DS-太平洋汽车
VIEW MORE+
时间: 2024-07-15 06:00:43 | 作者: nba百事通在线直播
栏目精选来自一线最具价值的实践经验分享。这些实践中摸爬滚打的经历，都将是我们学习和思考的“养料”！静液压与你一起高效解决实践问题。
今天来谈一下一套使用水乙二醇介质的液压站油箱及供油管道的设备错误而导致柱塞泵失效的案例。
这是一套炼钢厂转炉的液压站，使用五台力士乐EA4VSO250DR/30R柱塞泵，介质为水乙二醇，这套液压站上只有5#泵，总是短时间内损坏下线。最多时可能在一个月内就损坏了三次，下面是拆解5#泵的情况。
在国内，各炼钢企业这种柱塞泵损坏现象是特别普遍，只有使用水乙二醇液压介质的柱塞泵才发生这样的损坏现象，而且泵上线常规使用的寿命很短就发生损坏，世界上各品牌的柱塞泵都可能会发生此现象。因此，国际上各柱塞泵制造厂也开展针对性研究，也找出内在原因以及解决方案。美国派克公司，德国力士乐公司，美国Oilgear等世界著名的液压柱塞泵制造生产厂也相续开发了针对水乙二醇介质的专用柱塞泵，瑞典INA公司也开发了一种专用于水乙二醇介质柱塞泵轴承。
本人针对水乙二醇介质柱塞泵损坏原因研究了二十多年，对各钢厂的液压站进行大量观察与测试，查阅大量的国内外文献，了解世界各国针对水乙二醇介质液压系统的设计特别的条件，并指导炼钢企业对二十多年前的水乙二醇介质液压系统来进行针对性的改造，取得特别良好的效果并介绍给大家。本文一是讲各钢厂现投入到正常的使用中的水乙二醇介质液压站设计错误而导致泵损坏原因；二是讲针对现有的水乙二醇介质液压系统怎么样做改造，延长柱塞泵在线使用寿命。
是什么问题导致此泵的轴承损坏，这是一系列的流体动力学的错误而导致的结果。
这套液压站上五台泵是共用一根供油管道，共用一根壳体泄漏回油管道泄油回油箱。这套液压站上每台柱塞泵壳体回油管上安装了单向阀，这套液压站存在有三大错误的地方。
这种多泵共用一根供油管道设计的错误有如下二种原因，一是：吸油管道内径太小，5台柱塞泵在最大吸油时，需要每秒31L的油量。要满足5台泵的最大流量时，Ф200的管道内的油液流速要高达0.982m/s，才能满足5台泵所需要的油液。力士乐对于泵吸油管道内的油液流速规定为﹤0.5m/s，为了达到力士乐的对泵吸油管道内的油液流速要求，再加上油液粘度摩擦指数影响，5台泵共用吸油管道内径则需要的吸油管道内径则要达到Ф280mm才能满足力士乐所规定。
二是：5台泵共用一根吸油管道，主管道引入端插入油箱靠近底端中，端头呈45°斜面。在5台泵共同变量吸油时，因为需求输送的油量大、管道细、流速高，造成主管道引入端头内的油液与周围边上的油液流速差，形成了从管道吸油端头到周围边缘的差速流动，在吸油管道端口形成一种旋涡流，这个尖形底小而上面渐变扩大的旋涡流直达到油箱液面上，则液面形成中空漏斗状的旋涡，大量的空气从中空漏斗状的旋涡中被吸入泵体吸油腔内。因油箱内只有一根吸油管，因液体进入管口的流速太快，就形成漏斗状的漩涡，漩涡直达液面上。
为了验证主S管内吸入有大量空气，改造的方法是在主S管道尾端开孔并安装一根透明尼龙管，透明管的另一端头高于油箱液位以上，朝向空中。之后，泵在P口排油状态时，源源不断的大量的气泡从透明管中溢出，每当泵进入到高压状态时，也就是泵斜盘到达最小角度时，透明管中的气泡休停。
液压油箱内有三种板，1是隔板，2是挡板，3是遮板，油箱内的遮板就是遮盖在吸油口上面的一个倒锥状的圆板，目的是不让油液呈现旋流漏斗状态，防止大量的空气通过旋柱的空心进入到吸油管道中。
