李明月，張 浩，許 巍，侯曉偉，洪天龍，王天舟

（中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司，天津 300452）

0 引言

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力源，也稱動力元件，能將原動機（電動機、內燃機等）輸入的機械能轉化為液壓能，用以驅動液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件[1]。液壓馬達是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，能將輸入的液壓能轉化為機械能輸出，液壓馬達的輸出是連續(xù)的回轉運動。在液壓傳動系統(tǒng)中使用的液壓泵均為容積式液壓泵，按結構可分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵（包括軸向柱塞泵和徑向柱塞泵）。容積式液壓泵（泵每轉輸出的液體量）是由其工作腔的可變容積決定的，與泵輸出的壓力大小無關，壓力僅通過泄漏量影響其流量。液壓泵所能輸出的最大壓力，取決于其工作腔的密封性能、結構特點及構成零件的強度。在實際工作中，液壓泵輸出的壓力取決于外界的載荷（也即系統(tǒng)中的阻力）。在液壓傳動中所用的馬達也都是容積式元件，液壓馬達也有定量式和變量式之分[2]。

液壓馬達在結構和分類上基本和液壓泵相同，因此，大多數(shù)液壓泵，在理論上都可以用作液壓馬達。本文以液壓泵為例，分析便攜式液壓泵及馬達檢測裝置的可行性。該檢測裝置能測量流量和壓力，通過與標準值的對比來確定液壓泵及馬達是否出現(xiàn)故障、是否需要進行維修。

1 液壓泵主要性能參數(shù)

1.1 排量

排量指泵軸轉一周排出的液體體積，理論上泵的排量只取決于其工作機構的幾何尺寸。液壓泵有定排量泵與變排量泵2種，簡稱定量泵與變量泵。前者排量恒定，后者排量可變(通過變量機構實現(xiàn))[3]。

1.2 理論流量和實際流量

泵的理論流量Q0是指在不考慮泄漏及液體壓縮性的情況下，單位時間（1 min）內輸出的液體體積。其等于泵的排量與單位時間轉速n的乘積，即：

Q0=qn

液壓泵在將機械能轉變?yōu)橐簤耗軙r，會有一定的能量損失。例如，機械運動副之間的摩擦引起的機械損失；泵的泄露造成的流量損失等。泵的實際流量Q要小于理論流量Q0。

1.3 容積效率、機械效率與總效率

液壓泵的容積效率ηv等于實際流量和理論流量的比值，即：

式中：ΔQ為泵的泄漏量。

由于存在機械損耗，泵的輸入功率Nλ（即電機或發(fā)動機的驅動功率）必然大于泵的理論輸出功率N0，其機械效率ηm為：

式中：Mλ為輸入泵的實際轉矩；M0為泵的理論轉矩。

根據(jù)液壓泵每轉的機械功應等于液壓泵每轉輸出的液壓功的原理MOω=pQ可得：

式中： p為泵的工作壓力[3]。

液壓泵的總效率η為：

1.4 工作壓力、額定壓力與最高壓力

液壓泵的工作壓力是指泵工作時輸出油液的壓力，只與負載（包括外負載、管路阻力、各控制閥的壓力損失等）大小有關。負載大，工作壓力高；負載小，工作壓力低。即工作壓力是由負載決定的實際運行壓力。

