進(jìn)行控制，提出了采取超聲波+體視顯微鏡方式對柱塞座端面進(jìn)行嚴(yán)格檢查，以提高零組件的合格率，降低液壓泵故障發(fā)生的概率。

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