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斜盘式柱塞泵中的“柱塞组件”是柱塞杆体前端带有球头,而铜材质的滑靴有球窝,二者采用机械加工铰接方法组成的球铰副,标准间隙为:0.008~0.016mm。最大续用值是0.3mm。力士乐早期的柱泵维修手册可见到此标准,现在日本川崎柱塞泵维修手册上注明:柱塞球头与滑靴球窝二者间隙如大于0.3mm时就需要更换新。

柱塞球头与滑靴球窝间隙量超出0.3mm时,如果不更换新柱塞会造成什么样的后果?理论上泵的排量会有所减少。例如间隙量为0.3mm时,泵最大排量会减少2.5%。但实际上在柱塞泵在维修时,从分解的泵中,许多柱塞泵球头与滑靴球窝的间隙量远远的大于0.3mm。这不仅仅带来泵的流量损失,还会出现一系列的后患。
1,斜盘挤压滑靴与柱塞在缸孔中下行程时压迫压油液时,所压迫的部分油液会从柱塞球头与滑靴之间的鏠隙中溢出,造成滑靴静压油膜厚度减小,滑靴与斜盘间产生接触摩擦磨损,促使泵的使用寿命下降。
2,随着滑靴与柱塞球头间隙的增大,泵流量脉动值跟随变化增大。
3,泵内泄量增大,壳体压力增高,油液温度增高,噪音增大。
4,对液压系统中的执行元件供油量有所减小,使动作变慢。
5,随着泵在线使用时间的累加,会加速增大滑靴与柱塞球头间隙,最终会演变到脱靴。
6,柱塞泵的总效率跟随间隙量的增大下降。
斜盘式柱塞泵的柱塞吸油过程是回程盘提拉滑靴,滑靴再提拉柱塞本体,在应用过程中,出现柱塞球头与滑靴铰接处拉拨出现间隙这一问题,也是困扰各国柱塞泵生产厂商所面临的现实问题,也是滑靴材料的刚度与磨擦系数二者间往往是矛盾的,而且是不可调和的,为了解决这一问题,世界各国的液压科学家都在绞尽脑汁想尽一切方法解决这一问题,出现石墨稀涂层滑靴、出现滑靴支承环表面进行微坑处理滑靴、出现双金属滑靴、出现全钢质滑靴、出现倒包柱塞(林德泵倒包柱塞)、出现3D打印超强金属形成蜂巢式网格支架(3D打印海绵式微孔结构)再向微孔中熔渗摩擦系数特佳软质铜材的新材料、新科技的高强度滑靴、等种类繁多的各式滑靴。
燕山大学的液压老师所搞的开式液压系统中所应用的柱塞泵采用闭式供压力油方法,法国丹尼逊公司最为干脆,直接改进泵壳体,加大吸油口径及内部渐变流道,二者所作的目的是:加大水头压力,提高S管道绝对压力,增加柱塞底部供油压力,由压力油来推动柱塞回程,消除柱塞自吸油液负压,减轻回程盘拉拨滑靴带动柱塞回程力,目的是要消除柱塞球头与滑靴球窝产生间隙因素。下面的图片是柱塞-滑靴间产生间隙,滑靴敲击斜盘摩擦表面所留下的痕迹:


笔者给大家解析滑靴是怎么敲击斜盘表面、在斜盘摩擦面上留下的撞痕过程:
滑靴与柱塞间如有一定的游隙量时,当某一只柱塞在缸孔中压迫油液到达下止点时,此时刻的缸孔中的闭死容积腔内残存部分高压油液被封闭在缸孔中,这个封存高压油液的缸孔在要旋转进入到配流盘吸油窗口前,旋转经过配流盘上的释压孔时,向孔中释放掉缸孔中所封存的高压油液,缸孔密闭腔的油液从有压转变到无压状态再旋入到配流窗口边缘,将要开启柱塞向上行程的吸油过程,回程盘提拉滑靴向上运动回程盘提拔滑靴时,滑靴是向上运动而柱塞并没有跟随,因为滑靴与柱塞球头的间隙量是在贴紧状态到分离状态,滑靴向上运动拉拨行程越过间隙量后才再拉拨柱塞球头带动柱塞本体向上运动,当缸孔中的柱塞急速向上运动抽吸油液,缸孔容积腔肚大口小,油液没能及时补充跟入,使缸体配流腰形窗口内形成负压,对柱塞柱体产生倒拨拉力,对滑靴再一次产生拉拨力,使滑靴与柱塞球头处于最大的间隙状态。
当回程盘拉拨滑靴使柱塞运动到达上止点后,缸体柱塞腔内吸满无压油液,当缸体腰形配流窗口旋转进入到配流盘高压窗口R圆前置的三角形冲液沟槽时,配流盘高压区内高压油液通过三角沟槽,瞬间冲入缸体柱塞腔内,使缸体柱塞腔内的压力由低压瞬间转变到与配流盘高压窗口内的压力值一致的压力,就是这个瞬间冲入缸体的这股压力油液撞击到柱塞体上,受到瞬间压力驱动的柱塞体向上突动,球头越过间隙区域,柱塞球头撞击滑靴,使斜盘表面留下敲击痕迹。
上述过程不断循环,对球窝造成累计疲劳损失,软质球窝变形,间隙和泄漏不断增大。滑靴提拉柱塞和滑靴压迫柱塞各一次的抵消间隙,缩短了柱塞行程,使泵的排量减少,当此间隙达1mm时,泵的排量会减少8.3%,当此间隙达2mm时,泵的排量会减少16.6%。8.3%,16.6%应该不能一概而论,要看柱塞行程多少,行程不同,比例也不同。
斜盘摩擦表面图片有右、左两处撞痕,这是斜盘阶跃前与阶跃后,斜盘在最小角度与最大角度的撞痕。
在不拆解柱塞泵,怎样在线差别柱塞与滑靴是否产生间隙量?有几种判定方法如下:
1,使用压力传感器检测柱塞泵排口压力值曲线,正常泵的压力曲线是一条平稳的直线,如果柱塞与滑靴产生间隙后再用传感器检测压力曲线时,曲线会呈现出刀刃崩口状钜齿形曲线。
2,用人体自有感知功能来检测方法:①用螺丝刀触到泵壳体上后用耳去听,会听到有哒哒哒的规律声音。②用手去握住泵排口胶管,泵在低压大流量段,会感到胶管微抖有麻手的感觉。
3,用秒表测量执行元件的动作速度,计算的理论速度结果与实际测量速度的结果检测对比。
在液压系统使用中的柱塞泵采用什么方法来避免或减轻滑靴球窝与柱塞球头产生间隙:
① 提升液位,油液以倒灌形式进入泵吸油管道。
② 加大油箱液体流出口径及配相应口径的碟阀,最大限度的提高水头压力。
③ 油箱与泵的距离越短越好,最大的距离不大于0.8米,不准再现2个以上的弯管。
④ 泵吸油管道要大于泵壳体上的S口直径1.2~1.5倍以上。
⑤ 液压系统中的多泵不准共用一根吸油管道,除非你有特别的方法来保证每一台泵在最大的排油状态时,吸油口在绝对压力1.0bar以上。

