A10V(S)O泵使用要點.doc

力士樂A10V（S）O柱塞泵使用與修理要點 作者：馬明東一， 使用要點力士樂A10V（S）O系列輕型中壓柱塞泵廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域、工程機械等設(shè)備中，盡管隸屬于輕型柱塞泵范疇，如果能做到正確應(yīng)用，是可以超出設(shè)計壽命。本文從怎樣正確應(yīng)用方法及確保這種泵使用壽命，延長工作壽命，結(jié)合作者本人多年的應(yīng)用、改造、在線測試及維修經(jīng)驗來敘述，如果要保證這種柱塞泵能在正確的工作狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，必需要保證以下六個指標(biāo)：一：S管口的絕對壓力及S管道另一端的水頭壓力。二：不要應(yīng)用到峰值壓力，持續(xù)的最高工作壓力短。三：最大工作壓力與最大流量。四：殼體壓力不得超出吸油口絕對壓力0.5bar.正確的泵殼體泄油回路。五， 變量速率問題。六，保證油質(zhì)的清潔度。一，泵吸油側(cè)也是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，但吸油側(cè)往往不被液壓設(shè)計者重視，恰恰這吸油側(cè)的一些錯誤設(shè)計是造成泵使用壽命縮短及損壞的致命原因，由于液壓設(shè)計者被樣本上的錯誤數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)觀念所誤導(dǎo)，認(rèn)為泵有自吸能力，才造成對液壓系統(tǒng)中的吸油側(cè)的錯誤設(shè)計，柱塞泵不是水泵，水泵能自吸及揚程，靠的是離心力，如果要柱塞泵自吸油液的話，那就要靠回程盤強行拉撥柱塞上的滑靴回程運動，柱塞在缸孔中的抽吸有粘度特性的油液時，所產(chǎn)生的真空度反映到柱塞上生成為對柱塞的嘬力，回程盤強力拉撥柱塞滑靴對抗柱塞這種嘬力，生成了滑靴與柱塞球頭的分離力即拉脫力，久而久之，造成滑靴與柱塞間隙或松脫，這也是柱塞泵壽命減免的一個主要原因。如何能使柱塞在缸孔中回程時不產(chǎn)生過大真空度，要采取正確的方法來保證液壓油箱中的大氣壓施加到液面，大氣壓力加液位高度差迫使油液通過S管灌入到泵吸油腔內(nèi)，是S管內(nèi)的壓力油來推動柱塞回程而不是靠回程盤來拉撥柱塞回程或能減輕回程盤對滑靴的拉撥力。力士樂A10V（S）O樣本上有自相矛盾的錯誤，它說泵有自吸能力（原文：出色的吸油特性），但還要求泵S口處絕對壓力不得低于0.8bar以下（2，不得大于負(fù)壓0.2bar），見圖一 圖一如果做一下負(fù)壓測試試驗，用醫(yī)用注射針管作為虹吸裝置，注射針管頭部加裝負(fù)壓傳感器，拉撥推柄，可以說只要稍用點力就會產(chǎn)生大于負(fù)0.2bar壓力，幾乎這個力是非常微小的力。作者也進行多次在工業(yè)領(lǐng)域、工程機械設(shè)備上多次檢測柱塞泵吸油口處壓力，很少見到泵吸油口絕對壓力大于0.8bar以上的（開式液壓回路）。泵吸油側(cè)包含油箱、輸油管道即S管、泵變徑法蘭對接泵殼體吸油口，要求油箱底板要高于泵軸以上，油箱出油口接輸油管道處大于S管徑2倍，確保水頭壓力，S管的另一頭要大于泵殼體吸油口1.2倍，這樣，S管道為是錐體管，這是為了克服流體沿程壓力損失，還可以用直管作為S管，但管徑要大于泵吸油口徑的1.6倍，在S管與泵吸油口處作一個變徑接頭與泵對接上，確保泵在最大排量時泵吸油口處油液流速小于0.5米/S，要在實際工作狀態(tài)下，做泵絕對壓力測試，查看泵在最大排量時絕對壓力值是多少。