下面我把这二项的错误合起来讲！炼钢厂的液压设备应用的都是水乙二醇介质，主要是防火阻燃。
水乙二醇介质的柱塞泵使用要有特殊条件的，但是在力士乐泵的中文样本上是没有向使用者提供这些特殊的要求说明。但在力士乐英文版技术手册上是有这些要求的。力士乐中文版手册上有这么一段话是：泵的一切数据以英文版手册为准。但国人很少有人去看英文版的技术手册。
再加上人们对泵的吸油口端不重视，设计人员缺乏流体力学知识而导致管路设计的多个错误，缺乏柱塞泵在水乙二醇介质的液压系统中的运行的特殊工况，没有满足特别的条件，才导致水乙二醇介质的液压系统中泵的常规使用的寿命很短，要是满足了这此特殊的使用条件要求，这种泵是不会坏的！可以经常使用的。
怎么样才能满足此特殊的使用条件要求？用水乙二醇介质的柱塞泵与用液压油的柱塞泵最大不同点是泵处于低压且排量是最大值(这样的工况我暂称之为“低压待命”)。
为什么要设定在这样的工况下？这是因为炼钢的空间都是高温场所，液压执行元件（主要是油缸、管道）都处于高温环境或受到高温烘烤，执行元件内的液体也变为高温液体，当执行元件中的液体动作完毕后进入油箱，也就把油箱内的液体也变成高温液体。要想把油箱内的液体冷却下来，就需要泵把油箱内的高温油吸出送到冷却器来冷却。
泵在长时间的低压待命时，就是柱塞泵在没有驱动指令时，在待命阶段内，泵的P口是低压，柱塞泵斜盘是停持在最大角度（15°），柱塞往复行程运动，吸/排油量达到最大值， 即泵的排油量最大。柱塞泵在低压待命时，三大摩擦副没有静压油膜外泄油液泄到泵壳中。
低压待命的柱塞泵，要防止泵壳体内负压！因为低压待命的泵在待命时，斜盘摆角是停持在最大角度上，柱塞吸程最大，所以，泵吸/排油量也是最大，在柱塞吸油时，因为柱塞吸油侧呈现负压，导致滑靴一侧也产生吸油现象，滑靴吸油吸的是壳体内的油液，只要低压待命时间超过40秒，滑靴侧就会把泵壳体内的油液吸光，造成泵主轴尾端轴承无油液润滑 ，造成干摩擦。此时，只有泵U口有冲洗油来润滑前轴承，只要几十秒的时间，无油润滑的后轴承烧损导致前轴承损坏。
曲线秒时间内的变量柱塞泵吸油口压力、排油口流量、壳体压力流量变化曲线。用此图来证明：泵的流量的波动与壳体压力的波动是息息相关的，是相生相克的关系。
测试方法：在一台变量柱塞泵的P口上安装了一台流量计、在泵的吸油口上安装了一个压力传感器。壳体上安装了一个压力传感器。执行机构：液压油缸。人工操作油缸杆伸或缩，
从1.3秒到3.5秒，在这2.3秒的时间内，泵P口排量从80L升到163L的同时刻，壳体压力下降了0.09bar，吸油口压力下降了0.096bar。
第6秒时，泵流量减少、泵体压力也随着上升，这证明泵的流量大/小是与壳体压力是息息相关的。
从16.5秒到17.5秒，在这1秒的时间内，泵P口排量从110L下降到15L的同时刻，壳体压力上升了0.03bar，吸油口上升了0.06bar。
到25秒到30秒之间，泵排口流量最小时（每秒是不到20L），此时泵的斜盘是停泊在最小摆角位置，泵供油管道内的油液流速也是最慢，曲线图上的绿色线-泵的吸油口压力是正压的0.05bar，此时，按变量泵的工作原理，此时泵的压力也是达到最高点压力，泵的三大摩擦副泄漏值也达到最大值，这个最大值是在负压的0.02bar左右间波动。
这里要重点阐述一个概念：油膜与静压油膜的区别。油液在压力的作用下，从缝隙间向外溢出，才是静压油膜。三大摩擦副要产生静压油膜需要的最低压力：
滑靴副在16bar压力以下时，只产生油膜而不是静压油膜，绝大多数都是没有油液向外泄漏，只有压力达到24bar以上时，才产生少量的静压油膜外泄。
