斜盤式軸向柱塞泵典型問題分析與研究

劉 展

（安陽鋼鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，河南 安陽 455000）

斜盤式軸向泵的整體設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，目前國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)均采用反求手段對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，深度思考泵的流量壓力性能與關(guān)鍵摩擦副相關(guān)指標(biāo)，并對其關(guān)鍵部件的配油特性與系統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行深度分析。從實(shí)踐應(yīng)用角度講，軸向柱塞泵是存在諸多典型問題的，例如它的振動、噪聲過大問題、流量壓力、壓力脈動不足問題以及流量變量調(diào)整機(jī)構(gòu)失靈問題等等。在操作設(shè)備時(shí)，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除這些問題。

1 斜盤式軸向柱塞泵及其結(jié)構(gòu)分析

1.1 斜盤式軸向柱塞泵的基本結(jié)構(gòu)組成

斜盤式軸向柱塞泵屬于容積式液壓泵中的一種，它主要依靠柱塞的往復(fù)運(yùn)動改變缸孔內(nèi)內(nèi)腔容積的大小，進(jìn)而完成包括吸油、排油的整個(gè)過程。

軸向柱塞泵具有壓力大、功率大、易于改變排量等突出優(yōu)點(diǎn)，目前被行業(yè)領(lǐng)域中所廣泛應(yīng)用。

1.2 軸向柱塞泵的合理應(yīng)用

在一般油路中，斜盤式與斜盤式軸向柱塞泵在額定轉(zhuǎn)速或超過額定轉(zhuǎn)速使用過程中，其泵的所有進(jìn)油口均需要壓力注油，此方法可令液壓泵的進(jìn)油口壓力始終保持在0.2MPa～0.4MPa范圍內(nèi)。即需要用一個(gè)低壓補(bǔ)油泵供油，保證其流量在主泵流量的120%以上。在降速使用過程中，再允許進(jìn)油自吸。為了有效延長泵的使用壽命，需要定期從其油路的紊流處取出油樣進(jìn)行檢驗(yàn)，保持油液清潔度，這也是維護(hù)保養(yǎng)軸向柱塞泵的關(guān)鍵工作。

為了有效延長泵的使用壽命，必須定期在油路的紊流處取出油樣進(jìn)行檢驗(yàn)，保證油液的清潔度，這也是系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)的重要內(nèi)容。如果系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，則很有可能是因?yàn)榭刂崎y閥芯已經(jīng)被油污卡死，產(chǎn)生阻尼導(dǎo)致運(yùn)動不暢。當(dāng)每次出現(xiàn)故障時(shí)又無法找到故障原因，就要首先清洗控制閥和比例閥，因?yàn)橐话爿S向柱塞泵的損壞起源都應(yīng)該歸結(jié)為柱塞滑履磨損，所以當(dāng)滑履磨損到一定程度時(shí)，斜盤間的靜壓油膜就無法形成，此時(shí)滑履與斜盤之間的摩擦力會不斷增大，斜盤因此而拉傷，摩擦力也會進(jìn)一步增大，導(dǎo)致回程盤破裂，泵內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p毀。因此斜盤式軸向柱塞泵必須需定期更換已磨損滑履（在損壞之前），避免整泵損壞出現(xiàn)更大問題。

2 斜盤式軸向柱塞泵的常見典型故障問題、原因及解決排除方法研究

2.1 壓力脈動故障問題及排除方法

斜盤式軸向柱塞泵壓常見典型故障問題之一就是壓力脈動問題，具體可分以下4點(diǎn)展開研究。第一，柱塞泵的配油盤與缸體，或者柱塞與缸體之間出現(xiàn)相互磨損問題，磨損長此以往會導(dǎo)致柱塞泵磨損、內(nèi)些或外漏問題過于嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)壓力脈動過度。

針對這一問題故障排除方法為磨平配油盤與缸體之間的接觸面，保證單缸研配。必要時(shí)則要更換柱塞，進(jìn)一步緊固各個(gè)連接處螺釘，排除漏損問題。第二，對某些斜盤式軸向柱塞變量來說可能會因?yàn)樽兞繖C(jī)構(gòu)偏角過小而造成流量過小，此時(shí)內(nèi)泄問題會相對增大，無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)對外供油。此時(shí)需要適當(dāng)加大變量機(jī)構(gòu)偏角角度，并逐一排除其內(nèi)部漏損問題。第三，伺服活塞與變量活塞可能會存在相互活塞運(yùn)動不協(xié)調(diào)問題。這種問題會偶爾出現(xiàn)，到嚴(yán)重時(shí)則會經(jīng)常出現(xiàn)，即經(jīng)常性脈動問題。出現(xiàn)這一問題的解決方法有二：如果是偶爾脈動則主要是因?yàn)橛团K所造成，更換新油即可里如果是經(jīng)常脈動則需要檢查配合件，看其是否存在研傷或憋勁問題，必要是需要拆除進(jìn)行修研處理。第四，柱塞泵經(jīng)常會出現(xiàn)進(jìn)油管堵塞問題，如果其中阻力過大還會導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)必須疏通進(jìn)油管，并清洗進(jìn)口濾油器部分，緊固進(jìn)油管段的連接螺釘。