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)數(shù)超出1500rpm時，吸油口絕對壓力又變化為1bar以上。二，A10V（S）O系列柱塞泵，為了減輕轉(zhuǎn)動慣量，柱塞是大中心孔薄臂形式柱塞桿，如果使用到了泵最大工作壓力時、壓力連續(xù)時間如果超出所允許時長時，會對柱塞構(gòu)成三個危害，一是滑靴摩擦面變形，由平面變?yōu)楣幕∶?，二是柱塞脹肚，直面柱塞變?yōu)榛∶婀亩切椭?，桿徑局部變大。三是柱塞球頭變型成為扁圓。負(fù)載決定壓力，柱塞泵要達(dá)到最大工作壓力是由柱塞在缸孔中強勁壓縮油液所生成的力，壓縮柱塞的“力”是斜盤機械力壓迫滑靴-滑靴再壓迫柱塞球頭推動柱塞向缸孔內(nèi)運動，當(dāng)柱塞壓縮油液達(dá)到最大工作壓力時，是斜盤的機械強度、滑靴、柱塞球頭、柱塞桿都進入到金屬蠕變最高上限的臨界點，如果柱塞擠壓油液的時間再持續(xù)超出所允許時長時，被壓縮的油液反作用力推壓柱塞，力傳導(dǎo)到柱塞球頭頂部，柱塞球頭頂部再擠壓滑靴球窩、因滑靴靜壓摩擦面中心處有內(nèi)圓形蓄油空間與斜盤之間形成局部空間，這個空間被柱塞球頭頂擠凸起后引起整個滑靴面鼓形凸起，破壞了滑靴靜壓密封環(huán)，壓破油模，使斜盤與滑靴二金屬間直接發(fā)生接觸摩擦磨損，有關(guān)滑靴變形見圖二。柱塞球頭在頂壓滑靴的同時，隨著交變載荷頻率增加，金屬產(chǎn)生的形變，球頭被壓扁成橢圓，引起滑靴與球頭處出現(xiàn)間隙。 圖二作者本人用專業(yè)測試設(shè)備和電子儀器對各國多型號的滑靴受力變形進行過N次靜態(tài)壓力測試、國產(chǎn)的滑靴大都在壓力達(dá)到80bar左右壓力時起，滑靴靜壓摩擦面中心處就開始出現(xiàn)微凸起，邊緣沒有變化。當(dāng)壓力達(dá)到240bar左右時滑靴邊緣翹起到圖二所示，繼續(xù)加載，變形各異。長期使用到最高壓力時，因面積壓強關(guān)系，油壓作用在柱塞中心孔臂圓周，會造成柱塞桿徑膨脹變大，柱塞外徑膨脹增大0.02mm左右直徑，增大直徑的柱塞在與缸孔摩擦運動中摩擦力增大，回程盤在拉動柱塞回程時就會增大柱塞球頭與滑靴的拉脫力，拉力作用在滑靴背部，久之造成滑靴與柱塞球頭松脫。柱塞桿徑與孔徑因壓強作用在材料不均及形貌差異、而導(dǎo)致殘余應(yīng)力延伸，桿徑膨脹隨壓力增大而增徑，嚴(yán)重時會發(fā)生柱塞咬死在缸孔中造成回程盤瞬間崩裂，柱塞體在密閉容腔內(nèi)受壓脹肚現(xiàn)象，這是世界上所有的柱塞都存在的一個普遍現(xiàn)象，是金屬固有的超塑性蠕變現(xiàn)象，而馬達(dá)柱塞脹肚現(xiàn)象還要高于泵的柱塞，只是國外的生產(chǎn)商在設(shè)計高壓重載荷柱塞時，在制造、表面處理時，采取了消除或減低柱塞蠕變手段，使柱塞在高壓時，柱塞蠕變的不明顯、不影響使用。柱塞受力蠕變只是在某壓力段，達(dá)到最高壓力時的瞬間，柱塞桿直徑膨脹變大，當(dāng)壓力降低后膨脹的柱塞桿徑又復(fù)圓到原尺寸。材質(zhì)使用不當(dāng)及制造、熱處理手段低劣，膨脹會不消退，嚴(yán)重的膨脹卡死在缸孔中。此學(xué)說由作者本人馬明東負(fù)責(zé)。