柱塞副在16bar压力以下时，只产生油膜而不是静压油膜，也是没有油液向外泄漏，只有压力达到70bar以上时，才产生少量的静压油膜外泄。
高压待命的柱塞泵，要防止泵壳体内压力超标！因为从三大摩擦副缝隙间外泄静压油，是不断的外溢到泵壳体内，如果泄油管道有阻力，就会形成泵壳体内的间隙环流液压力增大，一旦壳体内压力增大，这对泵也是致命威肋的。
1，泵泄油管要单独的流向油箱，一定别与其它泵共用一根泄油管道，柱塞泵运转时，最大允许泵壳体压力≦0.5bar，峰值2bar。
2，使用低压胶管泄油，胶管全程不准有直角弯，胶管内径要大于泵壳体上泄漏口径，使用胶管尽可能短，最长不得超出2米，否则要加大直径，泄漏胶管联接到油箱处的高度要超出泵壳体最高点。
3，泵壳体泄漏回油胶管必需联接到油箱最低液面以下200mm，油流出口处要远离泵吸油口区域，防止高温，带有气泡的油液被吸入泵中。
4，柱塞泵在如下工况下运行时：最大流量时，吸油口绝对压力＜2bar，泵待命时P口压力时＜25bar、即长时间的低压循环时，泵在这种运转状态时，柱塞泵壳体泄油管内油液会改变流动方向（油箱内的油液流向壳体），泵壳体内的油液会通过滑靴中心孔和柱塞中心孔被吸到柱塞吸油侧与配流窗口间，这是油箱内油液通过泄油管道要向壳体内流动的原因，泵壳体泄油软管一定从油箱中得到油液，要如果泵壳体内没有充足的油液这是对泵是十分危险的，润滑不足会造成泵轴承发热，因此，油箱内的油液一定要能通过泄油管流出，并不许在泄油管上安装止回阀和任何有碍油液流动任何装置。
5，油箱内的油液通过泄漏油管反向流向壳体时，泄油管径要保证油液流动量不低于泵最大额定排量的10~15%。
上述表述就是水乙二醇介质子中的液压柱塞泵运行的特殊工况，泵壳体上的泄油口是泵的第二个吸油口，是补油口，如果达到或者能够很好的满足泵壳体总是冲满油液的这些要求，泵的在线常规使用的寿命可以得到保证。
造成泵主轴上的前后轴承损坏的直接原因是泵壳体内油液，在柱塞泵长时间的待命状态下，泵壳休内的油液被柱塞吸空、吸光、使泵壳休内干涸，导致没有油液给轴承润滑，轴承处于干摩擦状态。
笔者建议冶金企业改造旧式液压站，别一味的修泵，因泵有使用有周期性的，泵假如慢慢的出现粉碎性损坏时，是没有维修价值。
开式液压系统中的多泵液压站，最新技术是放弃群泵共用S管道方法，油箱不再落到地面，而是距地面有高度差，最佳的方法是采用外供压力油，保证每一台泵的吸油口处压力在6~10bar。不能采用外供压力油源，每台泵都采用独立的吸油管路。
柱塞泵使用的寿命，取决于泵吸油侧水头压力，水头压力越高，到达泵吸油侧的流体动力仍有剩余，柱塞抽吸油液力充畅，减轻滑靴拉拔柱塞的拉力。开式泵采用闭式泵的供油方法，泵的柱塞的出程是吸油口内的压力把柱塞顶出，回程盘减省拉拔力，则极大的延长泵的寿命，这是实践已证明的。
液界联盟学院第74期Webinar，邀请到马明东老师做客#液界百家讲堂，和大家专题探讨「使用水乙二醇介质的柱塞泵失效缘由分析」，讲座完整视频和PPT资料已上传，点击文末阅读原文，听马老师如何抽丝剥茧，层层剖析。
【i专栏】W07：液压缸维修：挖掘机液压缸初始运动TIPS(小建议)丨马明东
【i专栏】W01：#维修案例#-赫格隆马达壳体裂开-紧急故障处理全程实录与剖析丨Rexroth
【i资讯】Z9：海瑞克盾构机刀盘驱动液压柱塞泵变量控制原理#马明东专题#
DS-太平洋汽车
VIEW MORE+我国工程机械工业协会：加强工程机械液压管路布局规范
VIEW MORE+阿特拉斯 科普柯 推出全新C系列液压破碎锤
VIEW MORE+