盾构机主驱动泵在线损坏引发诱因及后果

一，国内某台海瑞克盾构机再制造时，把3台德国力士乐A4VG、排量750cm/r主驱动泵轻率送到一家维修厂进行维护性维修。盾构施工后，维修后的泵在线只使用70多小时后，3台泵中的一台泵发生异响及震动，维修人员立即停机后向施工领导汇报，施工的领导下到隧道内要求把泵电机再次起动。

严重的错误是这位领导要求再试一下推进。领导发话了，不管对错下面的人员都要执行，当另外的二台泵压力上升后发出更大的异响声音后，这位领导才叫停机，领导向上级领导汇报，上级领导也再次犯了同样的错误后，泵已发生液压故障问题。又起动了两次，加剧了泵的损坏。这才决定把一台泵从机架上拆卸运到隧道外，在工地上把泵分解，见图1~4。

泵分解后，我看到泵回转体零件粉碎到这程度时，我向盾构主管领导提醒说：盾构机主驱动泵是3台泵壳体泄油管合流同用一条管路，3台推进泵中只要有一台泵零件粉碎性损坏，那么坏的泵零件碎屑就会顺壳体泄油管路冲刷进入到另外的2台泵中，我看到这位领导半信半疑地很不情愿再次从机架上拆卸主驱动泵，也只能提出下策说：那么就叫人下去把另一台主驱动泵的变量活塞边盖打开看一下，维修人员打开我所说的泵变量活塞边盖后，维修工人上到地面上向领导说：看到全是铜碎屑，见图5。

领导再次下到隧道内，当他见到这泵的实际情况后，决定把余下的2台主驱动泵都拆解。这2台泵分解后，内部零件损坏也很严重，滑靴基本上都磨平了，泵壳内的碎屑也是很多的，但泵内有一部份零件还是可以使用的。

领导询问我：泵的碎屑还能跑到什么其他地方，我指出9台刀盘旋转液压马达，过滤器，油箱，管路都有可能受到影响。领导决定拆卸一台马达，果然从马达壳体内找出已损坏推进泵的断裂螺栓及较大块滑靴的铜屑，马达的轴承上都有部分铜屑。把油箱的油液放光后，油箱底部是一层很厚的铜屑。

领导问我可否能找出主驱动泵损坏原因，我观察柱塞及损坏的零件后，回复说：泵维修时所更换的零件之一柱塞是国产件，因制造工艺及材料处理手段低劣，使用性能达不到要求，是柱塞胀径后吃掉了配合间隙，柱塞与缸孔铜套这二金属发生接触性摩檫产生高温后，柱塞缸孔中无润滑油膜状态下往复运动中把原泵的缸体铜套从基孔中拉拔出来，使柱塞失去导向支承，滑靴失掉油膜后磨损导致滑靴粉碎，滑靴的粉碎破坏了泵所有的内部零件支承与固定结构，最终结果是泵体旋转体破碎。

判断依据是从另外2台泵中的滑靴表面上观察到有机械加工时车刀车削留下的花纹。因为德国力士乐的这种重载荷泵的柱塞上的滑靴是模具模锻的，在滑靴蓄油池平面上可见到模具模锻后表面是粗糙面，而国产的滑靴是机床车加工的，有车刀的加工刀痕，滑靴的空槽是铣刀加工的，两者对比后是有很大的不同，见图6。

观察损坏的柱塞表面，在柱塞杆径表面上清晰可见有膨胀后摩擦产生高温后的磨痕，见图7、8两图。

二，这台内部零件呈现为粉碎性的柱塞泵，损坏原因诱因为：

柱塞体的设计及材料选择，机械加工方法，热处理方法等一系列过程中，没有掌握柱塞在压力场瞬态交变冲击对金属材料塑性变形理论基础，没有掌握柱塞泵中所特有的柱塞与缸孔摩擦副摩擦学原理，没有自己的核心技术 只是测绘外形尺寸，照虎画猫，其后果是仿制柱塞中空孔径反复的瞬间受到很大的冲击载荷后又瞬间卸载，瞬时压力场突变导致柱塞体：一是压力的作用下膨胀后吃掉原有的与缸孔间的配合间隙；二是胀径的柱塞在无配合间隙下加剧与缸套的往复摩擦过程中产生高温，变径的柱塞涨死在缸孔中时，回程盘拉拔滑靴把缸孔中的铜套提拉出来，铜套退出缸孔后，柱塞在缸孔中的往复运动轨迹发生偏离移位，导致滑靴与定间隙保护装置发生碰撞，其后果是柱塞泵壳体内部的旋转体部件发生粉碎性损坏。

关于柱塞涨径问题，无论是国产的柱塞还是欧美的国家生产的柱塞都有发生这种现象很普遍现象，只是国外的柱塞金属在压力场冲击作用下，金属的延伸率低，在可控范围内，滑靴在油膜压力场作用下也产生均匀凸起弹性形变。

国外的柱塞蠕变过程上，随着时间的延长而蠕变减小，不在继续发生，进入到稳定期。

蠕变分成三个阶段：

第一阶段为减速蠕变阶段，这一阶段柱塞刚开始使用时的蠕变速率很大，随着时间的延长蠕变速率逐渐减小，蠕变速率达到最小值。

第二阶段为恒速蠕变、稳态蠕变阶段，这一阶段的特点是柱塞体金属的蠕变速率几乎保持不变，柱塞外径中段的微涨径尺寸即使在压力场冲击下也相对稳定不发生变化，。

第三阶段为蠕变伸长率期阶段，随着柱塞使用时间达到或超越临界期，这一阶段柱塞金属材料进入到疲劳期，金属晶体间发生松弛失去稳定性，蠕变速率由小变大，随着时间的延长蠕变速率逐渐增大，蠕变速率值会超出塑性变形最高值，存在柱塞泵彻底的失效风险（见图9）。

还有特殊瞬间超载造成柱塞体金属材料产生爆裂（见图10）

三，A6V斜轴液压马达锥体柱塞，A7V斜轴液压变量泵锥体柱塞杆体受压膨胀后，柱塞杆体胀径最高点与缸孔壁面发生接触性摩擦，在柱塞上的磨痕越宽，说明胀径越严重，见图12。

四，测量。作者本人测量大量的世界各国的柱塞，柱塞胀径是普遍现象，欧美液压技术发达国家的高压柱塞泵中所使用的柱塞胀径是在可控范围内，但轻型柱塞泵使用在中、高段的柱塞胀径也很严重。日本、韩国的柱塞胀径比欧美国家的胀径范围要大些，下图是测量德国的柱塞胀径变化尺寸。

五，静态蠕变试验。作者本人自制柱塞胀径实测台，因条件及资金问题，实测台没有电子检测装置及记录装置，只是使用精度高的机械千分表与手压泵测量柱塞在各压力段的胀径尺寸变化，因手压泵是缓慢的压力上升，不能模拟柱塞泵的瞬间冲击压力及脉动冲击压力对柱塞孔径的压强变化，只是实测到柱塞受压膨胀实测数值，令我吃惊的是：当看到柱塞孔径内的压力达到176bar时，柱塞就开始呈现膨胀现象。用手压泵实测柱塞膨胀还有另外的益处就是压力可以任意超载测试，不会后患。有关柱塞胀径的细节问题，对于造成柱塞泵使用寿命的下降隐患，由于我个人的能力有限，可能还有很多的问题我没能谈清楚，但希望业内人士在此问题上共同探讨。