液壓泵的額定壓力是指泵連續(xù)運行允許達到的最大工作壓力。其受本身零件結構強度和泄漏所限制。

液壓泵的最高壓力是指按試驗標準規(guī)定的超過額定壓力的短暫運行工作壓力。

2 常見故障分析

軸向柱塞泵在海上平臺吊機應用廣泛，柱塞泵的故障頻發(fā)，嚴重影響海上平臺吊機的正常使用，常見的故障形式如下。

2.1 輸出流量不夠

（1）吸油管接頭不緊、密封不嚴及焊接處未焊牢。這樣難以在泵內形成必要的真空度，泵內吸油腔與外界大氣壓接近相等，無法將壓力油壓入泵內。

（2）柱塞泵的定心彈簧折斷，使柱塞泵回程不夠或不能回程，導致缸體和配油盤之間失去頂緊力而不能頂緊，存在間隙而喪失密封性能。

（3）緊固螺絲未擰緊，缸體徑向力引起缸體扭斜，在缸體與配油盤之間產(chǎn)生間隙，造成內泄漏增大。

（4）柱塞與缸體孔之間的滑動配合面磨損或拉傷，使柱塞與缸體孔之間的配合間隙增大，造成壓力油通過此間隙進入內體內空腔，造成內泄漏增大[4]。

2.2 壓力低

（1）電機或發(fā)動機的轉速低，導致泵輸出流量小，不能克服負載流量的需要，影響負載壓力的提高。

（2）液壓系統(tǒng)其他元件的故障，如閥塊未調整好、閥芯卡死、壓力表及壓力表開關等故障。

（3）變量斜盤傾角過小，使輸出壓力及流量小。

2.3 泵噪聲大、壓力波動大

（1）泵密封不良。密封不良使泵吸入空氣，造成噪聲大、壓力波動大。

（2）活塞運動不靈敏。如果是偶然性的，大多是因為油液中含有細小雜物顆粒，造成活塞卡滯；如果是經(jīng)常性的，則可能是配合件磨損或拉傷。

（3）氣穴現(xiàn)象。

3 裝置特點

常見的液壓泵故障，僅通過目測或簡單測量就能判斷具體的故障原因，但配合件的磨損或拉傷不能直接判斷，需進行拆解或使用專用工具進行測量。大部分配合件的磨損或拉傷現(xiàn)象都會導致內泄漏增大，進而引起噪聲增大和壓力波動[5]。因此，通過測量內泄漏量的變化能判斷液壓泵是否出現(xiàn)故障。該便攜式檢測裝置有如下特點。

（1）針對性強。裝置的設計以適應海上平臺吊機的工況為基礎。海上平臺吊機液壓系統(tǒng)中僅安裝壓力表，沒有流量測量元件，針對這一現(xiàn)象，該裝置配有壓力傳感器及流量傳感器，將傳感器接入系統(tǒng)中采集信號并通過分析、處理，直接顯示在裝置的顯示屏上，能直接讀取數(shù)據(jù)[6]。

（2）便攜式。該裝置由內含顯示屏、PLC、電源、斷路器、AI模塊的電氣箱及傳感器組成，同時根據(jù)不同吊機的不同規(guī)格液壓管線，設計不同的變徑接頭，能將傳感器直接接入系統(tǒng)中而不影響吊機的正常使用。各個部件小型化，實現(xiàn)便攜式。

（3）通用性強。由于配備多種不同規(guī)格的變徑接頭，該裝置能接入大部分吊機液壓系統(tǒng)中，基本能實現(xiàn)渤海地區(qū)海上平臺吊機壓力及流量的測量。

（4）故障報警。該裝置PLC中寫入常見液壓泵、馬達的壓力流量匹配關系及允許內泄漏量。測量時，如果裝置判斷內泄漏量過大，顯示屏會出現(xiàn)報警信號，提示維修人員測量的液壓泵、馬達可能出現(xiàn)故障，需進一步進行拆檢維修[7]。

4 結束語

海上平臺吊機是海上平臺的一類特種設備，其性能的好壞直接影響平臺的生產(chǎn)及生活。該裝置適應海上平臺吊機的工況，雖然測量數(shù)據(jù)及功能有限，但原理可行[8]。后續(xù)可通過實際應用及優(yōu)化升級，在保證可靠性的情況下，增加其他功能，從而實現(xiàn)對海上平臺吊機液壓泵及馬達的預防性拆檢維護保養(yǎng)工作，保證海上平臺吊機的本質安全。