柱塞泵的維修之柱塞的深解析

柱塞的功能柱塞的分類柱塞故障特性

柱塞與孔的精配當前第1頁\共有53頁\編于星期二\8點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為柱塞是成壓元件柱塞作為一個組合件，包含了滑靴和柱塞體，俺叫柱塞當前第2頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的工作原理我們吸油我們排油我有角度2023/6/13當前第3頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞我在下坡我在爬坡2023/6/13當前第4頁\共有53頁\編于星期二\8點斜軸式我們吸油我們排油我有角度2023/6/13當前第5頁\共有53頁\編于星期二\8點流量是這樣的qt=（柱塞數(shù)）x（柱塞直徑）x（柱塞行程）x（轉(zhuǎn)速）qt2023/6/13當前第6頁\共有53頁\編于星期二\8點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2023/6/13當前第7頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的分類我們認為如果L2>3╳D3，此柱塞體為細長柱塞；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，當前第8頁\共有53頁\編于星期二\8點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”。當前第9頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類小孔柱塞這是小孔2023/6/13當前第10頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類大孔柱塞體優(yōu)缺點優(yōu)點：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)動慣量下，使用這種柱塞的回轉(zhuǎn)半徑可以設計的比較大；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：由于柱塞體的管壁比較薄，強度和剛性均不好，不適用于規(guī)格較大的或壓力較高的柱塞泵。當前第11頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類小孔柱塞體優(yōu)缺點缺點：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)動慣量下，使用這種柱塞的回轉(zhuǎn)半徑不宜設計得過大，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：由于柱塞體的管壁比較厚，強度和剛性均好，適用于規(guī)格較大的或耐壓等級較高的柱塞泵。當前第12頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類特殊設計柱塞之一焊接柱塞柱塞體的單位重量減小轉(zhuǎn)動慣量小，提高泵的穩(wěn)定性，焊接和中部襯環(huán)加強強度和剛性，可用于高壓泵。當前第13頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類特殊設計柱塞之二塑料填充式柱塞柱塞體的單位重量減小轉(zhuǎn)動慣量小，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2023/6/13當前第14頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類滑靴斷面特點油環(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。加工成本低當前第15頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類滑靴斷面特點加工復雜，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當前第16頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞分類迷宮式滑靴常用于彈簧強制回程的柱塞泵，處于中位狀態(tài)的泵進行高速旋轉(zhuǎn)時候，滑靴端面與斜盤（或止推盤）之間存在高速的相對運動；這時低壓儲油環(huán)的油就會在斜盤和迷宮式滑靴端面之間形成油膜，保護柱塞滑靴的正常高速運轉(zhuǎn)時候不被磨損。當前第17頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞泵的工作特殊性摩擦副：三處----1，滑靴+止推面（斜盤表面）；2，柱塞體+缸體孔；3，缸體斷面+配油盤表面運動方式：直線+自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)+滑動1，柱塞的軸向直線運動2，滑靴的周向滑動3，柱塞滑靴的自轉(zhuǎn)運動4，缸體的自轉(zhuǎn)與配油盤的滑動。2023/6/13當前第18頁\共有53頁\編于星期二\8點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。運動方式：直線+自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)+滑動1，柱塞體的軸向直線運動2，滑靴的公轉(zhuǎn)并滑動3，柱塞滑靴的自轉(zhuǎn)運動4，柱塞體的自轉(zhuǎn)運動。2023/6/13當前第19頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的故障特性分類1，污染造成摩擦副的故障2，潤滑不良造成摩擦副的故障3，間隙不當造成的故障4，宏觀特性造成的故障2023/6/13當前第20頁\共有53頁\編于星期二\8點摩擦副摩擦副摩擦副柱塞的故障特征1污染2023/6/13當前第21頁\共有53頁\編于星期二\8點靜壓支承原理1，滑靴與止推面的運動副之間；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，因為會導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污染當前第22頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞圓柱表面咬毛、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，其實這些雜質(zhì)呈粉末狀；導致柱塞和缸體內(nèi)表面的磨損，如果雜質(zhì)的尺寸較大的話，可能會導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)就會被混入液壓油，導致磨損和卡死現(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運動時，會產(chǎn)生熱量，導致磨損或柱塞變色。柱塞的故障特征1污染當前第23頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的故障特征1污染缸體柱塞內(nèi)壁雜質(zhì)顆粒2023/6/13當前第24頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的故障特征2潤滑不良補油壓力過低殼體壓力過低吸油不暢、吸空系統(tǒng)進氣2023/6/13當前第25頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征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2023/6/13當前第26頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞副的間隙δ=D-d,δ間隙過大，會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間隙當前第27頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征間隙柱塞加熱試驗，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2023/6/13當前第28頁\共有53頁\編于星期二\8點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，會使容積效率顯著降低，損失過大而發(fā)熱，導致總效率下降；間隙過小固然會使容積效率提高，但是發(fā)熱后的熱膨脹或雜質(zhì)會導致柱塞在缸體孔內(nèi)研住。必須選擇最佳的間隙，即保證正常運轉(zhuǎn)，又使能耗最小的?？刂浦圃炫c運轉(zhuǎn)時候的溫差，一般運轉(zhuǎn)溫度為50~60℃，而制造溫度為標準溫度，應為25℃，再者，柱塞與缸體的線膨脹系數(shù)不等，會使間隙變化。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)，則運轉(zhuǎn)時摩擦副的間隙會增大。當前第29頁\共有53頁\編于星期二\8點留缸長度L0如果柱塞長度L柱塞長度應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PH≤20MPa時， L0=(1.5~1.8)D 4當PH≥30MPa時， L0=(2.0~2.5)D4(式中D4為柱塞直徑）柱塞故障特征間隙2023/6/13當前第30頁\共有53頁\編于星期二\8點留缸長度L0留缸長度圖示柱塞故障特征間隙2023/6/13當前第31頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞副(柱塞與缸孔)的幾何精度，圓錐度和橢圓度的公差嚴格控制在柱塞副最小間隙的1／4之內(nèi)，通常為0.002~0.005mm柱塞故障特征間隙當前第32頁\共有53頁\編于星期二\8點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)動不靈活，回程卡死。。柱塞故障特征間隙當前第33頁\共有53頁\編于星期二\8點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2023/6/13當前第34頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征間隙間隙過緊

