【i专栏】斜盘式柱塞泵四口液压数据分析及实践应用总结（下）

科技 2024-09-03 06:01 浙江

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【i专栏】斜盘式柱塞泵四口液压数据分析及实践应用总结（上）（点击查看）

二、P（B）口

【技术要求解说】

柱塞泵P口的技术要求有二条：

一是，压力油的流速；

二是，P口胶管的爆破压力等级以及压力冲击次数。

P口的一次压力管道的理论流速是6m/s~12m/s。P口的压力管道内径应根据泵的端口尺寸正确选择最大直径的连接。

小直径不仅会导致高流速、管道内的湍流和泵内气蚀，还会产生噪音。高速流带来的是管道冲击波造成钢管的振动。

P口的一次管道长度2米以内为最佳，超长的一次管道产生水锤冲击会造成泵彻底的损坏。

【实用解析】

力士乐A4VSO250排量的柱塞泵P口径为∅40mm，此尺寸的管径在P口最高流速时≤5m/s，力士乐品牌旗下的各柱塞泵的P口最大流速都在6m/s以内。

P口胶管的爆破压力是系统峰值压力的4倍，耐峰值压力冲击10万次数以上。根据泵端口尺寸确定管道口径。使用柔性端口安全链连接锁定胶管以防止系统激发爆管。P 口需要能够承受系统设计的工作压力，并且在压力波动和峰值时不会出现泄漏或损坏。良好的密封是关键，通常使用密封圈或密封垫来保证 P 口与外部管道或元件连接时无泄漏。在加工和装配过程中，要保证 P 内管部无杂质、毛刺等，以免影响油液的清洁度和正常流动。保证油液流动顺畅，减少压力损失。

三、T口

【技术要求解说】

柱塞泵壳体上有二个T口，其中一个T口接一条通往油箱，排放胶管联接到油箱最低液面以下200mm，这根胶管是专为泵三大摩擦副的静压油膜所泄漏到壳体内的油排出壳体外，始终能保持壳体内的压力在规定值内。

派克公司对壳体回油管有众多的技术要求，笔者在《美国派克公司对柱塞泵壳体泄油口技术要求》一文中，从多个角度对泄油管进行了充分诠注，不在此赘述。

从T口与之相关的是泵壳体压力，力士乐对泵壳体压力值没有明确的数据，但有几种版本，一是泵技术手册上标注为4bar，但后面标注为：允许的泄漏压力（壳体压力）取决于转数、这些数据是指导性数据：在某些操作条件下可能需要进行限制；二是培训手册：壳体压力最多超过S口压力0.5bar，但绝对不高于2bar。派克公司对柱塞泵壳体压力的技术要求：最大允许的壳体压力≤0.5bar，（峰值2bar）即使在补偿期间也是如此。

现分析一下，如果壳体压力超过S口0.5bar压力的会产生的后果：

1.主轴旋转密封会外泄。

2.壳体变形。

3.间隙环流刚性增强，影响滑靴平行度，造成滑靴偏磨与冲击。

拓展阅读：

【i专栏】N30：壳体压力高只会油封漏油吗【泵失效模式分析】

【问题解说】

流体力学中，压力高的流体会向压力低的一侧流动。柱塞泵的吸油口与油箱相通，柱塞泵的壳体通过T管与油箱相通，但T管因各类液阻原因造成泄压不畅，使之壳体压力与吸油口二者压力之比——当壳体压力高于吸油口压力时，壳体内的压力油通过滑靴上的节流孔流向柱塞容积腔到达吸油口。

泵的九只柱塞抽油时，是回程盘强行拖曳滑靴带动柱塞从缸孔中出程来增大缸孔容积，柱塞球头肩部及滑靴在缸孔的外侧，壳体压力作用在柱塞球头肩部与滑靴面上压迫柱塞缩向缸孔内，而柱塞另一侧则在缸孔中受到吸油口的负压而产生的嘬力，在这二力合一的情况下，回程盘还要强行拖曳滑靴带动柱塞出程，回程盘便出现微弯曲形变，滑靴副则出现缝隙，滑靴出现倾斜的脱盘现象，孔内侧与缸孔外侧ΔP越大、则缝隙越大。（滑靴倾覆+柱塞倾覆现象）

滑靴的摩擦面会与斜盘表面产生缝隙，壳体压力高于吸油柱塞容腔压力时，泵壳内的液体通过间隙缝隙进入到滑靴节流孔通道到达柱塞吸油容腔。如果此时，泵壳体上的T管没有回流液时，壳内的油液会在数秒内被虹吸干涸，形成旋转体各摩擦副干磨损。工作状态下的缸体上的九只柱塞，其中的四只柱塞在压缩油液、四只柱塞在抽吸油液，这四只抽吸油液的柱塞是在壳体内的最下端，所以会抽吸光壳内的全部油液。ΔP越大、泵壳体内的液体被吸空的速度越快。（壳体油液被吸空）

