柱塞泵的維修之 柱塞的深度解析

斜盤式柱塞泵維修方法論之一柱塞的深度剖析柱塞的功能柱塞的分類柱塞故障特性

柱塞與孔的精配柱塞的功能柱塞是柱塞泵的命名元件，柱塞泵之所以被稱為柱塞泵就是因?yàn)橹浅蓧涸鳛橐粋€(gè)組合件，包含了滑靴和柱塞體，俺叫柱塞柱塞的工作原理2023/9/27我們吸油我們排油我有角度柱塞2023/9/27我在下坡我在爬坡斜軸式2023/9/27我們吸油我們排油我有角度流量是這樣的2023/9/27qt=（柱塞數(shù)）x（柱塞直徑）x（柱塞行程）x（轉(zhuǎn)速）qt2023/9/27柱塞知多少從柱塞體的尺寸來分類：大孔長柱塞大孔短柱塞小孔長柱塞小孔短柱塞柱塞的分類我們認(rèn)為如果L2>3╳D3，此柱塞體為細(xì)長柱塞；如果L2<2╳D3，則此柱塞體為短粗柱塞；2╳D3<L2<3╳D3的柱塞為正常尺寸的柱塞體。

D4-D3<?D4，我們可以視為小孔柱塞，柱塞分類這是大孔按照柱塞體的中心孔的尺寸分，分大孔柱塞和小孔柱塞（見圖示），所謂大孔和小孔指的是“柱塞體中心孔”。柱塞分類小孔柱塞2023/9/27這是小孔柱塞分類大孔柱塞體優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1，內(nèi)壁比較薄，重量輕。2，高速回轉(zhuǎn)的離心力比較小，在額定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下，使用這種柱塞的回轉(zhuǎn)半徑可以設(shè)計(jì)的比較大；3，柱塞體的熱膨脹量就比較小，柱塞外徑與缸體的配合間隙的變化受溫度的影響就比較小。缺點(diǎn)：由于柱塞體的管壁比較薄，強(qiáng)度和剛性均不好，不適用于規(guī)格較大的或壓力較高的柱塞泵。柱塞分類小孔柱塞體優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1，內(nèi)壁比較厚，重量比較大。2，高速回轉(zhuǎn)的離心力就大，在額定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下，使用這種柱塞的回轉(zhuǎn)半徑不宜設(shè)計(jì)得過大，3，柱塞體的熱膨脹量就比較大，柱塞外徑與缸體的配合間隙的變化受溫度的影響就比較大。優(yōu)點(diǎn)：由于柱塞體的管壁比較厚，強(qiáng)度和剛性均好，適用于規(guī)格較大的或耐壓等級較高的柱塞泵。柱塞分類特殊設(shè)計(jì)柱塞之一焊接柱塞柱塞體的單位重量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，提高泵的穩(wěn)定性，焊接和中部襯環(huán)加強(qiáng)強(qiáng)度和剛性，可用于高壓泵。柱塞分類特殊設(shè)計(jì)柱塞之二2023/9/27塑料填充式柱塞柱塞體的單位重量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，提高泵的穩(wěn)定性，填充了剛性好的工程塑料，提供柱塞的整體剛性，可用于高壓泵柱塞分類滑靴斷面特點(diǎn)油環(huán)式滑靴柱塞油環(huán)式滑靴端面結(jié)構(gòu)簡單，加工簡單，質(zhì)量容易保證。加工成本低柱塞分類滑靴斷面特點(diǎn)加工復(fù)雜，成本高

