柱塞泵故障分析与维修的研究

谢明东

（天津市大港油田第六采油厂天津市300280）

摘要：以斜盘式轴向柱塞泵和阀配流径向柱塞泵为例，分别介绍了轴向柱塞泵和径向柱塞泵的结构和工作原理，描述了柱塞泵的损坏现象，分析了损坏原因，提出了维修措施和在实用中的注意事项。

关键词：柱塞泵；损坏；维修

柱塞泵是利用柱塞在泵的缸体内往复运动，使柱塞与泵壁间形成容积发生改变，反复吸入和排出液体增高其压力的泵，是液压系统的一个重要装置。柱塞泵按柱塞的排列方向不同可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。柱塞泵与齿轮泵和叶片泵相比，柱塞泵容积效率高，可达0.92～0.98，因而额定工作压力高，可达35MPa左右，可输出较高转速，功率与质量之比是所有液压泵中最大的。柱塞泵输出流量大，压力脉动较小，运行平稳，易于改变排量，可以制造成各种类型的变量泵。由于柱塞泵综合性能好，而被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，如工程机械、航空及武器装备等领域。但柱塞泵结构比较复杂，成本较高，使用时对油液的清洁度要求较高，自吸能力差，使用与维护要求高。

一、柱塞泵常见故障的诊断

柱塞泵广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。作为液压系统中的动力源，在运行工作中，正确的故障诊断与有效的监测，是确保其正常运行及能快速维修的基础。基于其工作环境的原因，主要是由于液压系统的污染，造成柱塞泵的故障。以下就常见故障展开分析，进而阐述柱塞泵故障诊断的方法。

二、柱塞泵常见故障的分析

柱塞泵的常见故障通常为以下几方面：输出流量不足或不输出；中位时排油量不为零；输出流量波动；输出压力异常；振动和噪声；液压泵过热；漏油。如果工作环境恶劣（在高温和极寒的恶劣天气状况），也会降低液压泵的容积效率。

1.柱塞泵由于液压系统污染引起的故障

柱塞泵污染问题通常包括以下两个方面。

1.1液压系统进水

包含下列两个原因：（1）设备在使用、抽注液压油、保存、运输过程中水分浸入。冷却系统的渗漏，外部气候的变化，雨雪和潮水等都可能使水分浸入液压油内。水分在液压油中会呈现下列三种不同的状态。a.溶解水溶解于液压油中的水分与液压油一起为均匀的单相物质。b.游离水在液压油中呈现第二相。游离水与油品中的溶解水呈平衡状态。水滴呈不同粒度大小，状态很不稳定，在各种力的作用下，表现为悬浮、互相缔合或逐渐沉降以及沉淀水等状态。c.乳化水当游离水珠被乳化膜包围时，就形成了乳化水，乳化水会相对稳定地存在。大量的游离水的进入，在液压系统内破坏了润滑油膜的形成，极大的降低了油品润滑性能，使金属表面锈蚀和运动摩擦表面产生金属屑，而这些金属屑又会随着液压油走遍整个系统。在这一过程中可能会造成阀芯卡死、滤器堵塞、密封被划伤或划破等现象。另外，液压油里的水会在较高的工作温度下与油产生氧化反应，使油氧化变质，降低了油品的使用寿命。（2）大气中的水蒸汽。当气候温暖的时候，空气的绝对湿度很大，油液中的水含量也相应地增大。当气候变冷时，油液中的溶解水便过饱和，这些水来不及全部逸出进入空气，便在液压油中生成微小水滴。当温度再次上升时，这些微小水滴的一部分便重新变成溶解状态，而另一部分便会聚结在一起，或成为沉淀水，仍呈游离水的状态，因此液压油还会从空气中吸收水分以达到饱和状态。这种状态重复多次，会使液压油大量地浸水。

1.2杂质污染

柱塞液压泵在工作时，液压系统各元件摩擦产生的金属沫和各种杂质（破损的密封等）随着液压油进入柱塞泵中，这些异物将会导致柱塞泵元件的损坏，尤其是诸多精密元件（如斜盘与滑靴的接触面、柱塞等）。

2.柱塞泵过热

导致柱塞泵过度发的原因有三个：一是液体摩擦致热。即高压油通过缝隙泄漏到低压腔，损失大量的液压能，从而转化为热能；二是机械摩擦生热。即当运动物体表面处于干或半干摩擦状态时，运动部件之间相互摩擦产生热量；三是回油过滤器堵塞致热，因为堵塞会导致回油背压过高，从而引起油温过高和泵体过热现象发生。

