淺析斜軸式軸向柱塞泵的使用及維修

王天斌

摘 要：柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，諸如液壓機(jī)、工程機(jī)械和船舶中。現(xiàn)以薩姆H1V160斜軸式柱塞泵為主，介紹其使用及維修方法。

關(guān)鍵詞：變量機(jī)構(gòu)；摩擦副；軸承

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。按照柱塞的運(yùn)動(dòng)形式可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。軸向柱塞泵又可以根據(jù)傳動(dòng)軸中心線與缸體中心線的夾角分為斜盤式和斜軸式兩大類。經(jīng)長(zhǎng)期高效率的使用，這些油泵的性能將會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降，甚至有的油泵性能的嚴(yán)重下降，已經(jīng)無法再次投入使用。因此，液壓油泵的日常維護(hù)和修理成為了不可忽視的問題。

1 斜軸式柱塞泵的結(jié)構(gòu)

斜軸式軸向柱塞泵一般都由缸體、柱塞、配油盤、主軸、變量機(jī)構(gòu)、軸承、殼體等主要零件組成（如圖1）。這種軸向柱塞泵的傳動(dòng)軸中心線與缸體中心線有一個(gè)傾斜角度，故稱為斜軸式軸向柱塞泵。柱塞一端以球形端頭與斜盤接觸。在配油盤上有高低壓月形溝槽，它們彼此由隔墻隔開，保證一定的密封性，它們分別與泵的出油口和進(jìn)油口連通。

1—主軸 2—端蓋 3—軸承 4—?dú)んw 5—柱塞 6—缸體 7—變量機(jī)構(gòu) 8—配流盤 9—缸體中心軸 10—蝶形彈簧墊片

圖1 H1V160斜軸式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 工作原理

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過柱塞的內(nèi)壁接觸帶動(dòng)缸體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)柱塞在缸體的柱塞孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作容積增大時(shí)，缸體與配流盤吸油口相通，工作容積減小時(shí)，缸體與配流盤壓油口相通，來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。薩姆H1V160油泵屬于變量泵，其變量主要是通過變量機(jī)構(gòu)（如圖2）改變主軸與缸體中心線的夾角來實(shí)現(xiàn)的，最大排量為160ml/r。

圖2 H1V160斜軸式柱塞泵變量機(jī)構(gòu)

變量活塞（11）是一個(gè)階梯狀的活塞，如圖所示，左端直徑較小，稱為變量活塞的小端，而右端較大，稱為變量活塞的大端。變量活塞大端有一橫孔，穿過一個(gè)撥銷（18），撥銷的下端與配流盤的中心孔相配合，撥銷的上端套在導(dǎo)桿（19）上。當(dāng)變量活塞左右滑動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)配流盤沿著后蓋的弧形滑道滑動(dòng)，從而改變缸體軸線與主軸之間的夾角，實(shí)現(xiàn)變量。薩姆H1V160斜軸式柱塞泵的配流盤初始狀態(tài)處在最小排量處。

變量活塞桿的小端腔與外控接口（44）相通，此接口提供4MP的壓力油。當(dāng)變量油口（22）無壓力輸入或輸入小于調(diào)節(jié)彈簧（5）力時(shí)，這股油被封在變量活塞的小腔，作用在變量活塞上的力與調(diào)節(jié)彈簧作用在變量活塞上的力方向相同，配流盤依舊處在最小排量出。當(dāng)變量油口輸入的壓力大于調(diào)節(jié)彈簧力時(shí)，控制閥芯（17）向前移動(dòng)，使變量活塞小腔的高壓油通過控制閥芯上的橫孔及設(shè)在殼體上的油道流入變量活塞的大腔。這時(shí)，變量活塞大小兩端壓力相等，但由于大端面積大而小端面積小，根據(jù)F=PA可知，變量活塞大端受力較大。所以變量活塞在兩端壓力差的作用下向小端移動(dòng)，從而使擺角變小，實(shí)現(xiàn)了變量的目的。與此同時(shí)，套在導(dǎo)桿上的調(diào)節(jié)彈簧也受到壓力，該壓力通過彈簧座（10）作用在控制閥芯上，當(dāng)控制閥芯兩端受到的壓力相平衡時(shí)，閥芯不再移動(dòng)，同時(shí)閥套上橫孔的控制油路被切斷，于是變量活塞就固定在某一個(gè)位置上。此時(shí)，當(dāng)變量接口輸入的壓力減小時(shí)，控制閥芯所受的彈簧力大于液壓力，控制閥芯向左移動(dòng)，將變量活塞大腔的控制油與泄油道溝通，變量活塞小端壓力高而大端壓力低，變量活塞又在壓差的作用下向大端移動(dòng)，使缸體中心軸線與主軸之間的夾角減小，降低排量。同時(shí)，調(diào)節(jié)彈簧對(duì)控制閥芯的彈簧力也減小，直到與控制閥芯所受的液壓力平衡，這時(shí)變量活塞又在某一位置處于新的平衡狀態(tài)。

