轴向柱塞泵内泄漏分析及预防措施.docx

轴向柱塞泵内泄漏分析及预防措施景菊， 黄彩萍（启东高压油泵有限公司，江苏 南通 226200）轴向柱塞泵内泄漏故障，既看不见，又摸不着，没有一定的经验和诊断技术更是很难确诊。人们通常采用换 件的方法来处理内泄漏问题，造成较大的浪费和损失。1 油泵出现内泄漏故障的危害及机理分析在轴向柱塞泵中，主要有 3 对摩擦副（见图 1），即柱 塞与缸体，缸体与配流盘，柱塞滑靴与斜盘。这些摩擦副之间是间隙密封，就会产生液体的泄漏。因此，要求设计时一要考虑其密封作用，保证高压油不会大量泄漏，从而 提高容积效率；二要考虑其润滑作用，保证摩擦副不会很 快磨损，甚至烧坏。它们之间的泄漏量计算如下。变，只能在缝隙高度 3 与粘度 上研究分析内泄漏原因及其影响因素。现从设计与使用两方面预防油泵的内泄漏。2 设计方面有关的影响油泵内泄漏的因素 柱塞与缸体孔可以控制相对间隙就可控制泄漏。基于静压支承，主要对缸体与配油盘、柱塞滑靴与斜盘磨擦副平衡问题进行讨论，它们之间均为间隙密封，如果压紧 力太大，缸体与配油盘、滑靴与斜盘会产生烧盘现象，压 紧力太小，则内泄漏大，所以合理设计它们之间的平衡关 系，是减少油泵内泄漏的关键。另外，为了保证泵在最高 自吸转速下有足够的自吸能力，必须使中心弹簧有足够 的回程力，以防油泵在运转过程中由于惯性力等使零件 分离而大量内泄漏。2.1 柱塞与缸体孔柱塞与缸体间隙太小，易引起咬缸；间隙过大，泄漏 就大，容积效率下降。根据油泵试验结果，间隙要求如表1，即能达到容积效率要求。表 1柱塞与缸孔的配合间隙/mm柱塞直径准12准16准22准32准35配合间隙 0.0080.0120.0150.025 0.020.03 0.030.040.040.05缸体与配流盘泄漏量：2.2 柱塞滑靴的平衡设计设计方法：采用剩余压紧力设计法 剩余压紧力设计法的实质是将柱塞孔中的压 力油直接 （没有 阻尼） 引入滑靴底部，使滑靴底部的液压推力平衡液体压力对柱塞轴向 推力的 95%左右，剩余 5%左右的压紧力使滑靴始终向斜 盘而不脱开。这种方法虽然由于滑靴底面存在漏损，而且 任何介质都有一定的油膜强度，能够形成一定的润滑条 件，使泵的机械效率可以高达 95%以上。滑靴底面产生的液压推开力的轴向分量:3q1= 0 p 11+12ln（r3/r4） ln（r2/r1） p3滑靴与斜盘处泄漏量：q3=6ln（d1/d2）柱塞与缸体孔处泄漏量：q2= d p （1+1.5e2）312l式中：q 为泄漏量；p 为缝隙两端压力差；0 为配油盘窗 口夹角； 为缝隙高度；r 为配油盘内外密封带半径； 为 油液运动粘度； 为油液密度；l 为缝隙长度；d 为柱塞直 径；e 为偏心距；d1、d2 分别为滑靴密封带的外、内直径。综上所述，内泄漏量 q 和缝隙高度 3 成正比，说明 间隙增加不多，会造成泄漏量大幅度增多，故油泵零件的配合尺寸要求具有很高的精度；并在要求密封的地方应尽量减少缝隙量。内泄漏量 q 与粘度 成反比；当粘度下 降(油的粘度往往随工作温度变化)内泄漏量将增加。同时 与缝隙长度 l 成反比，与压力差 p 成正比，而缝隙长度 l 与压力差 p 是固有尺寸和工作性能指标，不得随意改f 推= （d1+d2 ）2pcos42柱塞产生的液压压紧力：f= d2 p压415机械工程师 2009 年第 8 期摘 要：针对轴向柱塞泵内泄漏故障较难防治的问题，采用机理分析的方法，探讨内泄漏的根源与影响因素，提出了设 计与使用密切相关的问题及预防措施。关键词：轴向柱塞泵；内泄漏；摩擦副；预防措施中图分类号：th137.51文献标识码：b文章编号：10022333（2009）08001502专题报道 special report 设备管理与维修压紧系数：m=f 压/f 推为了使滑靴与斜盘不脱开并保证泵有较高的容积效 率，推荐平均压紧系数 m1.01.1。滑靴和斜盘相接触的平面，平面度0.003mm。