王興剛，王希貴

（1.空軍駐哈爾濱軸承廠軍事代表室，黑龍江哈爾濱150036；2.中國船舶重工集團第703研究所；黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

船舶甲板機械使用液壓傳動有近百年的歷史。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動被進一步應(yīng)用于船舶裝備的其他方面，如船舶自動操舵、船舶減搖鰭和可變螺距螺旋槳推進系統(tǒng)調(diào)整機構(gòu)等方面。一旦這些液壓傳動裝置出現(xiàn)故障，將嚴重影響船舶運輸生產(chǎn)，增加船舶運輸公司的營運成本。據(jù)不完全統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)的故障，近30%左右是由于海水泵液壓馬達的故障導(dǎo)致的。因此，搞清楚海水泵液壓馬達的故障類型和故障發(fā)生規(guī)律，對船舶液壓傳動系統(tǒng)的故障診斷與維修具有重要的意義。下面將就船用海水泵液壓馬達的常見故障和維修更換問題進行討論。

2 船用海水泵液壓馬達的常見故障及維修策略

不同工況要求液壓傳動設(shè)備采用不同的海水泵液壓馬達，幾種常用的船用低速大扭矩海水泵液壓馬達及其主要性能參數(shù)介紹如下。

其中，單作用徑向柱塞海水泵液壓馬達結(jié)構(gòu)較簡單，適用于對低速穩(wěn)定性要求不高的場合；雙斜盤軸向柱塞海水泵液壓馬達有較寬的速度范圍和良好的低速穩(wěn)定性。當要求海水泵液壓馬達輸出大扭矩，并且有良好的低速穩(wěn)定性時，一般都采用內(nèi)曲線多作用徑向柱塞海水泵液壓馬達。液壓傳動系統(tǒng)的海水泵液壓馬達在正常使用時應(yīng)動作平穩(wěn)，無異常聲響，否則預(yù)示設(shè)備安裝條件發(fā)生不良的變化或馬達內(nèi)的定子、葉片或彈簧等零部件發(fā)生缺陷。船用海水泵液壓馬達由于工作環(huán)境惡劣，負載大，經(jīng)一段時間使用后易發(fā)生多種故障。這些故障的表現(xiàn)形式多種多樣，低速穩(wěn)定性劣化(磨損)是船用海水泵液壓馬達最常見的故障，其產(chǎn)生原因大多是由于液壓油污染所致。船舶液壓系統(tǒng)工作條件十分惡劣，各類雜質(zhì)極易混入液壓油中，使海水泵液壓馬達零件過早磨損，油液泄漏量不規(guī)則地增加，結(jié)果造成海水泵液壓馬達低速穩(wěn)定性急劇下降。液壓油污染對整個液壓系統(tǒng)都是一個極大的禍害，它損壞液壓泵，使供油量與供油壓力出現(xiàn)無序脈動，同樣也會引發(fā)海水泵液壓馬達低速穩(wěn)定性的劣化。液壓油的防污染與清潔處理是船舶液壓系統(tǒng)須特別重視的一項工作。此外，海水泵液壓馬達使用一段時間后，原來整定的回油壓力變小，也可能改變馬達的低速穩(wěn)定性。對此，可將回油壓力進行調(diào)整，選用合理的回油背壓力。

2.1 常見船用低速大扭矩海水泵液壓馬達與主要工作參數(shù)

（1）徑向柱塞海水泵液壓馬達(大扭矩)

常用壓力（MPa） 12～20

排量(L/r) 0.1～10

最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(r/m in) 5～10

調(diào)整范圍(r/m in) 5～600

外形 較大

總效率(Gη=ηw·ηv) 較高

(2)軸向柱塞海水泵液壓馬達(高速)

常用壓力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～25

最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(r/m in) 2～400

調(diào)整范圍(r/m in) 3～1200

外形 較小

總效率(Gη=ηw·ηv) 高

(3)內(nèi)曲線式海水泵液壓馬達(低速大扭矩)

