胡文進(jìn)

（丹佛斯動(dòng)力系統(tǒng)貿(mào)易上海有限公司，上海 200131）

1 S45泵介紹

丹佛斯S45系列開式柱塞泵可以將輸入扭矩轉(zhuǎn)換成液壓能，其旋轉(zhuǎn)力距通過輸入軸傳到缸體[1]。輸入軸由泵前端和后端的錐形滾子軸承支撐，并采用花鍵連接方式與缸體連接。它的內(nèi)部剖視圖如圖1所示。泵前面的唇形軸封用來包裹伸出殼體的輸入軸以防止泄漏。旋轉(zhuǎn)缸體包含9個(gè)往復(fù)式柱塞，每個(gè)柱塞都有一個(gè)由球形接頭連接在其一端的銅質(zhì)滑靴?；ケ换爻瘫P和缸體內(nèi)彈簧壓在斜盤上，同時(shí)缸體內(nèi)彈簧也將缸體壓至配油盤上。在旋轉(zhuǎn)過程中，滑靴貼緊傾斜的斜盤滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。缸體的一半?yún)^(qū)域通過配油盤連接至泵吸油口，另一半連接至泵出油口。每個(gè)柱塞均在柱塞腔內(nèi)做進(jìn)出往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成油液的吸入與排出以及能量轉(zhuǎn)換[2]。少量的油液會(huì)從缸體、配油盤、滑靴以及斜盤接觸面處滲出，用于潤(rùn)滑和冷卻。殼體泄油口將這些泄漏的油液導(dǎo)回至油箱，通過斜盤角度控制進(jìn)入系統(tǒng)中的油液流量。偏置活塞和偏置彈簧使得斜盤維持在初始位置上。當(dāng)伺服活塞內(nèi)控制壓力上升至足以克服側(cè)偏置活塞和偏置彈簧的作用力時(shí)，伺服活塞推動(dòng)變量斜盤運(yùn)動(dòng)，促使S45泵排量減小至某個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)。

圖1 S45泵內(nèi)部剖視圖

2 S45泵工作原理介紹

2.1 PC控制

PC控制通過調(diào)節(jié)泵的輸出流量來維持液壓回路中的壓力穩(wěn)定。PC設(shè)定值由調(diào)節(jié)螺堵和彈簧預(yù)先設(shè)定，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PC控制結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)作用在PC閥芯的非彈簧端的系統(tǒng)壓力超過PC彈簧的彈力時(shí)，液壓油將經(jīng)過閥芯進(jìn)入伺服活塞腔，使斜盤擺角變小。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于PC設(shè)定值時(shí)，PC彈簧將閥芯推至右位工作。這時(shí)伺服活塞腔的壓力油與泵殼體相通，斜盤擺角增大[3]。因此，斜盤擺角可保持系統(tǒng)壓力為PC設(shè)定值時(shí)所需的角度。

2.2 LS控制

LS控制可以使泵的流量輸出與系統(tǒng)需求相匹配[4]。LS控制通過外部控制閥（Ethernet Virtual Connection，ECV）的壓降感應(yīng)系統(tǒng)的流量需求。ECV開啟時(shí)，壓降減?。婚]合時(shí)，壓降增大。LS控制可以增大或減少泵的流量，直至壓降等于LS設(shè)定值。LS設(shè)定值由調(diào)節(jié)螺堵和彈簧預(yù)先設(shè)定。

LS控制包含兩個(gè)滑閥，可將伺服活塞腔與泵殼體或系統(tǒng)壓力相連通[5]。如前文所述，PC閥芯實(shí)現(xiàn)該控制的壓力補(bǔ)償功能，LS閥芯實(shí)現(xiàn)負(fù)載敏感功能。PC控制功能優(yōu)先于LS控制功能。LS控制液壓原理圖，如圖3所示。

