液壓泵殼體泄漏了解

當機器部件的使用壽命已確定并且可以相當準確地預測時，預防性維護理念是一個很好的選擇，并且?guī)缀蹩隙ū鹊却收暇S護方法更好。預防性維護包括預測組件的壽命或性能下降，并在其使用壽命結(jié)束之前的某個時間安排其維修或更換。然而，一些部件在眾多變量（因素）的情況下運行，這可能會影響其性能損失率，液壓泵就是這樣的部件之一。例如，泵的使用壽命可能會受到以下因素的影響：

? 根據(jù)具體應(yīng)用正確的選擇泵

? 使用前如何儲存泵

? 泵如何安裝到系統(tǒng)中

? 應(yīng)用的工作壓力和工作周期

? 泵的轉(zhuǎn)速

? 系統(tǒng)流體的類型和狀況（溫度、清潔度等）

? 泵吸入口條件

? 泵控制裝置的正確設(shè)置和操作（如適用）

? 泵泄油管布置

由于運行變量（因素）如此之多，估算出需要維修或更換泵的時間絕非易事。低估泵的使用壽命可能會導致部件依然完全可以使用，且還剩下許多小時的使用壽命，而被不必要地更換。另一方面，過高估計其壽命可能會導致在計劃更換之前發(fā)生災(zāi)難性故障，并可能導致由此產(chǎn)生的所有間接成本和中斷。因此，在這種情況下，預測性維護程序可能更合適，其中定期或最好連續(xù)監(jiān)測泵性能的關(guān)鍵特征。

因此，下一個要回答的問題是，表明泵性能水平的泵運行的關(guān)鍵特征是什么？要回答這個問題，首先需要定義典型泵的常見故障模式。因此，以變量軸向柱塞泵為例，這種泵由于其良好的效率、高壓能力和通軸驅(qū)動特點，在大型移動機器和許多工業(yè)應(yīng)用中非常常見。此類泵通常由 9個柱塞組成，這些柱塞安裝在旋轉(zhuǎn)缸筒的孔中。當缸筒旋轉(zhuǎn)時，傾斜的斜盤使柱塞在其孔內(nèi)往復運動，柱塞的沖程由斜盤的角度決定。每個柱塞端部上的滑靴或滑靴使用回程盤固定在旋轉(zhuǎn)斜盤上，并且滑靴和柱塞之間的柔性接頭通常通過將滑靴鍛壓在柱塞的球形端部上來實現(xiàn)。然而，在一些設(shè)計中，柱塞與滑靴的球形延伸部配合。入口和出口流體在循環(huán)的適當部分通過泵后部的配流盤流至柱塞。控制柱塞將斜盤定位在最大和零之間的任意角度，以便改變泵排量并響應(yīng)安裝在泵上的一個或多個控制閥的動作。在一些設(shè)計中，調(diào)節(jié)柱塞與泵軸位于同一軸線上，而在其他設(shè)計中，調(diào)節(jié)柱塞與泵軸成直角。

考慮到泵故障的最常見原因，就像所有旋轉(zhuǎn)設(shè)備一樣，軸承的磨損或損壞將不可避免地排在首位。泵軸軸承失效的原因可能有多種，但液壓油問題和負載過大是兩個最可能的原因。錯誤的流體類型或狀況以及污染和溫度問題都可能導致軸承過早失效，以及軸不對中或過壓導致的過度負載。當然，即使在額定使用條件下工作，所有軸承的使用壽命也是有限的。

如前所述，可變排量軸向柱塞泵的斜盤設(shè)計為傾斜以改變泵的排量，因此安裝在軸瓦中，軸瓦的兩側(cè)由滾針軸承或更常見的鞍型軸承支撐。鞍形軸承通常采用壓力潤滑，但仍然容易因受污染的液體而發(fā)生故障。驅(qū)動軸的故障不太常見，通常是由于安裝對準不良而彎曲或泵嚴重超壓導致扭轉(zhuǎn)故障造成的。當然，扭轉(zhuǎn)故障也可能是泵災(zāi)難性內(nèi)部故障的結(jié)果。

軸封泄漏可能是密封件磨損或泵殼壓力高的跡象。密封件需要潤滑，以避免過多的熱量積聚和磨損，因此在沒有預先向殼體填充液體的情況下啟動泵可能會導致密封件過早失效。如果泵“干”啟動，即泵殼內(nèi)沒有流體，則內(nèi)部泄漏可能需要很長時間才能填滿泵殼并為軸封和其他部件提供必要的潤滑，特別是如果泵輸出在此期間被卸載。溫度過高、污染以及高連續(xù)或峰值殼體壓力也是可能導致軸封泄漏的因素。

