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    軸向柱塞泵維修

    軸向柱塞泵維修

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            工程機械的工作環境惡劣,維護和保養很難滿足液壓系統的要求,在使用過程中常出現因液壓泵容積效率下降而使執行元件動作緩慢無力的情況。從其結構和運動特點可以看出,柱塞泵易發生磨損而影響容積效率的部位有以下幾處:缸體端部與配流盤磨損或拉傷后的平面間隙,滑靴與斜盤磨損或拉傷后的平面間隙,柱塞與缸體柱塞孔之間磨損后的圓環形間隙。從磨損發生的過程分析,一旦出現非正常磨損,則靜壓支承油膜被破壞,而磨損產生的顆粒短時間難以排出泵體,成為磨料參與到下一輪磨損中,造成惡性循環,使磨損速度劇增。(在柱塞泵維修欄目中,全是各個情況下的柱塞泵故障)

    軸向柱塞泵維修

            磨損與拉傷較嚴重的部位是缸體和配流盤以及滑靴和斜盤的平面浮動間隙,受損的零件主要為滑靴、缸體端部襯板和配流盤。從間隙泄漏的特點看,柱塞與缸體柱塞孔的間隙較小且密封長度較大,對泵容積效率的影響相對較??;而配流盤與缸體端部、滑靴與斜盤的平面間隙密封帶較窄,配合面出現拉傷是造成容積效率下降的主要因素。在確認液壓泵出現故障后,應對泵解體檢查,重點是上述多處配合表面的磨損和拉傷情況。對于正常磨損,表面無劃傷、膠合的零件,清洗后可直接使用;對于輕微磨損或劃傷的零件,可進行研磨、拋光修理;對于配流盤等嚴重拉傷、嚴重燒損并已發黃的零件,通過精磨、研磨后不可能滿足裝配要求,考慮到維修成本和時間,建議更換零件。  軸向柱塞泵是液壓系統中重要的動力元件和執行元件,廣泛地應用在工業液壓和行走液壓領域,是現代液壓元件中使用最廣的液壓元件之一。由于軸向柱塞泵結構復雜,對制造工藝、材料的要求非常高,因此它又是技術含量很高的液壓元件之一。目前,國產柱塞泵對介質的要求比較高,所以驅動抗燃型、磷酸酯液壓液時,泵的使用效果顯得后勁不足,而國外的技術則相對比較成熟。   

     1 泵體內部結構分析
        軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式2大類。在變量形式上,斜盤式軸向柱塞泵靠斜盤擺動變量,斜軸式軸向柱塞泵則為擺缸變量。斜盤式軸向柱塞泵有通軸和半軸2種結構,其中通軸型在液壓行業使用比較廣泛。通軸型斜盤式軸向柱塞泵的結構特征如圖所示。

    軸向柱塞泵維修結構

           該泵的主軸采用了兩端支承,斜盤通過柱塞作用在缸體上的徑向力可以由主軸軸承受,因而取消了缸體外緣的大軸承; 該泵無單獨的配流盤,而是通過缸體和后泵蓋端面直接配油。缸體中孔內的彈簧的作用與非通軸型泵的相同,是將缸體壓向右側配流端面,保證啟動時的密封。通軸泵結構的另一特點是在泵的外伸端可以安裝一個小型輔助泵(通常為內齒輪泵) ,供閉式系統補油之用,因而可以簡化油路系統和管道連接,有利于液壓系統的集成化。這是近年來通軸泵發展較快的原因之一。此外,通軸驅動是一種堅固設計,通軸驅動選項便于安裝控制裝置,附加裝置或其他的輔助泵。它能安裝同樣規格的第二個泵,這就提供了真正的串聯泵的結構。(此中可以參考力士樂A10VSO柱塞泵維修)  

