進口液壓柱塞泵在線狀態監測與預知維修


在冶金行業引進的成套設備中，其液壓站大都配置德國力士樂，美國派克等歐，美，日等國家生產的高壓，大流量液壓柱塞泵機組。在設備投入使用后，由于引進時沒有相應的液壓柱塞泵技術說明書，不了解泵的在線狀態監測方法與維護方法及使用軟壽命，（軟壽命→是設備設計時規定的役齡期限）。因此，有些國內企業設備管理人員認為：外國的液壓柱塞泵性能好，使用壽命長，只要液壓泵在運轉，系統壓力還能達到，就不必檢修，也沒有建立建全相應的液壓泵現場點檢規章制度，從而造成對進口的液壓柱塞泵的管理誤區。進口的液壓柱塞泵與機械設備一樣，都是有服役期限。服役期限的長短取決于液壓介質的清潔度以及設備運行中正確監測，維護及保養。本文中主要論述泵在線檢測，預知維修，保養維護，更換和調整。

進口液壓柱塞泵在線狀態監測與預知維修

1．進口液壓柱塞泵（簡稱泵）磨損的三個階段

進口的液壓泵的磨損分為初期磨損，正常磨損，異常磨損三個階段。

1.1初期磨損階段：泵在零件制造過程中，零件金屬表面有一定的微觀不平度（表面粗糙度）軸或孔存在的橢圓度與不直度，在金屬表面發生初期相對運動時，泵零件間相對高速運動，此時摩擦副間會產生輕微的摩擦磨損，零件處于初期磨損階段。

1.2正常磨損階段：經過一段時間的磨合，摩擦副間生成新的，精度等級更高的粗糙度，磨損速度減慢。進入一段相對比較長的穩定使用階段。

1.3異常磨損階段：在此階段中，金屬材料達到疲勞周期的額定壽命，金屬表面將產生疲勞層，疲勞層在泵高溫高壓的特殊使用狀態下，金屬表層易發生顆粒狀脫落，因此，磨損急劇增長，*后導致零件失效。

1.4泵在運行中的相對運動的三對摩擦副（靜**承關系）零件之間的磨損，使零件間的縫隙增大，泵內泄漏量隨之增多，油溫也相應升高。泵軟壽命是從初期磨合期到穩定使用階段進而到疲勞剝落期階段（劇烈磨損階段）。這三個階段時間的長短主要取決于所使用的液壓介質的清潔度。

1.5影響泵的軟壽命還有另外一個決定性因素，就是泵的軸承的使用壽命。因為軸承在泵殼內軸向載荷轉動，泵殼內的三大摩擦副（1缸體配流面與配流盤；2柱塞桿與缸孔；3滑靴與斜盤）零件高速摩擦轉動，金屬表面相對運動時，金屬與金屬產生接觸摩擦，發生粘結和切削，而且由于局部高溫，造成大尺寸金屬氧化物顆粒疲勞剝落，剝落的金屬顆粒因無法排出泵殼外而積存在液壓泵殼內。因泵殼體充滿液壓油，沉積的金屬顆粒與液壓油混雜在一起隨泵主軸及缸體的轉動又在殼體內旋流漂移，造成泵內軸承的加劇磨損。軸承磨損到一定程度后游隙增大，軸承游隙增大后軸承的回轉精度降低后，無法保證缸體與配流盤的相對運動精度，因此又破壞了泵三對摩擦副之間的靜液壓的平衡，被破壞的靜液壓支承（三對摩擦副）又會加速磨損。