圖3 LS控制液壓原理圖

由圖3可以看出，系統(tǒng)壓力（外部控制閥進(jìn)油口壓力）通過內(nèi)部油道被引至LS閥芯非彈簧腔一側(cè)，同時(shí)通過X口將外部控制閥出口壓力引至LS閥芯彈簧腔一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)使得LS閥芯在彈簧設(shè)定值、系統(tǒng)壓力和LS信號(hào)壓力的壓差之間進(jìn)行移動(dòng)調(diào)節(jié)，最終使得兩端壓差等于LS設(shè)定值[6]。斜盤預(yù)先被偏置彈簧頂至最大擺角，泵為液壓系統(tǒng)提供最大流量，因此當(dāng)流量供給超出需求時(shí)，ECV兩端形成的壓差足以克服LS彈簧力，LS閥芯會(huì)移至左位，使得系統(tǒng)壓力與伺服活塞腔相連通，此時(shí)泵得到減少流量輸出信號(hào)，直到通過ECV的壓差等于LS設(shè)定值。當(dāng)流量供給低于需求時(shí)，通過ECV兩端形成的壓差小于LS設(shè)定值，LS閥芯移至右位，使得伺服活塞腔與泵殼體相連通，此時(shí)泵得到增加流量輸出信號(hào)，直到通過ECV的壓差等于LS設(shè)定值。

當(dāng)ECV處于中位時(shí)，LS信號(hào)管路連接至泄油口，泵處于待命模式。在LS閥芯的非彈簧端沒有作用力的情況下，泵可自行調(diào)節(jié)至任意位置，以維持系統(tǒng)壓力恒定。

LS和PC閥芯的串聯(lián)布局，會(huì)使PC控制優(yōu)先于LS控制。只要系統(tǒng)壓力達(dá)到PC設(shè)定值，PC閥芯將移動(dòng)至阻擋LS閥芯和伺服活塞腔的連通位置，使得伺服活塞腔與系統(tǒng)壓力互相連通，從而實(shí)現(xiàn)泵排量變至最小。

3 S45泵主要零件失效

S45泵包括缸體、柱塞、滑靴、回程盤和球鉸等元件。這些元件是S45泵中最重要的組件，若使用不當(dāng)，會(huì)降低轉(zhuǎn)子壽命。影響轉(zhuǎn)子壽命的主要因素有系統(tǒng)壓力、殼體壓力、吸油壓力、轉(zhuǎn)速和油液清潔度等。轉(zhuǎn)子失效會(huì)受到其中一種或幾種原因疊加的影響。對(duì)于失效的具體原因，需要根據(jù)失效情況進(jìn)行具體分析。

3.1 殼體壓力和吸油壓力差較大

對(duì)于柱塞泵，殼體壓力和吸油壓力差值要不大于0.05 MPa，最大間歇冷啟動(dòng)要不大于0.2 MPa?；爻瘫P的作用是當(dāng)柱塞處于吸油區(qū)時(shí)，通過滑靴帶動(dòng)柱塞向外運(yùn)動(dòng)，將柱塞從柱塞腔中拉出，從而完成自吸油的動(dòng)作。回程盤作用力的大小與吸油壓力差成正比，當(dāng)壓力差變大時(shí)，回程盤作用在滑靴上的力隨之增大，從而加劇滑靴和回程盤之間的摩擦，造成回程盤孔周邊磨損。在一定的轉(zhuǎn)速下，此作用力過大會(huì)加劇滑靴的傾斜，傾斜后的滑靴邊緣銳邊會(huì)急劇磨損。

3.2 油液污染

油液污染是絕大部分液壓系統(tǒng)的失效原因。柱塞泵對(duì)油液污染更敏感，污染的油液小顆粒會(huì)進(jìn)入摩擦副中，如柱塞和缸體孔之間，在柱塞和缸體孔之間高速運(yùn)動(dòng)。小顆粒在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)磨損柱塞和缸體孔的表面，從而造成先期的磨粒磨損。當(dāng)柱塞表面被磨損到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致柱塞和缸體孔之間的潤(rùn)滑情況惡化，造成柱塞和缸體孔之間干摩擦形成粘著磨損。發(fā)生粘著磨損時(shí)，柱塞運(yùn)動(dòng)受阻或者無法運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，作用在回程盤上的力會(huì)急劇增大，高頻的作用力會(huì)使回程盤疲勞失效，導(dǎo)致回程盤開裂甚至斷裂。