斷面潤滑性能好且完整迷宮式滑靴端面迷宮式滑靴柱塞柱塞分類迷宮式滑靴常用于彈簧強(qiáng)制回程的柱塞泵，處于中位狀態(tài)的泵進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)時(shí)候，滑靴端面與斜盤（或止推盤）之間存在高速的相對運(yùn)動(dòng)；這時(shí)低壓儲(chǔ)油環(huán)的油就會(huì)在斜盤和迷宮式滑靴端面之間形成油膜，保護(hù)柱塞滑靴的正常高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候不被磨損。柱塞泵的工作特殊性2023/9/27摩擦副：三處----1，滑靴+止推面（斜盤表面）；2，柱塞體+缸體孔；3，缸體斷面+配油盤表面運(yùn)動(dòng)方式：直線+自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)+滑動(dòng)1，柱塞的軸向直線運(yùn)動(dòng)2，滑靴的周向滑動(dòng)3，柱塞滑靴的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)4，缸體的自轉(zhuǎn)與配油盤的滑動(dòng)。2023/9/27柱塞工作特殊性摩擦副：三處----1，滑靴+止推面（斜盤表面）；2，柱塞體+缸體孔；3，柱塞球頭+滑靴。運(yùn)動(dòng)方式：直線+自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)+滑動(dòng)1，柱塞體的軸向直線運(yùn)動(dòng)2，滑靴的公轉(zhuǎn)并滑動(dòng)3，柱塞滑靴的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)4，柱塞體的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。柱塞的故障特性分類2023/9/271，污染造成摩擦副的故障2，潤滑不良造成摩擦副的故障3，間隙不當(dāng)造成的故障4，宏觀特性造成的故障2023/9/27摩擦副摩擦副摩擦副柱塞的故障特征1污染靜壓支承原理1，滑靴與止推面的運(yùn)動(dòng)副之間；2，缸體和柱塞體之間；3，柱塞球頭與滑靴之間。上述1和2表面上的密封環(huán)槽的作用除進(jìn)行間隙式密封外，還可以改善潤滑條件、消除液壓固著和貯存污物。應(yīng)該指出，柱塞的圓柱表面與其他的端面、(包括環(huán)槽側(cè)面)交成的邊棱建議不做倒圓，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致污物楔入而致拉毛、研損柱塞副或卡死。。柱塞的故障特征1污染柱塞圓柱表面咬毛、拉傷甚至咬死1）液壓油混入其內(nèi)的鐵銹、鑄砂粒、磨料、切屑卡入柱塞副表面，其實(shí)這些雜質(zhì)呈粉末狀；導(dǎo)致柱塞和缸體內(nèi)表面的磨損，如果雜質(zhì)的尺寸較大的話，可能會(huì)導(dǎo)致柱塞卡死在缸體里面；（2）系統(tǒng)過濾器破損，聚集在過濾器里面的雜質(zhì)就會(huì)被混入液壓油，導(dǎo)致磨損和卡死現(xiàn)象；（3）液壓油混入水份或混入較大量的空氣，致使?jié)櫥芰Υ蟠鬁p低，柱塞在缸體里高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致磨損或柱塞變色。柱塞的故障特征1污染2023/9/27柱塞的故障特征1污染缸體柱塞內(nèi)壁雜質(zhì)顆粒柱塞的故障特征2潤滑不良2023/9/27補(bǔ)油壓力過低殼體壓力過低吸油不暢、吸空系統(tǒng)進(jìn)氣2023/9/27柱塞故障特征3間隙柱塞間隙過小柱塞間隙過大溫度和留缸長度匹配不好柱塞副的間隙δ=D-d,δ間隙過大，會(huì)使容積效率顯著降低，損失過大并且發(fā)熱δ間隙過小，雖然容積效率高一些，但容易卡滯。柱塞故障特征3間隙2023/9/27柱塞故障特征間隙柱塞加熱試驗(yàn)，溫度20-100度測量大量的柱塞取平均值做曲線柱塞的膨脹率柱塞故障特征間隙選擇最佳的柱塞間隙是關(guān)鍵?。￠g隙過大，會(huì)使容積效率顯著降低，損失過大而發(fā)熱，導(dǎo)致總效率下降；間隙過小固然會(huì)使容積效率提高，但是發(fā)熱后的熱膨脹或雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致柱塞在缸體孔內(nèi)研住。必須選擇最佳的間隙，即保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又使能耗最小的。控制制造與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的溫差，一般運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為50~60℃，而制造溫度為標(biāo)準(zhǔn)溫度，應(yīng)為25℃，再者，柱塞與缸體的線膨脹系數(shù)不等，會(huì)使間隙變化。如果缸體孔作為包容件，線膨脹系數(shù)大于柱塞的膨脹系數(shù)，則運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦副的間隙會(huì)增大。留缸長度L0如果柱塞長度L柱塞長度應(yīng)等于柱塞的最小留缸長度L0、最小外伸長度和最大行程之和。最小留缸長度L0與泵的工作壓力PH

有關(guān)，通常有：當(dāng)PH≤20MPa時(shí)， L0=(1.5~1.8)D 4當(dāng)PH≥30MPa時(shí)， L0=(2.0~2.5)D4(式中D4為柱塞直徑）2023/9/27柱塞故障特征間隙2023/9/27留缸長度L0留缸長度圖示柱塞故障特征間隙柱塞副(柱塞與缸孔)的幾何精度，圓錐度和橢圓度的公差嚴(yán)格控制在柱塞副最小間隙的1／4之內(nèi)，通常為0.002~0.005mm柱塞故障特征間隙柱塞的拉拔力和拉拔間隙柱塞的拉拔力主要來源于柱塞體的工況，例如，過緊，油粘度大，雜質(zhì)楔入等。拉拔間隙約為0.02~0.03毫米，多則無益，削弱拉拔力并拉拔沖擊大；少也無益，滑靴轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，回程卡死。。柱塞故障特征間隙2023/9/27柱塞故障特征間隙幾何尺寸的最佳配合：柱塞間隙+留缸長度+柱塞體特征環(huán)境的最佳匹配：液壓油規(guī)格+工作溫度+系統(tǒng)過濾精度柱塞故障特征間隙間隙過緊