常用壓力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～50

最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(r/m in) 0.5

調(diào)整范圍(r/m in) 1～200

外形 小

總效率(Gη=ηw·ηv) 低

船用海水泵液壓馬達使用一段時間后，其噪聲增大特別明顯，這主要是由于馬達長期處于高負載工況下運轉(zhuǎn)，潤滑條件又沒有很好的保證，導(dǎo)致機械相對運動部分的部分元件的軸承、聯(lián)軸節(jié)及其它運動部件磨損，使部件配合出現(xiàn)誤差。此外，系統(tǒng)的液壓沖擊與液壓油空穴現(xiàn)象也是造成海水泵液壓馬達噪聲增大的重要因素。

2.2 船用海水泵液壓馬達的常見故障與其原因

分析和一般排除方法

2.2.1 轉(zhuǎn)速下降原因

馬達內(nèi)部柱塞與缸的配合不良或配流器間隙不當；

主軸、軸承等零件損壞；

液壓泵故障方法液壓輔件故障或失調(diào)。

2.2.2 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油；

更換零件維修、液壓泵維修或調(diào)整液壓輔件。

2.2.3 輸出轉(zhuǎn)矩變小原因

馬達內(nèi)部柱塞與缸的配合不良或配流器間隙不當；

主軸、軸承等零件損壞；

液壓泵故障、液壓輔件故障或失調(diào)。

2.2.4 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油；

更換零件維修、液壓泵維修或調(diào)整液壓輔件。

2.2.5 低速穩(wěn)定性下降原因

液壓油污染使馬達內(nèi)零部件磨損；

液壓泵等不正常，使供油等出現(xiàn)異常；

液壓系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，使壓力出現(xiàn)波動或液壓油存在空穴現(xiàn)象。

2.2.6 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油,檢查有關(guān)元件、附件，恢復(fù)正常供油條件；

排除系統(tǒng)的氣體。

2.2.7 噪聲增大原因

系統(tǒng)壓力流量變化超過額定值，馬達內(nèi)部零件；

軸承、定子、主軸等損壞；

液壓油污染使運動部件摩擦力增大；

運動部件出現(xiàn)松動、偏心；

系統(tǒng)的液壓沖擊和油液空穴。

2.2.8 排除方法

查找排除壓力增大原因，修理更換馬達,清洗液壓油,校準配合或更換部件；

排除系統(tǒng)的氣體。

2.2.9 泄漏增加原因

機械振動引起緊固螺絲松動；

密封件損壞；

液壓油污染磨損零部件。

2.2.10 排除方法

擰緊螺絲，更換密封件，更換修理相應(yīng)的部件，清洗液壓油。

事實上，液壓系統(tǒng)中各種故障的產(chǎn)生，往往是有多種原因的。液壓系統(tǒng)各種元件和附件工作狀況的相互制約和影響，甚至管路的長短、粗細、走向、分布都與此有著密切的關(guān)系。以油量供應(yīng)不足引起海水泵液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩下降為例，除了上述有關(guān)敘述外，還可能與電磁閥等元件的電控線路故障等有關(guān)。因此，以上所述的海水泵液壓馬達各類常見故障僅包括出現(xiàn)頻率較高的一些原因。

3 更換國產(chǎn)化元件的選用原則

液壓系統(tǒng)的工作參數(shù)有壓力、流量、溫度等，代表液壓系統(tǒng)工作性能的主要參數(shù)是壓力和流量，當根據(jù)負載情況基本確定了海水泵液壓馬達的最大阻力矩，并知道了海水泵液壓馬達和液壓缸要求的工作速度范圍時，就可估算系統(tǒng)所需海水泵液壓馬達的工作壓力和工作流量，為確定液壓系統(tǒng)所需維修元件(海水泵液壓馬達)提供確切的依據(jù)。因此，正確選擇海水泵液壓馬達對制定合理的液壓系統(tǒng)的維修方案是一項至關(guān)重要的工作。