     1.1 缸體端面間隙的自動補償
        使缸體緊壓配流盤端面的作用力,除彈簧的推力外,還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力,此液壓力比彈簧力大得多,而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受力而緊貼著配流盤,就使端面間隙得到了自動補償,提高了泵的容積效率。
        1.2 柱塞頭接觸方式
        軸向柱塞泵在工作時由于柱塞球頭與斜盤平面理論上為一點接觸,因而接觸應力大,極易磨損。一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑履,二者之間為球面接觸,而滑履與斜盤之間又以平面接觸,從而改善了柱塞工作的受力狀況。并且由于各相對運動表面之間通過小孔引入了壓力油,實現可靠的潤滑,故大大降低了相對運動零件表面的磨損。這樣,就有利于泵在高壓下工作。
        1.3 滑靴的靜壓支撐結構
        如圖所示,滑靴是按靜壓軸承原理設計的,缸體中的壓力油經過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室,使滑靴和斜盤間形成液體潤滑,改善了柱塞頭部和斜盤的接觸情況,有利于提高軸向柱塞泵的壓力。柱塞由斜盤上的滑靴軸承靜壓平衡,有效地提供無脈動流量。

        1.4 殼體內的泄油壓力
        殼體內的泄油壓力取決于軸封所能允許的最高壓力。德國REXROTH 公司生產的斜軸式軸向柱塞泵和馬達的殼體泄油壓力一般為012 M Pa,也有高達1 MPa的(如A2F定量泵系列),國產軸向柱塞泵和馬達的殼體泄油壓力應嚴格遵照產品使用說明書的規定,過高的殼體泄油壓力將導致軸封的早期損壞。
        1.5 柱塞數

    柱塞泵內部

        圖表 3  柱塞泵內部  如圖所示,設柱塞直徑為d,柱塞數為Z,柱塞中心分布圓直徑為D,斜盤傾角為C,則 柱塞泵的排量和流量分別為

        式中: n為泵的轉速; GpV為泵的容積效率。軸向柱塞泵的輸出流量是脈動的。 理論分析和實驗研究表明,當柱塞個數多且為奇數時流量脈動較小。從結構和工藝考慮,柱塞個數多采用7或9。
       

     2 軸向柱塞泵失效分析
        基于軸向柱塞泵的結構分析,其失效的外在因素主要有:
        (1) 泵安裝位置不好導致軸承潤滑不足。例如:沒有壓力的循環會引起泄漏油反向,液壓油將從殼體通過閥板的泄漏孔流到液壓缸,在這種條件下工作的泵將使軸承無法潤滑,造成損壞。因此,泄漏必須安裝成允許液壓油能從油箱中吸出,為了實現此目的:1 泄漏管必須低于油箱液面; 2 在泄漏管中不允許有單向閥; 3 如有單向閥,殼體必須用外部流量沖洗。
        (2) 油液清潔度不符合要求。正確的油液狀態對于延長液壓元件和系統的壽命來說至關重要。但軸向柱塞泵實際運行中,常因以下原因導致液壓油清潔度不符合要求: 1 在日常檢修施工,比如更換密封件、換軟管或配管,檢修施工人員不注意清潔,導致雜物混入系統;

          泵長時間工作后,斜盤與滑靴摩擦及缸體與柱塞摩擦產生細小銅粉進入系統,導致油液污染; 3 在更換新油缸時,油缸試壓的油與系統用油不同,結果2種油相混進入系統,導致油液變質。  

    力士樂A10VSO軸向柱塞泵維修

         (3) 油溫過高及油溫過低,循環冷卻能力不足,系統散熱不良。液壓泵的最低工作溫度一般根據油液黏度隨溫度降低而加大來確定。當油液黏稠到進口條件不再保證液壓泵完全充滿時將發生氣蝕??谷家簤河偷拿芏却笥谑突簤河?,有時低溫黏度也更大。許多抗燃液壓油含水,如果壓力低或溫度高則水會蒸發。因此,使用這些油液時,泵進口條件更加敏感。常用的解決辦法是用輔助泵給主泵進口升壓,或把泵進口布置成低于油箱液面,以便向泵進口灌油。一般液壓泵工作油溫范圍為- 25~ 80 e 。工作介質的最低黏度為10 mm2 / s,最高黏度為100 mm2 / s。液壓泵的最高允許工作溫度取決于所用油液和密封的性質。超過允許溫度時,油液會變稀,黏度降低,不能維持高載荷部位的正常潤滑,引起氧化變質。  