三， A10V是輕型柱塞泵范疇，應(yīng)用時不要使用到樣本上的所標(biāo)注的最高數(shù)據(jù)即最大流量、最大工作壓力，這二點不得同時疊加出現(xiàn)在一起。為了保證泵的使用壽命，最佳的使用方式是使用壓力及流量都不得超出樣本上的壓力、流量最高值的75%85%左右，延緩疲勞壽命。A10V泵是中壓泵，雖然樣本寫的最高壓力可以到350bar，但長期使用時，恒壓控制方式不要超過200bar， 恒功率控制方式時不要超過280bar。四，泵中三大摩擦副正常的靜液壓油模所溢出的油液需從泵殼體泄油孔口經(jīng)軟管回流到油箱，但還有不正常的鏠隙流所產(chǎn)生的泄漏到殼內(nèi)的油液也需要從殼體泄油孔口經(jīng)軟管回流到油箱，早期泵在設(shè)計時只考慮到泵最大內(nèi)泄量時所需要泄油口徑而沒有考慮到非正常的鏠隙流的量值，所以，力士樂的A10V/32系列加大了殼體泄油孔。不要輕視殼體泄油這根回油軟管！泵殼體壓力如果要高于泵吸油口絕對壓力0.5bar以上時，會造成一系列的鏈鎖反映，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時，泵旋轉(zhuǎn)組件與殼體內(nèi)的油液耦合作用在其周圍形成間隙環(huán)流1，缸體帶動九只柱塞同速旋轉(zhuǎn)，九只柱塞中有三只柱塞在高壓區(qū)壓縮油液呈現(xiàn)為下止點，有四只柱塞在吸油區(qū)，依次排列升程到上止點暴露在間隙環(huán)流液態(tài)中，缸體、柱塞、滑靴和回程盤高速旋轉(zhuǎn)的同時，剪切式楔入間隙環(huán)內(nèi)油液中覺動油液環(huán)流旋轉(zhuǎn)，悖旋的油液漲力對柱塞與滑靴對沖面形成阻力。如果間隙環(huán)流區(qū)域的油液壓力低于泵吸油口絕對壓力0.5bar時，滑靴摩擦面與斜盤間原有的剩余壓緊力是可以克服間隙環(huán)流液阻，如果殼體壓力增加也就等于間隙環(huán)流剛度提高，滑靴摩擦面與斜盤間壓緊力不能克服間隙環(huán)流液阻，造成轉(zhuǎn)動狀態(tài)下的柱塞、滑靴迎對著間隙環(huán)流液阻的R面發(fā)生凹進即滑靴與柱塞都發(fā)生傾斜使滑靴產(chǎn)生脫盤現(xiàn)象，傾斜狀態(tài)的滑靴摩擦面邊角處與斜盤發(fā)生二金屬接觸摩擦，間隙環(huán)流液體剛度越高、柱塞、滑靴凹進傾斜角度越大，滑靴摩擦面磨損越嚴(yán)重。傾斜狀態(tài)下的柱塞在與缸孔往復(fù)行程中，對缸孔一側(cè)邊緣受力環(huán)角面也發(fā)生二金屬間接觸磨損。傾斜狀態(tài)下的柱塞在與缸孔的往復(fù)行程中，滑動摩擦力發(fā)生突變增大，回程盤在拉撥滑靴頸部帶動已增大摩擦力的柱塞從缸孔中出程時，滑靴和回程盤同時都受到了與柱塞的分離拉脫力，這種分離拉脫力造成滑靴與柱塞球頭之間產(chǎn)生間隙。隨著泵工作時間的推移，滑靴與柱塞球頭間隙越來越大，直到發(fā)生拉脫滑靴。分離拉脫力作用在回程盤上時，使回程盤產(chǎn)生區(qū)域性變形，再發(fā)展到金屬疲勞性裂痕，裂痕又不斷的擴大，直到發(fā)生回程盤崩裂。 圖三A10V 圖三說明：圖三上的斜盤是一臺原裝進口的新泵上機使用8小時后，因壓力不穩(wěn)，下線分解發(fā)現(xiàn)斜盤磨損到照片上的樣子，用戶十分不解，要求我給解譯造成原因？