隧道掘進機液壓泵異響故障分析與排除

李 光，賈連輝

（中鐵隧道裝備制造有限公司，河南 鄭州 450016）

液壓系統故障大多具有隱蔽性和隨機性的特點，分析判斷起來相當困難，而液壓泵異響在液壓系統故障中占有很大比例，短時間內很難排除，容易造成長時間停機，而且有可能造成嚴重的工程事故。因此快速準確的判斷泵異響的故障原因就顯得非常重要。在液壓系統故障分析的專業書籍中，對泵異響大多歸為泵吸空造成，但沒有細致分析泵吸空的具體原因，對現場排除故障缺少指導性意見。本文以隧道掘進機液壓系統為例，分析泵吸空造成異響的具體原因，最后總結出快速排除泵異響故障的方法，對今后現場排除液壓系統故障具有指導意義。

1 故障現象

隧道掘進機液壓系統采用集中式泵站，油箱分為前后兩個區：前部為吸油區，裝有若干吸油過濾器；后部為熱油區，泵站上所有泵的泄油集中到油箱上部的總泄油管，回到油箱后部熱油區。兩個區通過中間隔板分開，隔板上有孔可相互流通。循環泵進口側連接油箱熱油區，出口連接過濾器和冷卻器，經過過濾冷卻后的油液回到油箱吸油區。油箱上部裝有空氣濾清器和回油過濾器，側面裝有液位傳感器，底部裝有放油閥。柱塞泵通過吸油管與油箱連接，吸油管與油箱之間裝有蝶閥，柱塞泵與吸油管之間裝有帶測壓接頭的法蘭。

在系統調試或運行過程中，泵發出斷續的“當”的異響，有時形成連續的高頻噪聲，一般認為是泵吸空造成。泵吸空現象主要是指兩方面，一方面是指泵吸進的油液中混有空氣，另一方面是指泵吸油不暢。

2 原因分析

2.1 油液中混入空氣

泵吸進的油液中含有氣泡，當氣泡隨著液體被帶到泵高壓區時，在高壓作用下迅速破裂，急劇縮小后又凝結成液體，原來氣泡所占據的空間形成局部真空，周圍的液體質點以極高的速度來填補這一空間，使液體質點間相互碰撞，產生局部高壓和高溫，形成液壓沖擊，產生振動和噪聲。混入的空氣越多，噪聲越大。混入空氣量與噪聲的關系如圖1所示。

圖1 混入空氣量與噪聲的關系

導致隧道掘進機液壓系統混入空氣的原因有以下幾種。

1）油箱液位過低，吸油濾芯浸入油中太少，在吸油口附近形成的漩渦會使空氣被吸入油泵。在隧道掘進機油箱上都設有液位傳感器，當液位低于液位傳感器位置時，在上位機上會有報警信號，當確定液位傳感器完好且沒有報警時，可以排除這個原因。

2）回油管沒有浸入最低液面以下，回油沖擊在油面上產生大量氣泡，使空氣與油一起吸入系統。油箱上配置的回油過濾器分為過濾器和引流管兩部分，之間通過螺紋連接，當長時間運行后，螺紋有可能松脫，引流管掉到油箱底部，這時回油沖擊產生氣泡，會導致泵異響。

3）吸油管法蘭密封不嚴，或是吸油管扣壓不到位，在吸油壓力低于大氣壓時吸入空氣。吸油管采用SAE法蘭，型圈密封，當法蘭密封槽加工過深或型圈不標準時，密封圈壓縮量不夠，當吸油壓力處于大氣壓之上時，密封處不會往外滲油，但當吸油壓力處于大氣壓之下時，空氣就會由此進入系統。