即使所使用的液壓介質達到清潔度標準，軸承還有一個基本的額定使用壽命。軸承的額定壽命分為（1）公稱額定壽命；（2）修正的額定壽命；（3）深入計算的額定壽命。

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泵用軸承基本額定壽命是指足夠大一組的相同型號軸承中有90%在**出現疲勞征兆前達到或超過的壽命。額定壽命計算的基礎與ISO281一致，是Lundberg和Palmgren的疲勞理論,該理論考慮了很多因素，包括材料的疲勞極限，潤滑，載荷與潤滑間隙內的相互關系以及軸承的摩擦特性和載荷分布，在基本額定壽命的計算中應考慮其它因素，例如潤滑和污染的影響。但是如果油液中有大于10μm金屬顆粒磨損影響因素，就無法**計算。該理論在遇有磨粒磨損情況下，通常給出一個*終額定壽命值。液壓柱塞泵使用的是INA公司滾柱軸承。達到FZG試驗的至少耐磨損等級10級，潔凈度為NAS1638之8級，用β⒑≧100的過濾器的液壓油的軸承軟壽命。

2、特殊環境下的液壓柱塞泵軸承

2.1在高溫易燃環境下工作的液壓系統中，使用難燃的HF(H:Hydraulic fluid液壓油液：F:fire-resistant難燃)液壓介質。例如煉鋼廠使用的液壓介質是HFC“水乙二醇”工作液，這種油液與礦物油基液壓油液相比，粘度/溫度特性較差。HF油液消除空氣和污物的能力也較差，潤滑特性也與礦物油基液壓油相差甚遠。間隙摩擦引起的磨粒磨損`侵蝕和滾動軸承疲勞等都產生新的污染顆粒，因此，德國力士樂公司所生產的E-系列液壓柱塞泵和馬達的技術數據已作了調整，針對HF工作液的特性對柱塞泵所使用的軸承采用代有“RR”鍍層的特殊軸承。（軸承Rrcorrotect耐腐性鍍層）但這種代有“RR”鍍層軸承的使用壽命低于礦物油基液壓油的50%。（HFD無水油液，磷酸酯不在此范圍內）

2.2代有SL型號是德國力士樂公司為長期工作在高壓環境下而設計的一種重載荷超長壽命泵，SL型號的泵是采用帶靜壓平衡超長壽命重載軸承，與標準型號泵相比，“SL”型號泵有較長的使用壽命，泵可長期在高壓狀態下工作。在31.5MPa,公稱轉數和油液粘度36m㎡/s下軟壽命為10，000h小時。此泵設有專用于沖洗軸承的U油口。

3、影響泵軟壽命的因素

3.1軸承的摩損是影響泵軟壽命的決定因素，泵用軸承是在特定運轉條件下及特定軸向載荷摩擦力矩的特殊軸承。例如德國力士樂A4VSO型號直軸斜盤式泵用的軸承是瑞典INA軸承公司專為力士樂泵特殊制造的，此種軸承滾動接觸區內赫茲壓力與軸承配合面的面積與普通軸承有很大的區別，它與普通軸承的區別是泵用軸承針對泵運轉工作狀態的特殊載荷情況，采用了對數曲線修形滾子的圓柱滾子軸承即---滾子母線為直線的修形理論與均布載荷的母線滾子軸承內圈和滾子接觸面的對稱指數修形曲線的特殊滾柱軸承。

柱塞泵在工作壓力達到峰值壓力時，其分布在泵缸體孔中360°內分度圓中的九只柱塞中只有四只柱塞在向泵排口壓縮高壓力油而產生的偏載反作用力施加在主軸前端的圓柱滾子軸承160°區域內上，這種現象使軸承承受主軸變形所產生的偏載荷力和多波峰式的突加沖擊載荷力，在這兩種外力作用下，軸承不可避免地存在邊界應力集中即“偏載邊緣效應”，這勢必降低軸承額定使用壽命，同時也對泵的軟壽命帶來影響。

3.2油液污染，主要是人為造成的污染，當更換液壓濾芯時沒有把濾筒內的油液排凈或根本就不排出濾筒內的油液就抽換濾芯，造成濾筒內的污染物從濾筒的排口直接流入油箱。當一個≧10μm顆粒進入到泵中，就會造成配流面的一道劃痕，當這道劃痕在高壓油液長時間的沖刷下，就會演變成一道溝槽，就這么一道溝槽就會造成泵失效。