滑靴和柱塞之間僅通過球鉸連接，兩者之間有一個(gè)拔脫力。當(dāng)柱塞粘著在缸體孔內(nèi)時(shí)，柱塞和滑靴將會(huì)被拔脫。缸體孔工作腔通過柱塞孔和滑靴的阻尼小孔，把高壓油引入滑靴底部。為了保持滑靴的液壓平衡，必須保證阻尼小孔暢通。若污染的油液將阻尼小孔堵塞，滑靴的靜壓平衡會(huì)遭到破壞，從而導(dǎo)致滑靴和斜盤之間的接觸力急劇增大，造成滑靴和斜盤間的干摩擦而損壞設(shè)備。

除此之外，油液含水也可能導(dǎo)致零件刮傷。此種故障是液壓油內(nèi)含有水分或其他液體污染物所致。水或者其他液體污染物與油液中的添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變了油液化學(xué)成分。這些化學(xué)物作用于金屬表面，會(huì)產(chǎn)生蝕刻效應(yīng)。發(fā)生蝕刻效應(yīng)的金屬表面將形成高壓力泄露油道，導(dǎo)致元件失效。

3.3 吸油壓力不足

S45泵是通過自吸完成從油箱中吸入油液的動(dòng)作，所以吸油口的壓力對(duì)泵的運(yùn)行效率有很大影響。S45泵吸油口要求不低于0.08 MPa的絕對(duì)壓強(qiáng)。吸油管路的油液包括靜態(tài)液壓能和動(dòng)能兩部分，且兩部分相互轉(zhuǎn)化，保持守恒。油液在吸油管路中的流速低于被吸入柱塞腔時(shí)的流速，即油液進(jìn)入柱塞腔時(shí)的動(dòng)能大于管路中的動(dòng)能，從而使得進(jìn)入柱塞腔的靜態(tài)液壓能小于管路中的靜態(tài)液壓能。當(dāng)進(jìn)入柱塞腔的靜態(tài)液壓能小于空氣析出的壓強(qiáng)時(shí)，空氣將會(huì)析出膨脹。因此，吸油管路中的壓強(qiáng)較低時(shí)，容易造成空氣的析出。在配流盤表面析出的氣泡爆裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲和高溫，從而對(duì)配流盤表面產(chǎn)生腐蝕，造成配流盤的氣蝕現(xiàn)象。

3.4 轉(zhuǎn)速過高

轉(zhuǎn)速過高會(huì)造成吸油壓力的不足，從而造成吸空及配流盤氣蝕的失效模式。轉(zhuǎn)速過高時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生較高的離心力，使轉(zhuǎn)子相對(duì)于配流盤發(fā)生傾斜，降低了泵的容積效率。同時(shí)，轉(zhuǎn)速過高會(huì)造成滑靴的離心力增加，從而使得滑靴產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致邊緣的磨損，破壞靜壓平衡支撐。轉(zhuǎn)速過高也會(huì)造成柱塞和缸體孔壁之間的作用力增大，從而使油膜潤(rùn)滑狀況惡化引發(fā)粘著磨損，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的失效。

3.5 油液溫度過高

溫度過高會(huì)導(dǎo)致非金屬元件的失效，如滑動(dòng)軸承涂層、O型圈及主軸油封等?；瑒?dòng)軸承表面是聚合材料涂層，過高的溫度會(huì)導(dǎo)致涂層融化失效。此外，溫度過高會(huì)降低油液粘度，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)元件之間的潤(rùn)滑不足。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面之間，如果缺少油液會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)油膜支撐失效或油膜喪失，使元件金屬表面直接接觸，引起摩擦副粘著磨損。

4 結(jié)語

S45泵的失效原因很多，在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析失效原因，以便采取相應(yīng)的措施。同時(shí)，在S45泵的使用過程中，要定期對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)，以便延長(zhǎng)泵的使用壽命。