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轴向柱塞泵维修

轴向柱塞泵维修

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        工程机械的工作环境恶劣,维护和保养很难满足液压系统的要求,在使用过程中常出现因液压泵容积效率下降而使执行元件动作缓慢无力的情况。从其结构和运动特点可以看出,柱塞泵易发生磨损而影响容积效率的部位有以下几处:缸体端部与配流盘磨损或拉伤后的平面间隙,滑靴与斜盘磨损或拉伤后的平面间隙,柱塞与缸体柱塞孔之间磨损后的圆环形间隙。从磨损发生的过程分析,一旦出现非正常磨损,则静压支承油膜被破坏,而磨损产生的颗粒短时间难以排出泵体,成为磨料参与到下一轮磨损中,造成恶性循环,使磨损速度剧增。(在柱塞泵维修栏目中,全是各个情况下的柱塞泵故障)

轴向柱塞泵维修

        磨损与拉伤较严重的部位是缸体和配流盘以及滑靴和斜盘的平面浮动间隙,受损的零件主要为滑靴、缸体端部衬板和配流盘。从间隙泄漏的特点看,柱塞与缸体柱塞孔的间隙较小且密封长度较大,对泵容积效率的影响相对较小;而配流盘与缸体端部、滑靴与斜盘的平面间隙密封带较窄,配合面出现拉伤是造成容积效率下降的主要因素。在确认液压泵出现故障后,应对泵解体检查,重点是上述多处配合表面的磨损和拉伤情况。对于正常磨损,表面无划伤、胶合的零件,清洗后可直接使用;对于轻微磨损或划伤的零件,可进行研磨、抛光修理;对于配流盘等严重拉伤、严重烧损并已发黄的零件,通过精磨、研磨后不可能满足装配要求,考虑到维修成本和时间,建议更换零件。  轴向柱塞泵是液压系统中重要的动力元件和执行元件,广泛地应用在工业液压和行走液压领域,是现代液压元件中使用最广的液压元件之一。由于轴向柱塞泵结构复杂,对制造工艺、材料的要求非常高,因此它又是技术含量很高的液压元件之一。目前,国产柱塞泵对介质的要求比较高,所以驱动抗燃型、磷酸酯液压液时,泵的使用效果显得后劲不足,而国外的技术则相对比较成熟。   

 1 泵体内部结构分析
    轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式2大类。在变量形式上,斜盘式轴向柱塞泵靠斜盘摆动变量,斜轴式轴向柱塞泵则为摆缸变量。斜盘式轴向柱塞泵有通轴和半轴2种结构,其中通轴型在液压行业使用比较广泛。通轴型斜盘式轴向柱塞泵的结构特征如图所示。

轴向柱塞泵维修结构

       该泵的主轴采用了两端支承,斜盘通过柱塞作用在缸体上的径向力可以由主轴轴承受,因而取消了缸体外缘的大轴承; 该泵无单独的配流盘,而是通过缸体和后泵盖端面直接配油。缸体中孔内的弹簧的作用与非通轴型泵的相同,是将缸体压向右侧配流端面,保证启动时的密封。通轴泵结构的另一特点是在泵的外伸端可以安装一个小型辅助泵(通常为内齿轮泵) ,供闭式系统补油之用,因而可以简化油路系统和管道连接,有利于液压系统的集成化。这是近年来通轴泵发展较快的原因之一。此外,通轴驱动是一种坚固设计,通轴驱动选项便于安装控制装置,附加装置或其他的辅助泵。它能安装同样规格的第二个泵,这就提供了真正的串联泵的结构。(此中可以参考力士乐A10VSO柱塞泵维修)  

 1.1 缸体端面间隙的自动补偿
    使缸体紧压配流盘端面的作用力,除弹簧的推力外,还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力,此液压力比弹簧力大得多,而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受力而紧贴着配流盘,就使端面间隙得到了自动补偿,提高了泵的容积效率。
    1.2 柱塞头接触方式
    轴向柱塞泵在工作时由于柱塞球头与斜盘平面理论上为一点接触,因而接触应力大,极易磨损。一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑履,二者之间为球面接触,而滑履与斜盘之间又以平面接触,从而改善了柱塞工作的受力状况。并且由于各相对运动表面之间通过小孔引入了压力油,实现可靠的润滑,故大大降低了相对运动零件表面的磨损。这样,就有利于泵在高压下工作。
    1.3 滑靴的静压支撑结构
    如图所示,滑靴是按静压轴承原理设计的,缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室,使滑靴和斜盘间形成液体润滑,改善了柱塞头部和斜盘的接触情况,有利于提高轴向柱塞泵的压力。柱塞由斜盘上的滑靴轴承静压平衡,有效地提供无脉动流量。

    1.4 壳体内的泄油压力
    壳体内的泄油压力取决于轴封所能允许的最高压力。德国REXROTH 公司生产的斜轴式轴向柱塞泵和马达的壳体泄油压力一般为012 M Pa,也有高达1 MPa的(如A2F定量泵系列),国产轴向柱塞泵和马达的壳体泄油压力应严格遵照产品使用说明书的规定,过高的壳体泄油压力将导致轴封的早期损坏。
    1.5 柱塞数