所以正确选择和定位油箱容积、冷却器和运动部件之间的间隙，便可防止发生泵的过度发热和油温过高现象。

3.柱塞泵密封不良，主要是指泵内液压油从高压向低压渗透或内部密封损坏，内部元件有磨损或锈蚀都是造成泄漏的原因。

4.液压泵输出流量不足或无法输出油液

4.1吸入量不够

原因是吸油管路上的阻力过大或者补油量不足。例如泵的转速较大，油箱内液面过低，进油管泄漏，滤油器堵塞等。

4.2泄漏量过大

原因是泵的间隙偏大，密封不严造成。例如配油盘被金属碎片、铁屑等划伤，端面漏油；变量机构中的单向阀密封面配合不好，泵体和配油盘的支承面有砂眼或印痕等。可以通过检查泵体内液压油中混入的异物判定泵被损坏的部位。

5.倾斜盘倾角太小，泵的排量少，这需要调节变量活塞，增加斜盘倾角

6.中位时排油量不为零

变量式轴向柱塞泵的斜盘倾角为零时称为中位，这时泵的输出流量应为零。但有时会出现中位偏离调整机构中点的现象，在中点时仍有流量输出。其原因是控制器的位置偏离、松动或损伤，需要重新调零、紧固或更换。泵的角度维持力度不够、倾斜角耳轴磨损也会产生这种现象。

7.机械振动和噪声

如泵轴和电机轴不同心或顶死，旋转轴的轴承、联轴节损伤，弹性垫破损和装配螺栓松动均会产生噪声。对于高速运转或传输大能量的泵，要定期检查，记录各部件的振幅、频率和噪声。如泵的转动频率与压力阀的固有频率相同时，将会引起共振，可改变泵的转速以消除共振。

8.管道内液流产生的噪声

进油管道太细、进油滤油器通流能力过小或堵塞、进油管吸入空气、油液豁度过高、油面过低吸油不足和高压管道中产生液击等，均会产生噪声。因此，必须正确设计油箱，正确选择滤油器、油管和方向阀。

9.漏油

柱塞泵漏油主要有以下原因：

（1）主轴油封损坏或轴有缺陷、划痕；

（2）内部泄漏过大，造成油封处压力增大，而将油封损伤或冲出；

（3）泄油管过细过长，使密封处漏油；

（4）泵的外接油管松动，管接头损伤，密封垫老化或产生裂纹；

（5）变量调节机构螺栓松动，密封破损；

（6）铸铁泵壳有砂眼或焊接不良。

10.液压泵过热

液压泵过度发热有两个原因，一是机械摩擦产生热量。由于运动表面处于干摩擦或半干摩擦状态，运动部件相互摩擦生热。二是液体摩擦生热。高压油通过各种缝隙泄漏到低压腔，大量的液压能损失转为热能。所以正确选择运动部件之间的间隙、油箱容积和冷却器，可以避免泵的过度发热和油温过高的现象。此外，回油过滤器堵塞造成回油背压过高，也会引起油温过高和泵体过热。

三、总结

总之，柱塞泵必须做好日常维护，加强现场管理工作，特别是加强润滑油管理工作。柱塞泵使用寿命的长短，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的摩擦副磨损等，是延长柱塞泵寿命的有效途径。在维修中更换零件应尽量使用原厂生产的零件，这些零件有时比其它仿造的零件价格要贵，但质量及稳定性要好。如果购买售价便宜的仿造零件，短期内似乎是节省了费用，但由此也带来了隐患，也可能对柱塞泵的使用造成更大的危害。在实际工作中，应该深入生产现场，勤于观察，认真思考，要本着先外围、后查看核心部件，先辅助设施、后功能部件，先易后难来展开诊断、修复工作。具体问题，具体分析，举一反三、触类旁通，如此，才可有效、快捷地诊断、修复设备。

参考文献：

[1]贾跃虎，王荣哲，安高成编.新型径向柱塞泵[M].国防工业出版社.2016.

[2]国家发展和改革委员会编制.JB/T7043-2006液压轴向柱塞泵.机械工业出版社.2016.

[3]张奕主编.液压与气压传动[M].电子工业出版社.2015.