为了 使回程盘压紧滑靴，工作过程中不产生撞击和减少内泄漏，要求一台泵所有滑靴的突缘厚度误差不大于 0.01mm。2.3 缸体和配油盘之间的平衡设计设计方法 ： 与设计滑靴的平 衡一样，缸体和配流盘的平衡也 采用剩余压紧力设计法。图 3 是配油 盘 腰 形 槽 结 构 图 ，r4、r3、r2、r1 为压油腔外密封 带和内密封带的 外、内半径。3 与使用有关的影响油泵内泄漏的因素及预防措施3.1 正确安装，预防安装不当引起内泄漏大（1）油泵和原动机联接时，如果同轴度和垂直度误差 大，会引起泵轴承受径向力而加大内泄漏，所以当油泵用支架或法兰安装时，要保证泵和原动机采用共用的基础支座，并有足够的刚性，以免油泵运转时产生振动。泵传 动轴与原动机的输出轴安装的同轴度和垂直度均为 准0.05mm。（2）油泵进油管路管径不能太小、管路太长，会产生吸空现象。故油泵的进油管应尽可能短而粗，直径不小于 推荐数值，弯头最多不超过 2 个。泵的自吸高度不应大于500mm 或自吸真空不大于 0.016mpa。（3）在泵使用前要向回油口内加满油。以防油泵吸空。3.2 合理选用工作油，保证最佳油温及油的清洁度（1）油液对油泵内泄漏的原因：（a）油液污染使硬颗粒 嵌入缝隙并使零件腐蚀、磨损，导致缝隙尺寸超差或产生 不必要的缝隙；（b）液压油选用牌号不当或油温过高使液 压油粘度下降，加剧零件磨损；（c）水入侵液压系统，会使 液压元件锈蚀、油液乳化变质、润滑油膜强度降低，加速 零件磨损；（d）不同牌号的液压油混合使用，会使液压油 产生化学反应、性能发生变化。（2）预防措施：按油泵使用说明书选择工作用油。推 荐采用低凝液压油、抗磨液压油、航空液压油及精密机 床液压油等。正常工作油温为 1565，理想油温 504，运动粘度 2743mm2/s，油液在正常工作温度下工 作，应保证其运动粘度在 65时不低于 27mm2/s，15时不高于 43mm2/s。冷启动时由于油液运动粘度大而造成的 自 吸 真 空应不大于 0.016mpa，油液清洁度控制在nas10 级以内。油泵初始使用一个月或连续使用一段时间后，应重新 检查油液清洁度，并更换或清洗滤器。不合格的油液要更换新油。油液换油标准规定如下（符合下列条件之一就换 油）：（1）粘度变化比初始使用时粘度变化大于1015%；（2）酸值大于 0.5mgkoh/g；（3）水份大于 0.1%；（4）比重比 初始使用时变化大于 0.05。3.3 油箱及滤清合理设计油箱容积，以防油温过高而引起密封件 过早变形、变质而泄漏。小油箱可设置强制冷却装置，使最佳油液温度保持在 1565；油箱进气口应装有空气过滤器，其余部分须密封，以免灰尘进入，箱内应 设置隔板来消除回油时带来的气泡，隔板上装有 80 目滤网。液压系统应在回油部分设置 1020m 的精滤器；泵 的进油管不应安装滤油器，以防增大吸油阻力而吸空。泵 的泄漏油管不准装精滤器，以免使壳体腔压力增大，造成压紧力：f 压=n d p24推开力：f 推= r4 r322r2 r122p-3602ln（r4 /r3） ln（r2 /r1）压紧系数：m=f 压/f 推式中：n 为压油时的柱塞数； 为压油窗口的有效包角。为了使缸体和配流盘不脱开并保证泵有较高的容积 效率，推荐平均压紧系数 m1.01.1。缸体与配油盘之间有相互滑动，属瞬间密封，因此要 求表面光洁、加工精度高。2.4 中心弹簧的计算如图 1，采用中心弹簧使缸体和配流盘保持预封，同 时该弹簧预压力还压紧回程盘使柱塞和滑靴回程。要使柱塞回程，f 回必须克服受力柱塞的惯性力的代 数和 f 惯，柱塞因受离心力而产生的轴向摩擦力 f 离，以及 柱塞缸孔内的真空吸力 f 吸。（1）柱塞压油时的加速度惯性力的代数和：i=nf 惯= g r2tancos（t+ 2 i）gni = 0（2）柱塞因离心力产生的摩擦力：f 摩=n g r2fg（3）柱塞自吸真空度产生的两端压力差：f 吸=n d p 吸24式中：g 为柱塞滑靴的重量；r 为柱塞分布圆半径； 为泵 的旋转角速度； 为斜盘摆角；n 为吸油边柱塞数；n