          (4) 吸油能力不足,吸油管管徑太小,油泵混入空氣,導致潤滑能力不足。開式回路中采用的液壓泵具有一定的自吸能力。發生氣蝕不僅可能使泵損壞,而且還引起振動和噪聲,使控制閥、執行器動作不良,對整個液壓系統產生惡劣影響。在確認所用泵的自吸能力的同時,必須在考慮液壓裝置的使用溫度條件、液壓油的黏度來計算吸油管路的阻力的基礎上,確定泵相對于油箱液位的安裝位置并設計吸油管路。另外,泵的自吸能力就計算值來說要留有充分裕量。   

          (5) 液體的氣化壓強。液體汽化產生氣穴,氣穴發展,往往又產生一種更為有害的氣蝕現象,造成振動、噪聲,甚至使機件產生機械性和化學性的損壞,這是液壓傳動中必須設法避免和消除的有害現象。

    柱塞泵維修圖   

     3 現場維修與維護要點
        伊頓/ PV0 型恒壓變量柱塞泵如圖4所示,斜盤最大搖架角度18b,能應用于靜壓驅動; 9個柱塞由斜盤上的滑靴軸承靜壓平衡,有效地提供無脈動流量; 可用于包括機械式、液壓控制式及電氣控制式等不同排量的泵,最高轉速可達1800r/min,系統的工作效率很高。

        3.1 主軸拆卸與修理
        取出前壓蓋和后壓蓋用熟銅棒將軸輕輕擊打并取出。檢查軸承及軸承位磨損情況。軸承外圈出現裂紋、滾柱磨損,游隙大的則需更換新軸承; 軸承位出現毛刺、飛邊,若磨損不嚴重,可采取手工研磨。如果軸磨損嚴重,則用45# 鋼或40Cr鋼重新制造,軸毛坯經粗、精車后,軸承部位要熱處理,硬度為HRC60~ 65,然后再經磨削,使軸承配合部位表面粗糙度不大于Ra 0.32 Lm; 軸的圓度和圓柱度允差為0.005mm,表面粗糙度應不大于Ra 0.63 Lm。
        3.2 缸體組件的拆卸與修理
        打開后端蓋容腔,分離控制活塞部分和偏差彈簧部分,取出配流盤,拆除斜盤部分定位銷側蓋,即可取出缸體組件。缸體組件包括缸體、柱塞桿、配流盤、滑靴、斜盤等,一般柱塞泵失效可從3對摩擦副著手檢查。   

     3.2.1 柱塞桿與缸體孔
        柱塞表面和轉子與柱塞相配合的孔的間隙超差的修理方法: 按照所測得的磨損的柱塞孔的尺寸重新配制柱塞,新柱塞的材料、熱處理工藝和外徑尺寸與表面粗糙度都要符合有關的技術要求; 裝配前,可研磨一下新柱塞與配合孔。另外,也可在用過的幾個同型號柱塞泵中選用磨損程度較輕的柱塞和轉子柱塞孔進行重新組合配裝。一般說來,舊柱塞與孔的配合間隙不應超過25 Lm,超過35 Lm,就只能當報廢處理了。配合間隙數據比較難檢測??捎靡环N簡單的方法檢測: 用手堵住柱塞缸底孔并將其端平,讓柱塞自由滑下,如果下滑得比較緩慢,說明基本沒超差,還可以使用; 反之無阻力,超差就比較嚴重了,需找生產廠家配做。
       