變量泵通過先導閥進行控制，先導閥通過一個或多個控制柱塞作用，改變斜盤的角度來改變泵的排量?？刂崎y的范圍可以從簡單的恒壓補償器到伺服控制的位移機構(gòu)，并且可能與負載傳感和功率限制等功能相結(jié)合。此類控制閥可能總是容易受到污染、堵塞閥芯或阻塞孔口的影響，并且還必須設(shè)置在啟動時和泵的整個使用壽命期間正確啟動和調(diào)整。例如，流體溫度過高的一個非常常見的原因是限壓補償器的壓力被調(diào)節(jié)到高于泵出口安全閥的壓力。然后，多余的泵流量會在全壓下流過安全閥，而不是減少泵流量。

與大多數(shù)液壓元件一樣，泵的最大敵人是污染。泵內(nèi)部組件的正?；虍惓Ｄp將不可避免地降低泵的輸出流量。比如，缸筒面的磨損或損壞可能會導致直接從高壓出口到低壓入口或進入泵殼的泄漏。然而，來自柱塞/孔間隙和來自柱塞/組件的泄漏總是會聚集在泵殼中，并從泵殼處通過殼體泄油管線引導回油箱。因此，長期以來人們一直認為，監(jiān)測泵的殼體泄油流量可以很好地指示泵的磨損狀態(tài)，從而能夠估計泵的剩余使用壽命。雖然這通常是一個合理的假設(shè)，但如果采用這種方法，則需要考慮幾個因素，并避免一些陷阱。

首先，如上所述，并非所有內(nèi)部泄漏都會收集在泵殼中，因此不會表現(xiàn)為殼體泄油管路中的總流量。由污染引起的配流盤或缸筒端面的劃痕通常會使高壓流體直接流回入口，從而減少凈輸出流量。一些泵設(shè)計采用了殼體到入口止回閥，旨在限制殼體壓力，因此過多的內(nèi)部泄漏可能不會隨著殼體泄油管路中流量的增加而出現(xiàn)。此外，串聯(lián)泵有時共享一個公共殼體泄油管線（通過從后泵上拆下軸封），因此無法確定哪個泵正在失去效率，或者效率損失是否是由兩個泵造成的。

其次，安裝在殼體泄油管路中的任何部件都可能增加對泄油流量的限制，從而增加泵殼體內(nèi)的壓力，并且如上所述，高殼體壓力會降低軸密封性能。但除了對泵軸密封的影響之外，高殼體壓力還會導致泵出現(xiàn)更嚴重的問題。對于泵吸入側(cè)的柱塞，較高的殼體壓力往往會將每個柱塞推回其孔中，從而對抗柱塞孔內(nèi)的非常低的壓力?；爻瘫P的目的是抵消這種不平衡的壓力，并使柱塞與泵循環(huán)吸入側(cè)的斜盤接觸。在泵設(shè)計使用彈簧加載回程盤的情況下，過高的殼體壓力會克服彈簧力，并使柱塞抬起斜盤，從而導致它們傾斜并允許柱塞和斜盤之間的金屬與金屬接觸。斜盤表面上的半圓形痕跡以及回程盤孔邊緣上的凹痕是發(fā)生現(xiàn)象的特征標志。

為了將作用在柱塞上的不平衡壓力保持在可接受的水平內(nèi)，大多數(shù)泵制造商規(guī)定了殼體壓力和入口壓力之間的最大壓差，通常為 50 kPa (7.5 psi)。然而，必須記住，在最大沖程角時，吸入口柱塞在其孔內(nèi)以高速線性行進并隨缸筒旋轉(zhuǎn)。因此，當流體擠壓通過配流盤和缸筒的狹窄開口，加速到柱塞的線性速度和旋轉(zhuǎn)速度，然后充滿柱塞孔時，其壓力將接近絕對零，并且肯定遠低于入口處可測量的壓力。但即使受到這種壓力不平衡，如果沒有其他因素的影響，合力似乎也不足以將柱塞和滑靴分開。