選用海水泵液壓馬達通常是根據(jù)馬達的扭矩、轉(zhuǎn)速、安裝尺寸和液壓系統(tǒng)的最大工作壓力等參數(shù)決定。由于海水泵液壓馬達在系統(tǒng)中屬于執(zhí)行元件，因此往往是帶負載啟動，即在負載扭矩最大狀態(tài)下啟動，而船舶機械大多是大功率負載，如果海水泵液壓馬達沒有足夠大的啟動力矩是無法正常工作的。為了縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)工作可靠度，海水泵液壓馬達經(jīng)常與低速工作機構(gòu)直接連接，因此船用海水泵液壓馬達要求具有大的啟動扭矩、很寬的速度范圍和良好的低速穩(wěn)定性。

海水泵液壓馬達的輸出扭矩為：

式中：p-海水泵液壓馬達的工作壓力，MPa，

q-海水泵液壓馬達每轉(zhuǎn)排量，L/r，

ηw-海水泵液壓馬達的機械效率。

由上式可知，海水泵液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與其排量和壓力成正比。因此提高工作壓力或增大排量是海水泵液壓馬達獲得大輸出轉(zhuǎn)矩的最簡捷方法。但是提高工作壓力，將對海水泵液壓馬達乃至整個液壓系統(tǒng)的密封要求更加嚴格。否則，由于泄漏量增加，將導(dǎo)致馬達容積效率降低，輸出轉(zhuǎn)矩變小，并且還將加劇整個液壓系統(tǒng)發(fā)熱，影響輔件的壽命，最終導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降。因此，對于一個船舶液壓傳動設(shè)備的維修，選用國產(chǎn)的液壓元件，首先要根據(jù)原液壓系統(tǒng)的最高工作壓力來確定選用的海水泵液壓馬達的工作壓力,其次是根據(jù)速度的需求，選擇能夠與原系統(tǒng)液壓泵相匹配的每轉(zhuǎn)工作排量來確定馬達的工作流量,最后根據(jù)安裝環(huán)境，確定選用海水泵液壓馬達的幾何尺寸,以方便安裝?？紤]到船舶液壓系統(tǒng)的惡劣工作環(huán)境，為滿足船舶機械的負載特點和工作要求，并且保證系統(tǒng)有較高的可靠度，船舶液壓系統(tǒng)一般均選擇增大馬達排量的方法以實現(xiàn)海水泵液壓馬達的大輸出扭矩。海水泵液壓馬達增大排量時，輸出扭矩成正比提高，其轉(zhuǎn)速則成反比下降。

海水泵液壓馬達的轉(zhuǎn)速為：

式中：Q-海水泵液壓馬達的輸入流量，m3/s，

q-海水泵液壓馬達的排量，L/r,

ηv-海水泵液壓馬達的容積效率（海水泵液壓馬達的總效率為η=ηw·ηm）。

顯然，采用增大排量的方法來提高海水泵液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩，則該類馬達的轉(zhuǎn)速必然較低，亦即船用海水泵液壓馬達多為低速大扭矩海水泵液壓馬達。低速海水泵液壓馬達與高速馬達相比，雖然體積和重量較大，但可靠性較高，壽命較長。因此它對換向、調(diào)速靈敏度要求不高，而對輸入轉(zhuǎn)矩的要求較高，故對工作環(huán)境惡劣的船舶機械是較適宜的。此外，由于馬達轉(zhuǎn)速低，低速工作機構(gòu)可與海水泵液壓馬達直接連接，使整個傳動機構(gòu)體積縮小、重量減輕。

4 結(jié)束語

船舶液壓傳動系統(tǒng)的液壓元件發(fā)生損壞后，選用國產(chǎn)的液壓元件進行維修，不僅降低了船舶液壓設(shè)備的維修成本，而且使國產(chǎn)液壓元件在實際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，為民族工業(yè)的發(fā)展積累經(jīng)驗。特別是海水泵液壓馬達，是代表液壓工業(yè)的整體水平的重要元件，它的廣泛應(yīng)用，為國產(chǎn)液壓元件打入國際市場開辟了一條新路。

[1]那成烈，陳寧，那焱青.功率匹配軸向柱塞泵的動態(tài)仿真研究[J].甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000,26(24)：54-59.

[2]李生華，金元生.以機器狀態(tài)監(jiān)測為目的的油液分析原理[J].設(shè)備管理與維修，1999，(6)