    3.2.2 滑靴與斜盤
        滑靴與斜盤的滑動摩擦是3對摩擦副中最為復雜的一對。柱塞與滑靴間隙超差,柱塞腔中的高壓油就會從柱塞球頭與滑靴間隙中泄出,滑靴與斜盤油膜減薄,嚴重時會造成靜壓支撐失效,滑靴與斜盤發生金屬接觸摩擦,滑靴燒蝕脫落,柱塞球頭劃傷斜盤。出現這種情況柱塞與滑靴必須成組更換。斜盤使用一段時間后,斜盤平面會出現內凹現象,在采用平臺研磨前,首先應測量原始尺寸和平面硬度。研磨后,再測出研磨量是多少,如在0.18 mm以內,對柱塞泵使用無妨礙; 如果超出0.2 mm,則需送回廠家修理。如果現場條件允許,也可以采用鉻相焊條進行手工堆焊,補焊過的斜盤平面需重新熱處理。但不管采取哪種方法修復斜盤,都必須恢復原有的尺寸精度、硬度和表面粗糙度。

    軸向柱塞泵維修滑靴   

     3.2.3 配流盤與缸體配流面
        伊頓/ PV0 型柱塞泵配流盤為平面配流。缸體和配流盤在研磨前,應先測量總厚度尺寸和應當研磨掉的尺寸,再補償到調整墊上。配流盤研磨量較大時,研磨后應重新熱處理。缸體與配流盤相接觸的面不允許有毛刺、凹槽及雜質; 研磨過程中,研磨的壓力和速度對研磨效率和質量有很大影響。對配流盤的研磨,壓力不能太大,若壓力太大,被研磨掉的金屬就多,工作表面粗糙度大,有時甚至還會壓碎研磨料而劃傷研磨表面。推薦磨料為粒度號數為W10的氧化鋁系和金剛石微粉。缸體與配流盤修復后,可采用下述方法檢查配合面的泄漏情況: 在配流盤面涂上凡士林油,把泄油道堵死,然后將配流盤平放在平臺或平板玻璃上,再把缸體放在配流盤上,在缸孔中注入柴油,要間隔注油,即一個孔注油,一個孔不注油,觀察4 h以上,柱塞孔中柴油無泄漏和串通,說明缸體與配流盤研磨合格。   

     313 裝配要點及使用維護
         將主要元件都檢修清洗后,開始組裝。一般常用工具有塞尺、尖嘴鉗、內外彈性卡鉗、鑷子、紫銅棒、內六角扳手等。裝配時要注意以下幾點:
        (1) 現場清洗零部件時,要保證不受二次污染;
        (2) 由于滑靴采用靜壓支承,所以柱塞和滑靴的阻尼中心孔及油室必須保持清潔;
        (3) 裝配好之后,從泄漏口往泵體內灌滿油并手動盤車,轉動泵軸,手掌堵住進油口或出油口,感覺其吸力,吸力越大越好,反之,說明還有元件的尺寸或配合間隙超差,須重新檢查;
        (4) 將修好的泵裝機空載試車5 m in,然后逐漸加壓,檢查壓力是否有波動,泵有無異響,是否運轉正常。  在維修中更換零件應盡量使用原廠生產的零件,使用其他備件,由于無法掌握其實際使用的技術要求,配合間隙無法保證,將大大降低泵的使用壽命。柱塞泵的使用壽,與平時的維護保養、液壓油的數量和質量、油液清潔度等有關。避免油液中的顆粒對柱塞泵摩擦副造成的磨損,也是延長柱塞泵壽命的有效途徑。

           在這里要說的是,無論是派克柱塞泵維修還是力士樂柱塞泵維修,都算是比較常見的軸向柱塞泵維修,在前文中,我們還專門做過力士樂A4VG175柱塞泵維修的專題,若是在這邊文章中看的不是很清楚,可以參考下其他文章,總能有所收貨。

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