盾构机液压柱塞泵损坏原因解析

一台某进口品牌盾构机，新机投入使用掘进到119环时，驱动刀盘旋转的三台进口的液压柱塞泵中的1#泵发出异响，初步判断可能是液压柱塞泵胆件损坏，用户在线旋下泵壳体上的冲洗口堵头，从壳内流出的油液中明显看到铜屑，判定泵已损坏，只好把泵从台车上拆下。解体泵后，看到柱塞滑靴已磨损严重，泵胆件都已破碎。

清空液压油箱内的油液，打开油箱窗口，看到油箱底面全部是铜屑，在如此情况下，又拆下，2#泵、3#泵，在这二台泵壳中都有1#泵破碎后的铜屑，再拆下推进泵、注浆泵、螺旋泵、补油泵、冷却泵等全液压系统中的液压泵全部进行解体后，看到每台泵壳体内都有铜屑现象，非常惊奇的是损坏的1#泵胆件的M8断螺栓竟然跑到推进泵壳体，造成推进泵变量机构损伤。补油泵、冷却泵壳体内还有较大的铜块。泵清理及清洗后，发现，2#泵、3#泵的柱塞滑靴摩擦面发生磨损，缸孔铜套划伤。

为了查找1#泵损坏原因，承修方对此泵破损的零件进行了细致排查，观察发现9只柱塞的滑靴全部脱落露出球头，但有一只柱塞的球头比别的球头磨损严重，只剩余半个球面（见图1），针对这只柱塞为什么比别的柱塞损伤严重进行分析和重点检测，结果在这只柱塞孔内的节流孔中发现有图2上的堵塞物。这个堵塞物是橡胶O形圈的一段。

图1

图2

承修方得出结论是：橡胶质堵塞物堵塞柱塞球头进油孔，使滑靴与斜盘间失去静压油膜平衡，滑靴与斜盘两金属在无油膜状态下产生摩擦磨损。

柱塞泵在正常的工作状态下，滑靴与斜盘间的相对滑动时，两金属间并没有发生接触，而是有静压油膜支承，即阻尼管型静压支承滑靴原理。

柱塞在缸体孔中压排油过程中，柱塞腔内的油压力p就是泵的输出压力，油压p对柱塞产生一个反推力，压力油p经柱塞球头中心的节流孔进入到滑靴顶部与斜盘之间，因滑靴面与斜盘平面的间隙只有0.01左右，压力油p与斜盘间便产生一个流体压力场，形成的较大的油膜刚度有效支承柱塞滑靴与斜盘摩擦面达到压力平衡，以保证滑靴和斜盘间的摩擦为纯液体摩擦。压力油p对斜盘产生的撑开力要推开斜盘但因斜盘机械固定，压力油p只能从这0.01的间隙中喷出从而形成静压油膜，这个压力油膜使二金属间在旋转摩擦时，没有发生接触，使泵能正常运转。

不同转速、压力下滑靴油膜特性

1. 柱塞的中心孔因外来的物使柱塞中心孔部分堵塞，压力油p流通量过小，没能形成有效的流体压力场，恶化了工作条件，滑靴会出现烧损现象或变化到磨损现象。

2. 柱塞中心孔因外来物使柱塞中心孔过流孔全部堵塞，使压力油p没能到达滑靴摩擦面，无法在滑靴与斜盘间形成静压油膜，柱塞滑靴与斜盘滑动面产生双金属摩擦，便出现柱塞铜滑靴被磨成粉未(此时是钢对铜摩擦)，柱塞滑靴被磨脱落后露出柱塞球头再对斜盘滑动面摩擦(此时是钢对钢摩擦)，斜盘滑动面被柱塞球头破坏后，使另外的8只柱塞的滑靴也无法形成静压油膜关系，便再次重复磨损现象，最终是九只柱塞的铜质滑靴全部磨成粉未，最终结果是泵胆件全部损坏。

3. 闭式液压回路中的驱动刀盘旋转的三台超大排量的柱塞泵AB口输出压力油胶管，使用到一定的周期后，胶管内臂的胶层在大流量高压力油的冲刷下，会脱落掉下来， 因是闭式液压回路，脱落的胶层是无法排出到液压系统之外的，一旦胶层脱落后，首先会进入到液压马达后再返回到泵的配流腔中，胶层被液压柱塞泵及液压马达多次的挤压后变成细小颗粒后，便进入到柱塞球头中心孔中，堵塞或节流压力油p，使滑靴与斜盘间无法形成有一定刚度油膜，造成滑靴与斜盘间发生粘接摩擦，铜质材料的滑靴便很快的失效。

此盾构机采用是闭式液压回路，8台液压马达、9台不同型号液压柱塞泵壳体泄漏油管集束到一根回油管道泄回到油箱，其中三台型号相同、超大排量的柱塞泵排口是合流状态，当合流泵中的某一台泵损坏后，损坏的泵排口便不会有压力油排出，而是会出现一个压力低点，合流中的另外二台能正常工作的柱塞泵所排出的压力油并没有去驱动液压马达而是倒排入合流管道中的压力低点，即损坏的这台泵的排口中，压力油从已破损的泵配流口喷入到泵壳体内，会在损坏泵壳体内出现一个压力释放！释放后的压力油激起损坏泵壳体内的一切碎屑从损坏泵壳体泄油口中喷出再进入到共用的回油管中，又顺着这条共用回油管排入到下游与共用泵壳体泄油管道相连的每台泵的壳体泄漏管中，从泵壳上的泄漏口注入到每台泵壳体内。

盾构机在拼装时，有众多的油管需要连接，而连接管路的人又多数没有受过专业培训，如果在连接液压油管路时不慎掉入管道内一个小小的O型圈，小小的失误，它所造成的后果是损失上百万!