3 使用及維修

液壓系統(tǒng)的效率主要取決于液壓泵的容積效率，當(dāng)容積效率下降到72%時(shí)，就需要進(jìn)行常規(guī)維修，更換軸承和老化的密封件，要更換或修復(fù)超出配合間隙的磨擦副，使其性能得到恢復(fù)。

3.1 四對(duì)摩擦副的檢查與修復(fù)

斜軸式柱塞泵有四對(duì)重要的摩擦副：柱塞桿與缸體孔、配流盤與缸體配流面、配流盤與配流盤滑道、主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭，任何一對(duì)磨損都會(huì)使泵的性能下降。

（1）柱塞桿與缸體孔

表1為柱塞泵摩擦副之間的間隙，當(dāng)表中所列的各種間隙超差時(shí)，可按下述方法修復(fù)：

①由于柱塞桿材料較缸體孔材料硬，一般不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損情況，在修理時(shí)，首先把一組柱塞桿外徑修整到統(tǒng)一尺寸，再用1000#以上的砂紙拋光外徑。柱塞桿的修理一般采用“表面工程技術(shù)”，如：電鍍技術(shù)：在柱塞表面鍍一層硬鉻；電刷鍍技術(shù)：在柱塞表面刷鍍耐磨材料；熱噴涂或電弧噴涂或電噴涂：噴涂高碳馬氏體耐磨材料；激光熔敷：在柱塞表面熔敷高硬度耐磨合金粉末等。

②缸體鑲裝銅套的，可以采用更換銅套的方法修復(fù)。一般缸體銅套的安裝有三種方法：第一、缸體加溫?zé)嵫b或銅套低溫冷凍擠壓，過盈裝配；第二、采有樂泰膠粘著裝配，這種方法要求銅套外徑表面有溝槽；第三、缸體孔攻絲，銅套外徑加工螺紋，涂樂泰膠后，旋入裝配。

③熔燒結(jié)合方式的缸體與銅套可采用研磨棒，手工或機(jī)械方法研磨修復(fù)缸孔。或采用坐標(biāo)鏜床、鉸刀等，重新鏜孔，修復(fù)缸體孔。

④缸體孔無銅套的缸體，材料大都是球墨鑄鐵的，在缸體內(nèi)壁上制備非晶態(tài)薄膜或涂層。因?yàn)楦左w孔內(nèi)壁有了這種特殊物質(zhì)，所以才能組成硬—硬配對(duì)的磨擦副。如果盲目地研磨缸體孔，把缸體孔內(nèi)壁這層表面材料研磨掉，磨擦副的結(jié)構(gòu)性能也就改變了。被去掉涂層的磨擦副，如果強(qiáng)行使用，就會(huì)使磨擦面溫度急劇升高，柱塞桿與缸孔發(fā)生膠合。

次外，在柱塞桿表面制備一種獨(dú)特的薄膜涂層，涂層含有減磨、耐磨、潤(rùn)滑等功能，這組磨擦副實(shí)際還是硬軟配對(duì)，一旦人地改變涂層，也就破壞了最佳配對(duì)材料的磨擦副，修理這些特殊的柱塞泵，就要送到專業(yè)修理廠。

（2）配流盤與缸體配流面

配流盤有平面配流和球面配流兩種形式，薩姆H1V160斜軸式柱塞泵采用球面配流。球面配流的磨擦副，在缸體配流面劃痕比較淺時(shí)，通過研磨手段修復(fù)；缸體配流面溝槽較深時(shí)，應(yīng)先采用“表面工程技術(shù)”手段填平溝槽后，再進(jìn)行研磨，不可盲目研磨，以防銅層變薄或漏出鋼基。缸體和配流盤在研磨前，應(yīng)先測(cè)量總厚度尺寸和應(yīng)當(dāng)研磨掉的尺寸，再補(bǔ)償?shù)秸{(diào)整墊上。配流盤研磨量較大時(shí)，研磨后應(yīng)重新熱處理，以確保淬硬層硬度（見表2）。