4）循環泵吸油管法蘭密封不嚴，或是吸油管扣壓不到位，同樣會吸進空氣，經過過濾器，氣泡被打散后回到吸油區，造成系統多個泵產生異響。

5）吸油管上附屬包括測壓頭及蝶閥等密封不嚴。與蝶閥相連接的法蘭面粗糙度不夠或蝶閥密封損壞造成空氣進入；泵吸油口裝有測量吸油壓力的測壓接頭，測壓接頭具有自封功能，其內部彈簧頂著鋼珠起到密封作用，如圖2所示。如果彈簧較軟或有雜質擠到鋼珠與接頭體的密封面上，就會造成密封不嚴，在吸油負壓的情況下，空氣由此進入，造成泵異響。

6）吸油管布置不合理氣泡難以排出。吸油管由于結構原因，中間向上凸起，如圖3(a)所示，氣泡就會積聚在凸起處難以完全排出，當流量突然變化時，部分氣泡就會隨油液進入泵里引起噪聲。因此，吸油管應布置成U型，如圖3(b)所示。

2.2 泵吸油不暢

圖2 測壓接頭內部結構圖

圖3 吸油管布置圖

由于吸油不暢，負壓過大，引起柱塞泵脫缸與撞擊，是泵產生異響的另一主要原因。具體到隧道掘進機液壓系統，有如下幾種方式。

1）油箱上配置的空氣濾清器堵塞。當推進油缸快速伸出時，油箱內油液迅速減少，如果空氣濾清器堵塞，油箱內就會形成負壓，造成泵吸油困難。

2）吸油過濾器通油能力不夠或堵塞。油箱內裝有多個不同規格的吸油過濾器，如果過濾器裝錯，通油能力小的過濾器裝到了大排量泵的吸油口，或過濾器堵塞，都會造成泵吸油不暢。

3）吸油截止閥未完全打開。在吸油管路上裝有蝶閥，一般手柄與蝶閥在一個平面上為打開，與蝶閥成90°，則為關閉狀態。有時蝶閥手柄未按要求裝配，則會造成蝶閥開關狀態的誤判。

4）吸油管過長或通徑不夠。根據泵的最大流量以及吸油管路的通徑計算吸油流速，常規吸油流速在0.5～1.5m/s范圍內。

5）泵殼體泄油壓力大。對于柱塞泵而言，泵殼體泄油壓力過大，不僅會造成軸封損壞，還可能造成泵運行不平穩，產生噪聲和振動。

如圖4所示，A區域為吸油，B區域高壓油，C區域為泄油。在吸油過程中，柱塞一端為泄油壓力，一端為吸油壓力，當泄油作用到柱塞上的力大于吸油和滑靴壓盤作用到柱塞上的力時，滑靴就會與斜盤脫開，當運行到高壓區時，在高壓油作用下，柱塞滑靴又緊密貼合斜盤。在泵高速運轉中，就會造成脫缸與撞擊，發出高頻噪聲。如Rexeoth的A10V泵，樣本中明確要求，泵殼體泄油壓力不得超過吸油壓力0.5bar。

6）溫度低，粘度大。根據液壓油的粘溫特性可知，當油溫降到10℃以下時，油的粘度會急劇增大，在環境溫度較低時啟動泵，由于油的粘度較高造成泵吸油困難。

造成泵吸空的原因還有很多，相對與隧道掘進機液壓系統來說，發生的幾率很小，在此不再列舉。

3 故障排除

由以上分析可知，造成泵吸空的原因很多，在現場排除此故障時，如何快速準確的找到故障原因成為重中之重。根據現場的操作難易程度，繪制以下故障樹供現場參考（圖5）。

泵吸空導致異響故障，參考故障樹分析方法，一般可以得到快速解決，基礎是檢測手段要具備，最好是設計的時候就考慮在內，如吸油口的測壓接頭以及測量真空度的負壓表等，如沒有配置這些檢測工具，那判斷起來就會很困難，解決問題的時間也會相應延長。

4 結論與建議

現場解決問題的技術人員應具備一定的排除故障的分析能力，更應具備現場判斷能力，如吸油管內殘存的空氣有時幾個小時都難以排干凈，這就需要準確的現場判斷，否則就會找錯方向，耽誤時機。

圖4 柱塞泵內部結構圖

圖5 泵吸空造成異響故障樹