柱塞故障特征間隙柱塞和缸體孔摩擦副自然磨損---缸體孔變大或者柱塞體變細(xì)，造成配合間隙過大，油膜變厚保持油壓能力下降而產(chǎn)生內(nèi)泄，導(dǎo)致液壓泵無法產(chǎn)生高壓或排量下降。間隙超差的原因之一，是液壓油的清潔度不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致早期磨損。原因之二，柱塞熱處理硬度未達(dá)到，或者材質(zhì)不合要求。原因之三，柱塞體圓柱表面粗糙度不夠。。柱塞故障特征間隙間隙超差的修理方法，一般多是采取更換柱塞、缸體其中之一或二者都更換的辦法。這的確是一種迅速而有效的修理方式，但經(jīng)濟(jì)性不好，價(jià)格昂貴如果缸體孔磨損比較均勻，可以對孔進(jìn)行精鉸或研磨以擴(kuò)大孔徑，保持在形狀、位置的公差范圍內(nèi)，然后安裝間隙公差標(biāo)準(zhǔn)選取，換上圓柱外徑相應(yīng)加大的柱塞，這樣，使用起來與新?lián)Q零件的效果基本一樣。圓柱表面磨損了的柱塞滑靴不一定報(bào)廢，通過表面層的鍍鉻、鍍鎳或新近流行的低溫鍍鐵，也完全可以修復(fù)到所需的硬度、配合尺寸、精度和達(dá)到表面粗糙度的要求標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是：如果在這些磨損件的修復(fù)方面有所作為的話，可以為人類節(jié)約一筆不小的資源。柱塞故障特征間隙2023/9/27柱塞故障特征宏觀特征壓力沖擊高速運(yùn)轉(zhuǎn)低排量運(yùn)轉(zhuǎn)2023/9/27柱塞故障特征宏觀特征2023/9/27配油盤與柱塞和斜盤的對應(yīng)位置：當(dāng)柱塞由斜盤的低位滑向斜盤的高位的時(shí)候，為柱塞腔的增壓過程，當(dāng)輸出壓力達(dá)到最大值的瞬間，柱塞應(yīng)該在最高位置上，對應(yīng)配油盤的位置，應(yīng)該是配油盤的盲點(diǎn)。在盲點(diǎn)容易產(chǎn)生困油，為了避免困油，配油盤上面需要做一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如漸變開口的油槽，俗稱眉毛孔。柱塞故障特征宏觀特征

摩擦副：滑靴3的內(nèi)球面環(huán)抱著柱塞的球頭2，內(nèi)外球面之間有良好的間隙，保證任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，又有足夠的抗拉拔強(qiáng)度，見圖。滑靴的端面在斜盤(搖擺)1上平面滑動(dòng)，由于有潤滑，從而大大地降低了接觸應(yīng)力。123柱塞故障特征宏觀特征柱塞的受力分析滑靴對斜盤端面h=(0.01~0.03mm)的強(qiáng)固油膜，將兩者金屬體隔開柱塞故障特征宏觀特征2023/9/27柱塞損壞現(xiàn)象壓力沖擊造成的損壞柱塞損壞現(xiàn)象壓力沖擊柱塞斷掉柱塞質(zhì)量有問題吧，強(qiáng)度不好誰說的，我的腿遇見金屬雜質(zhì)了怎么呢？研住了唄，回程盤還硬拉我，再加上側(cè)向力，就斷了唄！哎！柱塞損壞現(xiàn)象間隙過小絕對是硬質(zhì)的雜質(zhì)，混在殼體的液壓油里面，當(dāng)回程盤有松動(dòng)的時(shí)候，沒有壓緊滑靴的瞬間，它進(jìn)來了，然后又出去了。柱塞損壞現(xiàn)象雜質(zhì)過多大塊雜質(zhì)雜質(zhì)較多而且較大，堵塞了其中一個(gè)高壓潤滑孔后，此柱塞1往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度下降，高壓潤滑失去，開始與斜盤研磨，增加了殼體中的雜質(zhì)含量，同時(shí)就磨損了回程盤和球鉸的配合之球面；更有粉末研入柱塞和缸體孔，研住一只柱塞2，導(dǎo)致斷掉。柱塞損壞現(xiàn)象雜質(zhì)較多較多雜質(zhì)柱塞損壞現(xiàn)象柱塞損壞現(xiàn)象金屬雜質(zhì)大塊的金屬雜質(zhì)被壓入銅質(zhì)的滑靴斷面柱塞泵長期放置，