此泵是典型的殼體壓力高于吸油口絕對壓力0.5bar以上，泵在工作狀態(tài)時，當(dāng)回程盤拉撥柱塞滑靴回程吸油時，殼體內(nèi)的液體壓力作用在柱塞球頭與柱塞桿間的斜面臺肩上，迫使傾斜狀態(tài)的柱塞向缸孔中驅(qū)動，滑靴與斜盤分離出現(xiàn)間隙，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動帶動已脫盤的柱塞旋轉(zhuǎn)到配流盤高壓窗口，配流盤高壓窗口內(nèi)的高壓油瞬間沖擊柱塞桿上，使柱塞帶動滑靴突跳沖擊撞向斜盤摩擦面上，就造成照片左中位置哪圓點痕跡，滑靴靜壓支承面經(jīng)過N次撞擊后，變形、失效、損壞。如果泵吸油時間長于5s時，泵殼體泄油管道一定要單獨的接到油箱液面下邊200mm處T管要直通、不準(zhǔn)許有任何阻尼，泄油管徑要超出泵殼體泄油孔徑1.6倍,力士樂產(chǎn)品樣本上有專門的泵殼體泄油口變徑管件，力士樂泵技術(shù)性能手冊上有一句非常重要的話“T口不得于其它的泵共用一條管道”因為泵使用到一定的期限時，柱塞與缸孔產(chǎn)生過量磨損間隙時，泵在吸油時如果S管內(nèi)產(chǎn)生液阻時，柱塞在吸油時會先把泵殼體內(nèi)的油液從滑靴中心孔中產(chǎn)生倒吸缸孔中，造成泵殼體內(nèi)無油液干涸，置軸承無油干摩擦狀態(tài)。使用A10V電子泵EO/DSE控制方式的，應(yīng)一定要關(guān)注泵殼體泄油指標(biāo)，因為當(dāng)電子泵DFE1/DFEE/DSE控制方式、四象限工作方式時，泵斜盤從正擺角轉(zhuǎn)換到負(fù)排擺角時，即泵的排口變?yōu)槲?、如果控制速率不?dāng)時，極會把泵殼體內(nèi)油液吸空。五，變量速率問題：A10VO/31系列柱塞泵不適用工程機械，因為此泵有一最致命的弱點，就是怕變量速率快，因為是輕型柱塞泵，泵變量斜盤組件內(nèi)沒有回程盤定間隙保護裝置，一旦泵的斜盤從最小的待命角度高速率變化到最大擺角時，會瞬間拉碎回程盤，這種擺角變換時間每秒鐘時間內(nèi)約10次左右，如果下列三個條件疊加在一起，會造成回程盤碎裂！泵轉(zhuǎn)數(shù)超出1800rpm,S管低于絕對壓力0.8bar，流速1.2米，正階躍變量時間沒有增加延長（按圖四階躍時間作為基準(zhǔn)）。圖四圖四解譯：什么是正階躍響應(yīng)時間tSA與負(fù)階躍響應(yīng)時間tSE ？正階躍響應(yīng)是泵的斜盤從最小角度變化到最大角度時所需用時間，負(fù)階躍響應(yīng)是斜盤從最大角度回程到最小角度時所需用時。例如圖二上規(guī)格100L流量的泵，在280bar壓力時，斜盤從最小角度變化到最大角度用時為：120ms(毫秒)，也就是在1秒鐘時間內(nèi)斜盤能擺動8.33次。請注意圖二上面文字：動態(tài)流量控制工作曲線，此曲線是泵裝在油箱內(nèi)實驗狀態(tài)測量的平均值。力士樂所進行的實測也就是把整臺泵浸到油液中，泵吸油口浸入在油液內(nèi)，泵沒有S管道，是在泵吸油口處沒有液阻、沒有絕對壓力及液體流速問題影響，形成油液灌入泵吸油口狀態(tài)時，可用于這種階躍響應(yīng)時間，工程機械使用的泵是有S管道的，而且S管道因設(shè)計人員對泵吸油側(cè)知識不了解，不能保證水頭壓力及絕對壓力，只能照虎畫貓，造成泵的使用壽命降低或損壞。如果工程機械應(yīng)用這種泵時就要加上兩個條件，一是加粗S管徑，保證水頭壓力及絕對壓力，二是在變量控制閥加裝阻尼器，延遲并減緩斜盤變量階躍響應(yīng)速度。