2.2 流量不足故障問題及排除方法

由流量不足所導(dǎo)致的斜盤式軸向柱塞泵典型故障問題包括以下4點(diǎn)：首先，如果箱內(nèi)油面過低、油管以及濾油器堵塞、阻力過大或漏氣等等會導(dǎo)致流量不足。此時(shí)必須檢查柱塞泵貯油量，如果發(fā)現(xiàn)油量不足則要將油加到油標(biāo)規(guī)定線以上，如此可排除油管堵塞。而且定期要徹底清洗一次濾油器，并緊固連接各處螺釘，修復(fù)漏氣問題。其次，如果泵殼內(nèi)預(yù)先沒有充好油液，會出現(xiàn)空氣殘留問題，導(dǎo)致流量不足。此時(shí)需要排除泵內(nèi)空氣調(diào)整流量。第三，如果液壓泵中心彈簧被這段，會出現(xiàn)柱塞泵柱塞回程不夠或無法回程等等問題，引發(fā)缸體與配油盤之間失去其固有密封性能。此時(shí)需要更換中心彈簧。另外如果油溫過高或過低，要根據(jù)油溫溫升情況選擇合適的油液，確保泵內(nèi)流量充足。

2.3 噪聲故障問題及排除方法

斜盤式軸向柱塞泵的噪聲典型故障問題由3點(diǎn)：其一，泵體內(nèi)會殘留一定空氣，造成泵內(nèi)空氣氣流噪聲，解決方法是排除泵內(nèi)空氣，降低噪聲發(fā)生可能性。其二，如果油箱內(nèi)部油面過低也會造成吸油管堵塞或出現(xiàn)阻力過大、漏氣等等問題。解決方法是按照規(guī)定加足油液部分，疏通進(jìn)油管，并清洗濾油器，緊固進(jìn)油段的連接螺釘位置。其三，如果柱塞泵和電動機(jī)不同心，則必須保證泵和傳動軸受徑向力。需要對泵與電動機(jī)進(jìn)行重新調(diào)整，確保電動機(jī)與泵同心。

2.4 流動變量機(jī)構(gòu)調(diào)整失靈故障問題及排除方法

柱塞泵控制油道上容易出現(xiàn)單向閥彈簧折斷問題，直接導(dǎo)致變量機(jī)構(gòu)失靈。出現(xiàn)此問題時(shí)需要及時(shí)更換彈簧。

如果伺服活塞、變量活塞以及彈簧心軸卡死，很可能是因?yàn)樽兞款^與變量殼體磨損所導(dǎo)致，此時(shí)需要研配變量頭與變量殼體，研配二者圓弧配合面。當(dāng)機(jī)械卡死時(shí)，需要采用研磨方法確保各個(gè)運(yùn)動件始終保持靈活狀態(tài)。

3 斜盤式軸向柱塞泵典型故障問題案例分析

3.1 案例概述

某冶金液壓泵站擁有兩臺A2V型9柱塞斜軸式柱塞泵，其排量為63mL/r，轉(zhuǎn)速為1500r/min，它擁有兩臺通徑為20的電磁溢流閥，同時(shí)配備了過濾器與單向閥。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算其系統(tǒng)壓力脈動應(yīng)該小于0.4MPa，專門用于吸收壓力脈動，其系統(tǒng)的工作壓力達(dá)到20MPa。

3.2 故障問題及故障分析

上述液壓泵站系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)了強(qiáng)烈壓力震蕩故障，如果將其壓力調(diào)低至10MPa時(shí)，它的系統(tǒng)壓力在4MPa～16MPa范圍間大幅度脈動。

對該系統(tǒng)故障分析過程主要包含如下，同時(shí)提出4點(diǎn)方案步驟：

步驟一：利用壓力傳感器配合TD4037分析儀測取其振動信號與頻譜變換情況，求出振動頻率，其主要頻率應(yīng)該維持在430Hz～450Hz之間。

步驟二：采用一臺泵工作，另一臺泵卸荷，測試泵的壓力振動情況，結(jié)論為壓力振幅應(yīng)當(dāng)達(dá)到±5MPa左右。

步驟三：觀測其壓力振動情況，發(fā)現(xiàn)壓力振動已經(jīng)基本消失。

上式中n 代表泵轉(zhuǎn)速，z 代表泵柱塞數(shù)，f0代表流量脈動的一次諧波頻率，結(jié)合上述算式再進(jìn)一步計(jì)算溢流閥先導(dǎo)閥的固有頻率為：

代入數(shù)值推算柱塞泵蓄能器的固有頻率，并綜合上述計(jì)算過程可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

3.3 結(jié)論提出

首先可明確振動是管網(wǎng)共振所造成的，它還與柱塞泵的管長長度有關(guān)。其次，振動應(yīng)該來源于柱塞泵的流量脈動情況。第三，管網(wǎng)的諧振頻率應(yīng)該在430Hz～450Hz左右，且泵流量的脈動頻率應(yīng)該相當(dāng)于溢流閥先導(dǎo)閥固有頻率的兩倍以上，此時(shí)必然會導(dǎo)致柱塞泵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動。第四，可能因?yàn)樾钅芷鞯墓逃蓄l率過低，其對200Hz以上的流量脈動無法起到濾波作用，對消振影響作用也不大。結(jié)合上述故障分析及相關(guān)結(jié)論，對柱塞泵實(shí)施了頻譜分析、現(xiàn)場試驗(yàn)、振動機(jī)理分析與計(jì)算，最終得出精確結(jié)論，即要在系統(tǒng)回路設(shè)置專門的消振裝置，以有效排除故障問題。

4 總結(jié)

斜盤式軸向柱塞泵的典型故障問題較多，如上文所述之外還包括了冶金液壓站的柱塞泵異常振動故障問題、單向閥所造成的液壓泵吸空故障問題等等。這些問題都導(dǎo)致生產(chǎn)不利。所以本文切實(shí)提出了幾點(diǎn)柱塞泵的典型故障問題、成因及故障排除對策，希望以此從綜合方面客觀科學(xué)評價(jià)柱塞泵運(yùn)行狀況，延長柱塞泵的使用壽命。