柱塞泵内部

    图表 3  柱塞泵内部  如图所示,设柱塞直径为d,柱塞数为Z,柱塞中心分布圆直径为D,斜盘倾角为C,则 柱塞泵的排量和流量分别为

    式中: n为泵的转速; GpV为泵的容积效率。轴向柱塞泵的输出流量是脉动的。 理论分析和实验研究表明,当柱塞个数多且为奇数时流量脉动较小。从结构和工艺考虑,柱塞个数多采用7或9。
   

 2 轴向柱塞泵失效分析
    基于轴向柱塞泵的结构分析,其失效的外在因素主要有:
    (1) 泵安装位置不好导致轴承润滑不足。例如:没有压力的循环会引起泄漏油反向,液压油将从壳体通过阀板的泄漏孔流到液压缸,在这种条件下工作的泵将使轴承无法润滑,造成损坏。因此,泄漏必须安装成允许液压油能从油箱中吸出,为了实现此目的:1 泄漏管必须低于油箱液面; 2 在泄漏管中不允许有单向阀; 3 如有单向阀,壳体必须用外部流量冲洗。
    (2) 油液清洁度不符合要求。正确的油液状态对于延长液压元件和系统的寿命来说至关重要。但轴向柱塞泵实际运行中,常因以下原因导致液压油清洁度不符合要求: 1 在日常检修施工,比如更换密封件、换软管或配管,检修施工人员不注意清洁,导致杂物混入系统;

      泵长时间工作后,斜盘与滑靴摩擦及缸体与柱塞摩擦产生细小铜粉进入系统,导致油液污染; 3 在更换新油缸时,油缸试压的油与系统用油不同,结果2种油相混进入系统,导致油液变质。  

力士乐A10VSO轴向柱塞泵维修

     (3) 油温过高及油温过低,循环冷却能力不足,系统散热不良。液压泵的最低工作温度一般根据油液黏度随温度降低而加大来确定。当油液黏稠到进口条件不再保证液压泵完全充满时将发生气蚀。抗燃液压油的密度大于石油基液压油,有时低温黏度也更大。许多抗燃液压油含水,如果压力低或温度高则水会蒸发。因此,使用这些油液时,泵进口条件更加敏感。常用的解决办法是用辅助泵给主泵进口升压,或把泵进口布置成低于油箱液面,以便向泵进口灌油。一般液压泵工作油温范围为- 25~ 80 e 。工作介质的最低黏度为10 mm2 / s,最高黏度为100 mm2 / s。液压泵的最高允许工作温度取决于所用油液和密封的性质。超过允许温度时,油液会变稀,黏度降低,不能维持高载荷部位的正常润滑,引起氧化变质。  

      (4) 吸油能力不足,吸油管管径太小,油泵混入空气,导致润滑能力不足。开式回路中采用的液压泵具有一定的自吸能力。发生气蚀不仅可能使泵损坏,而且还引起振动和噪声,使控制阀、执行器动作不良,对整个液压系统产生恶劣影响。在确认所用泵的自吸能力的同时,必须在考虑液压装置的使用温度条件、液压油的黏度来计算吸油管路的阻力的基础上,确定泵相对于油箱液位的安装位置并设计吸油管路。另外,泵的自吸能力就计算值来说要留有充分裕量。   

      (5) 液体的气化压强。液体汽化产生气穴,气穴发展,往往又产生一种更为有害的气蚀现象,造成振动、噪声,甚至使机件产生机械性和化学性的损坏,这是液压传动中必须设法避免和消除的有害现象。

柱塞泵维修图   

 3 现场维修与维护要点
    伊顿/ PV0 型恒压变量柱塞泵如图4所示,斜盘最大摇架角度18b,能应用于静压驱动; 9个柱塞由斜盘上的滑靴轴承静压平衡,有效地提供无脉动流量; 可用于包括机械式、液压控制式及电气控制式等不同排量的泵,最高转速可达1800r/min,系统的工作效率很高。

    3.1 主轴拆卸与修理
    取出前压盖和后压盖用熟铜棒将轴轻轻击打并取出。检查轴承及轴承位磨损情况。轴承外圈出现裂纹、滚柱磨损,游隙大的则需更换新轴承; 轴承位出现毛刺、飞边,若磨损不严重,可采取手工研磨。如果轴磨损严重,则用45# 钢或40Cr钢重新制造,轴毛坯经粗、精车后,轴承部位要热处理,硬度为HRC60~ 65,然后再经磨削,使轴承配合部位表面粗糙度不大于Ra 0.32 Lm; 轴的圆度和圆柱度允差为0.005mm,表面粗糙度应不大于Ra 0.63 Lm。
    3.2 缸体组件的拆卸与修理
    打开后端盖容腔,分离控制活塞部分和偏差弹簧部分,取出配流盘,拆除斜盘部分定位销侧盖,即可取出缸体组件。缸体组件包括缸体、柱塞杆、配流盘、滑靴、斜盘等,一般柱塞泵失效可从3对摩擦副着手检查。   