有一個最佳方法是選用32系列，因為32系列變量斜盤組件上加裝了回程盤定間隙保護裝置，提高了回程盤抗彎曲能力。國內(nèi)這方面做的好的廠家如北京格蘭液壓機電公司率先對A10V泵進行三大改進，一是加回程壓板，二是增加防吸空裝置，三是加裝殼體泄壓閥，也是防內(nèi)腔壓力高裝置，這項有特殊的重要意義。有關(guān)定間隙保護裝置原理及形式，見文章泵第二吸油口理論本文不再贅述）。工程機械使用A10V系列泵時，要在主泵尾部串接一臺齒輪泵作為先導(dǎo)油源，二臺泵共用了一個S管道，就是在S管道上分出一個歧管輸油供給先導(dǎo)泵，這是一種嚴(yán)重的錯誤，筆者曾多次用專業(yè)儀器測試歧管內(nèi)流體流場及壓力變化，測試得到的結(jié)果是非常一致的是：當(dāng)柱塞泵在大流量吸油時，岐管內(nèi)沒有油流動或減少了油液向岐管內(nèi)流動，造成先導(dǎo)泵的吸不到油或吸油時減少、壓力波動，同時也對主泵的吸油造成局部干涉。不是絕對的不允許在S管上開岐管，要看是在S管哪處開岐管而不干涉主泵的吸油。不影響主流體流動影響，筆者本人希望液壓界有能力的人作一下岐管與S管瞬態(tài)模擬流動計算機仿真，對比模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)，深入展示S管道流動損失機理。六，怎樣保證泵所使用的油質(zhì)的潔凈度，這是常識性問題，本文不再贅述，只是要說明一點，A10V泵的缸體材料是球墨鑄鐵經(jīng)軟氮化工藝處理，與全銅配流盤組成摩擦副，而且是平面配流，用金屬摩擦學(xué)理論對應(yīng)這對摩擦副，筆者認(rèn)為是極不科學(xué)。如果油液過濾不徹底時，油液中顆粒超標(biāo)，會造成缸體配流面與全銅配流盤摩擦面摩擦磨損，會極大的縮短泵的使用壽命?，F(xiàn)國內(nèi)有采用激光表面淬火處理、液體氮化淬火工藝對A10V泵的球墨鑄鐵缸體進行熱處理，缸體配流面表面硬度及硬層深度有了一定的提高，使軟對硬配對摩擦副更加合理。油液中微小的顆粒對壓力調(diào)節(jié)控制閥芯及閥孔磨損傷害是非常嚴(yán)重的，因為閥芯在工作狀態(tài)時，是不斷的進行位置糾正，閥芯的運動頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于柱塞運行速率，一旦閥芯磨損，從閥芯中產(chǎn)生的泄漏量也是非常大的，閥芯磨損造成后果是泵的壓力不穩(wěn)定。后續(xù)篇：現(xiàn)國內(nèi)仿制的A10V（S）O31系列泵的質(zhì)量也是非常好的，但美中不足是缸體彈簧欠佳，彈簧的性能不盡人意，使用壓力超出20mpa后，與力士樂原裝相比內(nèi)泄流量就增大。另外一點，我個人觀點是不要置泵在油箱上面（任何柱塞泵），不要相信國外樣本上的虛假宣傳，柱塞泵是沒有自吸能力的，柱塞泵只能是要靠大氣壓壓迫油液灌進泵吸油口內(nèi)（油液液位與泵殼中心孔線位置高度差及大氣壓所產(chǎn)生的水頭壓力），如果柱塞吸油時嘬力超大時再加上變量速率高時，在泵變量的瞬間(泵斜盤從最小角度霎時變換到最大角度時），嚴(yán)重時會造成回程盤立即斷裂。