表2 柱塞泵零件硬度標(biāo)準(zhǔn)

（3）配流盤與配流盤滑道

從理論上講，當(dāng)控制變量壓力穩(wěn)定后，配流盤應(yīng)該停止在配流盤滑道的某一確定位置。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于控制油路除了控制油泵變量以外，還要為其他油路提供控制系統(tǒng)，這難免會(huì)引起控制壓力的波動(dòng)，以至于配流盤經(jīng)常在配流盤滑道上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致配流盤滑道磨損。此外，所使用液壓油的清潔度也會(huì)影響其磨損程度。

當(dāng)配流盤滑道磨損較輕的時(shí)候可直接采取人工研磨的方法來修復(fù)。如果磨損嚴(yán)重時(shí)，首先要對(duì)配流盤滑道表面進(jìn)行曲線磨，然后在通過“表面技術(shù)”處理，如表面氮化，以提高表面硬度，最后在進(jìn)行人工研磨。修復(fù)后通過調(diào)整蝶形調(diào)整墊片使配流盤與配流盤滑道達(dá)到裝配要求。

（4）主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭

主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭的滑動(dòng)磨擦是斜盤柱塞泵四對(duì)磨擦副中最為復(fù)雜的一對(duì)。表1列出柱塞桿球頭與滑靴球窩的間隙，如果柱塞桿球頭與滑靴球窩間隙超差，柱塞腔中的高壓油就會(huì)從柱塞球頭與滑靴間隙中泄出，降低油泵的容積效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起摩擦副間的金屬接觸磨擦，滑靴燒蝕脫落，柱塞球頭劃傷斜盤。柱塞桿球頭與滑靴球窩超出公差1.5倍時(shí)，必須成組更換之。

3.2 液壓泵用軸承

軸承時(shí)柱塞泵最重要的部件之一，如果軸承磨損，出現(xiàn)游隙，則不能保證液壓泵內(nèi)部三對(duì)磨擦副的正常間隙，同時(shí)也會(huì)破壞各磨擦副的靜液壓支承油膜厚度，降低柱塞泵的使用壽命。

據(jù)液壓泵制造廠提供的資料，軸承的平均使用壽命為10000小時(shí)，超過此值就需要更換新的。拆卸下來的軸承，沒有專業(yè)檢測(cè)儀器是無法檢測(cè)出軸承的游隙的，只能采用目測(cè)，如發(fā)現(xiàn)滾柱表面有劃痕或變色，就必須更換。在更換軸承時(shí)，應(yīng)注意原軸承的英文字母和型號(hào)，柱塞泵軸承大都采用大載荷容量軸承，最好購(gòu)買原廠家，原規(guī)格的產(chǎn)品，如果更換另一種品牌，應(yīng)查尋專業(yè)軸承手冊(cè)以相同性能、規(guī)格型號(hào)替換，目的是保持軸承的精度等級(jí)和載荷容量。

通過轉(zhuǎn)動(dòng)油泵主軸的方法也可以檢查油泵軸承及三對(duì)摩擦副間隙，當(dāng)主軸很容易轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，說明三對(duì)摩擦副的間隙過大。這種情況可能是摩擦副磨損，也可能是軸承磨損造成的。解體檢修時(shí)，可以通過在蝶形彈簧墊片處加調(diào)整墊片或在軸承位加墊片的方法來解決。

4 結(jié)語

柱塞泵使用壽命的長(zhǎng)短，與平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)，液壓油的數(shù)量和質(zhì)量，油液清潔度等有關(guān)。避免油液中的顆粒對(duì)柱塞泵磨擦副造成磨損等，也是延長(zhǎng)柱塞泵壽命的有效途徑。

雖然液壓泵的構(gòu)造各異，功能不盡相同，所發(fā)生的故障也不是千篇一律，但是只要掌握了故障判斷的基本方法，再借助一些檢測(cè)儀器，就能準(zhǔn)確地判斷故障發(fā)生的原因和部位，根據(jù)損壞程度及時(shí)修復(fù)。

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