 3.2.1 柱塞杆与缸体孔
    柱塞表面和转子与柱塞相配合的孔的间隙超差的修理方法: 按照所测得的磨损的柱塞孔的尺寸重新配制柱塞,新柱塞的材料、热处理工艺和外径尺寸与表面粗糙度都要符合有关的技术要求; 装配前,可研磨一下新柱塞与配合孔。另外,也可在用过的几个同型号柱塞泵中选用磨损程度较轻的柱塞和转子柱塞孔进行重新组合配装。一般说来,旧柱塞与孔的配合间隙不应超过25 Lm,超过35 Lm,就只能当报废处理了。配合间隙数据比较难检测。可用一种简单的方法检测: 用手堵住柱塞缸底孔并将其端平,让柱塞自由滑下,如果下滑得比较缓慢,说明基本没超差,还可以使用; 反之无阻力,超差就比较严重了,需找生产厂家配做。
   

3.2.2 滑靴与斜盘
    滑靴与斜盘的滑动摩擦是3对摩擦副中最为复杂的一对。柱塞与滑靴间隙超差,柱塞腔中的高压油就会从柱塞球头与滑靴间隙中泄出,滑靴与斜盘油膜减薄,严重时会造成静压支撑失效,滑靴与斜盘发生金属接触摩擦,滑靴烧蚀脱落,柱塞球头划伤斜盘。出现这种情况柱塞与滑靴必须成组更换。斜盘使用一段时间后,斜盘平面会出现内凹现象,在采用平台研磨前,首先应测量原始尺寸和平面硬度。研磨后,再测出研磨量是多少,如在0.18 mm以内,对柱塞泵使用无妨碍; 如果超出0.2 mm,则需送回厂家修理。如果现场条件允许,也可以采用铬相焊条进行手工堆焊,补焊过的斜盘平面需重新热处理。但不管采取哪种方法修复斜盘,都必须恢复原有的尺寸精度、硬度和表面粗糙度。

轴向柱塞泵维修滑靴   

 3.2.3 配流盘与缸体配流面
    伊顿/ PV0 型柱塞泵配流盘为平面配流。缸体和配流盘在研磨前,应先测量总厚度尺寸和应当研磨掉的尺寸,再补偿到调整垫上。配流盘研磨量较大时,研磨后应重新热处理。缸体与配流盘相接触的面不允许有毛刺、凹槽及杂质; 研磨过程中,研磨的压力和速度对研磨效率和质量有很大影响。对配流盘的研磨,压力不能太大,若压力太大,被研磨掉的金属就多,工作表面粗糙度大,有时甚至还会压碎研磨料而划伤研磨表面。推荐磨料为粒度号数为W10的氧化铝系和金刚石微粉。缸体与配流盘修复后,可采用下述方法检查配合面的泄漏情况: 在配流盘面涂上凡士林油,把泄油道堵死,然后将配流盘平放在平台或平板玻璃上,再把缸体放在配流盘上,在缸孔中注入柴油,要间隔注油,即一个孔注油,一个孔不注油,观察4 h以上,柱塞孔中柴油无泄漏和串通,说明缸体与配流盘研磨合格。   

 313 装配要点及使用维护
     将主要元件都检修清洗后,开始组装。一般常用工具有塞尺、尖嘴钳、内外弹性卡钳、镊子、紫铜棒、内六角扳手等。装配时要注意以下几点:
    (1) 现场清洗零部件时,要保证不受二次污染;
    (2) 由于滑靴采用静压支承,所以柱塞和滑靴的阻尼中心孔及油室必须保持清洁;
    (3) 装配好之后,从泄漏口往泵体内灌满油并手动盘车,转动泵轴,手掌堵住进油口或出油口,感觉其吸力,吸力越大越好,反之,说明还有元件的尺寸或配合间隙超差,须重新检查;
    (4) 将修好的泵装机空载试车5 m in,然后逐渐加压,检查压力是否有波动,泵有无异响,是否运转正常。  在维修中更换零件应尽量使用原厂生产的零件,使用其他备件,由于无法掌握其实际使用的技术要求,配合间隙无法保证,将大大降低泵的使用寿命。柱塞泵的使用寿,与平时的维护保养、液压油的数量和质量、油液清洁度等有关。避免油液中的颗粒对柱塞泵摩擦副造成的磨损,也是延长柱塞泵寿命的有效途径。

       在这里要说的是,无论是派克柱塞泵维修还是力士乐柱塞泵维修,都算是比较常见的轴向柱塞泵维修,在前文中,我们还专门做过力士乐A4VG175柱塞泵维修的专题,若是在这边文章中看的不是很清楚,可以参考下其他文章,总能有所收货。

澳托士液压泵维修

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