當前第35頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征間隙當前第36頁\共有53頁\編于星期二\8點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，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準，導致早期磨損。原因之二，柱塞熱處理硬度未達到，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。。柱塞故障特征間隙當前第37頁\共有53頁\編于星期二\8點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)濟性不好，價格昂貴如果缸體孔磨損比較均勻，可以對孔進行精鉸或研磨以擴大孔徑，保持在形狀、位置的公差范圍內(nèi)，然后安裝間隙公差標準選取，換上圓柱外徑相應加大的柱塞，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，也完全可以修復到所需的硬度、配合尺寸、精度和達到表面粗糙度的要求標準。應該強調(diào)的是：如果在這些磨損件的修復方面有所作為的話，可以為人類節(jié)約一筆不小的資源。柱塞故障特征間隙當前第38頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征宏觀特征壓力沖擊高速運轉(zhuǎn)低排量運轉(zhuǎn)2023/6/13當前第39頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞故障特征宏觀特征2023/6/13當前第40頁\共有53頁\編于星期二\8點配油盤與柱塞和斜盤的對應位置：當柱塞由斜盤的低位滑向斜盤的高位的時候，為柱塞腔的增壓過程，當輸出壓力達到最大值的瞬間，柱塞應該在最高位置上，對應配油盤的位置，應該是配油盤的盲點。在盲點容易產(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)設計，例如漸變開口的油槽，俗稱眉毛孔。柱塞故障特征宏觀特征2023/6/13當前第41頁\共有53頁\編于星期二\8點

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)動平滑，又有足夠的抗拉拔強度，見圖。滑靴的端面在斜盤(搖擺)1上平面滑動，由于有潤滑，從而大大地降低了接觸應力。123柱塞故障特征宏觀特征當前第42頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞的受力分析滑靴對斜盤端面h=(0.01~0.03mm)的強固油膜，將兩者金屬體隔開柱塞故障特征宏觀特征當前第43頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞損壞現(xiàn)象2023/6/13當前第44頁\共有53頁\編于星期二\8點壓力沖擊造成的損壞柱塞損壞現(xiàn)象壓力沖擊當前第45頁\共有53頁\編于星期二\8點柱塞斷掉柱塞質(zhì)量有問題吧，強度不好誰說的，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)象間隙過小當前第46頁\共有53頁\編于星期二\8點絕對是硬質(zhì)的雜質(zhì)，混在殼體的液壓油里面，當回程盤有松動的時候，沒有壓緊滑靴的瞬間，它進來了，然后又出去了。柱塞損壞現(xiàn)象雜質(zhì)過多大塊雜質(zhì)當前第47頁\共有53頁\編于星期二\8點雜質(zhì)較多而且較大，堵塞了其中一個高壓潤滑孔后，此柱塞1往復運動速度下降，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，導致斷掉。柱