泵旋转时，搅动壳内液体旋转，称为：间隙环流。搅动间隙环流的旋转力主要是来自柱塞与滑靴，当间隙环流迎击滑靴时，滑靴副的缝隙造成滑靴倾斜，倾斜后的滑靴力与斜盘发生摩擦，滑靴边角被磨成斜角，斜盘表面也会磨损凹陷区域。滑靴副间隙与壳体压力二者合力在滑靴上，会出现滑靴冲击斜盘。这是柱塞腔吸油完毕旋转越过配流盘封闭区后进入到配流盘高压窗口前的减噪三角槽区域内，配流盘高压窗口内的压力油高速注入到柱塞容腔内使容腔从低压霎变到高压，霎变促使滑靴撞向斜盘，在斜盘表面上留下撞击的痕迹，这种撞击会导致滑靴摩擦面上的凸起的支撑环倒塌从而导致滑靴失效。（滑靴撞击斜盘）

泵正阶跃时，变量活塞会以极快的速度向一侧移动，把变量活塞大端的油液挤压泄到壳体内，这一过程会使壳体压力瞬间激增，瞬间激增的壳体压力会带来一系列的问题，例如轴封泄漏、温升、壳体变形，甚至影响整个系统的稳定性和可靠性，这就要求泵不可连续的阶跃变量，另一方面，务必要穷尽有效的办法，使泵壳的压力降致最低。（连续阶跃变量影响）

柱塞将要完成抽吸油液与将要压缩油液时，是柱塞伸出缸孔外的最长段，也是旋转中的柱塞搅动间隙环流旋转力的最高点，壳体压力越高，液体迎击柱塞径面上的反推力会增大，当柱塞被斜盘推入缸体时，受反推力的柱塞是倾斜的滑入缸孔中，进而造成缸孔中的铜套产生偏磨。（缸体孔偏磨）

【解决方案】

力士乐新款柱塞泵扩大T口径，改变T口尺寸就是证明了原T口存在泄压不畅缺陷，扩大的T口径其目的是达到选用更粗大内径的胶管。

四、X口（外控口）

【群泵系统】

大型液压系统中，经常使用很多台泵，也称群泵合流驱动同一个执行器。为了保证所有的液压泵同步工作，防止群泵中出现变量机构阶跃速度有先后的时间差，防止出现特殊化现象，就需要用液压测试仪对每台泵作待命压力与阶跃同步测试，了解每一台泵的吸油口压力、待命压力、斜盘阶跃速度与系统中的群泵是否同步，就需要在每一台泵使用二个压力传感器。

【案例剖析】

例如：测试A4VSO250/FRG远程压力控制，在泵壳体的吸油口旁Ms口上安装一个-1~+1bar压力传感器、在泵P口旁边MB口上安装一个400bar压力传感器。

【启动前测调】

在泵没有启动前，液压测试仪便要进行测试记录。泵转动前是记录泵吸油口水头压力值是多少。泵转动后斜盘摆角在最小摆角下，各泵在待命状态时的P口压力值理论数值是16~20bar之间的状态（出厂设定值）。如果出现有低与高的数值泵，就要调节泵变量活塞小端盖处的机械限位螺钉，螺钉顺时针旋转，可将泵最小压力数值调大，反之，数值变小。理想的是把每一台泵的待命压力调节统一到20bar（泵待命时压力值越高，滑靴副油膜刚性越好）。

【同步控制测调】

接着是记录各泵在远程压力控制下泵阶跃是否同步。如出现有先有后的不同步阶跃现象，就需要对外控油路作必要的调节。因群泵分布在不同的位置，外控油路会有长有短，各泵接受到阶跃指令会产生先后之分，最先阶跃的泵吸油嘬力最大，输出扭矩也最大，会严重的影响泵的使用寿命。所以在远程压力控制的群泵的液压站上，总是某一台泵出现故障，更换新泵后，还是这台位置的泵损伤下线。

为了保证大型液压系统中群泵同步工作，防止变量机构阶跃速度出现时间差，对外控油路进行必要调整。余下还有更重要的一步，就是从测试仪查看每一台泵斜盘阶跃过程时，泵吸油口的绝对压力值。因为每一台泵Ms口上压力传感器都接入到测试仪上（高级的液压测试仪可同时接收与显示40个压力传感器数据），不管系统中有多少台泵，所有的压力曲线在测试仪显示屏上一目了然，只有在测试仪屏幕上可观看到系统中的每一台泵的压力上升速率的同时，也可观看到这台泵的吸油口的绝对压力变化值，这二条曲线是相辅相承的，只要是观看到吸油口压力曲线显示绝对压力值0.6bar，持续时间超出100ms，或出现定常湍流，S管道就要进行改造。对于要达到快速响应的液压系统，这种测试是必不可少的。

【单泵测调】

系统上是单台泵也可按照此方法进行测试，DR变量形式群泵的测试调整可以参照上述调节过程，DP变量形式比较特别复杂，因各系统中的泵待命压力有高有低，调节的步骤多，不在此文介绍。

马明东 2024/07/20

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