在許多情況下，另一個因素可能是單個斜盤控制柱塞在泵殼中引起瞬態(tài)壓力峰值的結(jié)果。當泵從高流量狀態(tài)移動到低流量狀態(tài)（涉及減小的斜盤角度）時，控制柱塞快速延伸并從泵殼中排出一定量的流體。如果泄油管路受到任何限制，這會在殼體泄油管路中產(chǎn)生瞬時高流速，并隨之在殼體內(nèi)產(chǎn)生高峰值壓力。有關(guān)此類峰值泄油管流量的數(shù)據(jù)相當稀少，但 Parker 引用了 140 cm3/r（8.5 in3）泵高達 120 L/min (31.7 gpm) 的數(shù)字，幾乎是 1800 rpm 驅(qū)動速度下全泵流量的一半 。因此，如果泄油連接以及安裝在其中的任何組件的尺寸已確定為 10 至 15 L/min（2.6 至 4.0 gpm）的預期流量（理論泵輸出流量的 4 至 6%），則 120 L/min (31.7 gpm) 的瞬時流量可能會在泵殼中產(chǎn)生較高的峰值壓力。在 1800 rpm 的轉(zhuǎn)速下，每個柱塞和滑靴組件每秒被擠壓和拉伸 30 次，因此，如果高殼體壓力產(chǎn)生的拉伸力大于應(yīng)有的拉伸力，則柱塞球形端和滑靴之間的連接最終會松開， 隨后過早失敗。當然，當控制柱塞縮回以使泵回到?jīng)_程時，泄油管路中可能會發(fā)生逆流。

由于這些原因，變量柱塞泵的泄油管應(yīng)盡可能大且不受限制，即使由永久安裝的渦輪式流量計產(chǎn)生的相對較低的限制也可能足以縮短泵的工作壽命。因此，偶爾（但定期）將流量計連接到泄油管比永久安裝的裝置更可取，但必須注意確保在相同的泵運行條件（排量、速度、壓力）下獲取流量計讀數(shù)、溫度等），這可能并不總是容易做到，除非使用確定的測試流程進行，并且很可能在機器離線的情況下進行。

在移動機械上，泵驅(qū)動速度可以從發(fā)動機速度得出，當然通常會對其進行監(jiān)控。斜盤角度傳感器是許多變量泵的常見選件，壓力傳感器也是許多機器的標準配置。通過使用同時檢測流體溫度的輸出流量監(jiān)視器，還可以考慮影響泵流量的最終因素。

因此，Webtec 的 CTA 系列流量監(jiān)測器非常適合構(gòu)成預測性維護系統(tǒng)的一部分，可以在壓力高達 42 MPa (6,090 psi) 和流量高達 300 L/min (79.3 gpm) 的情況下連續(xù)監(jiān)測泵輸出流量性能同時感測流體溫度。其工作原理是經(jīng)過充分驗證的設(shè)計，使用安裝在流中的渦輪機葉輪和感測每個渦輪葉片經(jīng)過的傳感器。當流量通過流量監(jiān)測器時，渦輪葉片以與流量成比例的速度旋轉(zhuǎn)。然后，車載電子設(shè)備將傳感器脈沖轉(zhuǎn)換為流量信號，該信號可以通過 SAE J1939 CAN bus 信號傳輸?shù)杰囕v的主監(jiān)控系統(tǒng)，或通過遠程信息處理鏈路傳輸?shù)郊斜O(jiān)控和診斷站。

盡管這種流量監(jiān)測器產(chǎn)生的限制很小，但將這些裝置安裝在可變排量軸向柱塞泵的出口中而不是安裝在殼體泄油管路中是首選布置。然而，安裝到固定排量泵和馬達的泄油管中的問題要小得多，因為不太可能發(fā)生高瞬態(tài)泄油管線流量。結(jié)合合適的振動傳感器來監(jiān)測軸承狀況，可以對泵進行全面、連續(xù)的健康檢查，并采取適當?shù)拇胧﹣肀苊庖馔夤收显斐傻母蓴_和成本。

因此，在使用殼體泄油流量監(jiān)測之前，請考慮以下事項：

? 并非所有泵和電機的內(nèi)部泄漏都像殼體泄油流量一樣明顯

? 安裝在殼體泄油管路中的部件不應(yīng)不利地增加殼體壓力

? 適當時檢查制造商關(guān)于最大殼體壓力和殼體至入口壓差的規(guī)格

? 變量泵泄油管中的瞬時流量可能非常高

? 殼體泄油流量將隨泵或電機工作壓力的變化而有很大變化

? 變量泵的控制孔通常會增加零排量時的泄油管線流量