國外最新的液壓站也有把泵安置在油箱液面上方的，但泵的吸油管道是有1.2bar以上的絕對壓力供油方式的，采用的是全密閉無空氣有壓源油箱，油箱內(nèi)有沖灌滿0.3bar氮氣褶皺型膠囊，油箱內(nèi)的油液被泵吸走液位下降時，褶皺型膠囊膨漲展開沖填空間，油液回流油箱時，褶皺形式的膠囊又被壓迫回縮，這種設(shè)置的密閉無空氣油箱最大的益處是油液不與空氣發(fā)生接觸而不產(chǎn)生氧化，油液使用壽命延長，在特殊粉塵超大的環(huán)境場地中使用時，粉塵不能污染油液，是潮濕的空氣只能在膠囊內(nèi)冷凝成水份而不會滲入到油液中。這種褶皺式膠囊氣壓高了會自動排放，膠囊內(nèi)壓力低了也有沖入高溫氣體裝置，此種方式是用在煤礦井下液壓站解決油液污染最好方法。設(shè)計人員不要只看中文樣本，因為中文樣本中對此泵的性能介紹及使用技術(shù)要求與德文、英文樣本相差巨大，關(guān)鍵的使用、應(yīng)用技術(shù)中文樣本上介紹的不完整，我個人認(rèn)為這是德國力士樂公司有意而為之的不讓咱中國人了解柱塞泵使用技術(shù)。世界的科技在進步，德國力士樂在柱塞泵的制造技術(shù)也在不斷的更新，例如A10V-32系列新產(chǎn)品柱塞泵，有很大的技術(shù)提升，增加了回程盤定間隙保護、增強型柱塞，減噪型高壓殼體與后蓋、泵殼體后蓋孔道增加預(yù)壓縮腔及蓄油腔、殼體泄油口加大、改進控制閥、增加了高壓高轉(zhuǎn)數(shù)泵，這一系列的革新，使32系列柱塞泵的使用壽命及性能得到了提高。單從回程盤保護裝置來講，32系列柱塞泵是工程機械應(yīng)用的最佳選擇（見圖五，定間隙保護裝置）。 圖五一臺新制造的液壓系統(tǒng)或工程機械，應(yīng)在使用前，要對液壓系統(tǒng)進行全面性能測試，在泵吸油口、P口、T口各安裝壓力傳感器對三口進行工作狀態(tài)下的計算機檢測，全面了解清楚系統(tǒng)的各動作時的泵狀態(tài)是否在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，重要設(shè)備的液壓系統(tǒng)要在泵上安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，時時的了解泵的運行趨勢，運用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，消除隱患，提高泵的使用壽命。例一：山東一家生產(chǎn)挖掘機廠仿制的是一名牌挖掘機，它家找到我說：我仿制的挖掘機，它家使用什么，我就用什么，我生產(chǎn)出來的挖掘機與它家使用的東西是一模一樣的，但為什么我的挖掘機動作與它比速度慢？我給它畫一個加大口徑的吸油管道圖（主要解決油箱出油口處的法蘭，還有其它二處管道圖）給這家，讓它家按我的圖改了吸油管道，這家改后與我說：現(xiàn)我整機的速度還快于仿制那家的同類機型。例二：寧波一家生產(chǎn)柱塞泵企業(yè)從廣州一家專業(yè)生產(chǎn)泵試驗臺廠采購了一臺泵試驗臺，安裝使用后，柱塞泵在試驗臺上被測試時，泵測試臺有二種故障，被測泵在泵測試臺上顯示達(dá)不到最大流量、流量計顯示波動，就是當(dāng)不在調(diào)整，就是靜止10分鐘不再調(diào)節(jié)泵測試臺上任何動態(tài)時，流量計還是在波動，生產(chǎn)商到現(xiàn)場也進行了多次更換了流量計及二次儀表，也多次更換了比例溢流閥，故障依舊，又再次更換了阿托斯的比例閥、更換了力士樂的比例閥，所有的方法都用過了，流量計顯示波動現(xiàn)象依舊。國內(nèi)幾家生產(chǎn)比例閥的廠商都拿自家的閥去安裝調(diào)試，更換后