3.3吸空，對泵軟壽命影響*大的是泵吸入帶有空氣的油液，在此要糾正液壓界人員的一個錯誤觀念，就是液壓管道不漏油不等于管道不漏空氣。當油液管道及各部接頭處密封處于小的失效范圍內，管道在一個大氣壓環境下是不泄漏油液的，當泵排量增大時，泵吸油口S處就會出現虹吸現象，外部大氣壓高出泵吸油S口幾倍的大氣壓，泵吸油口就會從失效的部位吸入空氣。當空氣進入到泵配流區域從低壓區轉換到高壓區時，在高壓油的擠壓作用下，氣泡爆炸破裂，就會對缸體配流面與配流盤間造成穴蝕現象。穴蝕嚴重時造成缸體配流面銅層間隔區竄通。另一種泵吸入空氣的原因是液壓油箱容積小或油箱內間隔板設計不合理，當液壓系統回油時所帶入到油液中的空氣氣泡還沒有被徹底消出時就被泵吸油口吸走了，也會照成上述病因。

3.4撓性聯軸器不對稱，電機軸與泵主軸不同軸度大于0．1mm時，高速轉動所產生的振動直接反應到泵主軸軸承上，影響主軸前端軸承壽命。

3.5多泵工作時的共振：大型液壓站群泵組工作時，每臺泵應有自己單獨的帶有減震座的泵架，泵架與泵架間隔必需有減震措施防止共振。

3.6維修方式不當，任何的不當維修方式，都會造成泵的徹底損壞。泵的解體與裝配是一道精細而復雜的工作，工作人員必須在修泵前仔細閱讀所承修的泵，馬達的維修技術參數，按規程調整靜**承間隙。*佳的辦法是由專業人員來維修。

4、液壓柱塞泵在線監測診斷與預知維修

4.1本世紀初，以現代電子測試技術，計算機分析等先進的狀態監測、診斷儀器為基礎，采用超聲波泄漏監測技術，紅外測溫技術，泵用軸承小波分析技術，對在線使用的泵進行定期檢測診斷，根據所采集故障信號，繪制出泵在線工作性能曲線圖，做出評估報告。依據監測結果決定是否對泵進行維修。從而確定泵的*佳維修期，避免了預防維修中過剩維修，大大地降低成本。提高泵使用軟壽命，減少了故障停機損失。以技術狀態監測維修制度取代過去的定期維修制度。也取代了過去的人工巡回檢測即用手摸泵外殼的溫度與振動，用耳聽泵轉動時發出的噪聲是否比以前擴大音量的老式方法。特別是以設備點檢個人經驗為主的技藝維修，而不是以先進的檢測，科學的標準為依據診斷的維修。

4.2監測及診斷裝置即為故障診斷手段。故障診斷手段可分為便攜式簡易診斷和在線精密診斷兩大類別。液壓泵故障的預兆主要參數是壓力降低，流量減少，溫度上升，變量速度超時，噪音上升與振動增大，泵內泄漏量超標等。檢測不同參數時，應根據液壓泵所反映出來的實際狀況，現場條件和精度要求的差異，選擇不同的測量方法和工具，儀器。如日本研制成的液壓泵故障診斷器的原理是通過振動診斷法進行檢測，經微型計算機分析處理并做出故障預報。可以較快的從泵的外部直接檢測出泵內部磨損情況，從而有效地防止了泵的故障發生，提高了主機的可靠性?！　?p>泵檢測還可以采用液壓測試儀檢測泵的總效率。液壓測試儀是由流量，壓力表和溫度計所組成，可聯接到泵的排口，通過調節儀器的各項功能檢測出泵排口在各級壓力下的流量，繪制出泵總效率曲線圖。泵總效率下降到72%時就必須下線修復。

測試儀與泵泄油口聯接檢測泵內泄量。泵的泄漏量是隨在線使用時間而變化的，在固定的周期時間內，測出泄漏量的變化就可相應得知泵影響系統能否正常工作的運行狀態變化，將泄漏量隨時間變化的曲線稱為狀態曲線，作為泵工作狀態的評定指標，可用以進行故障預報和維修期的確定。

泵內泄漏狀態曲線的繪制及分析。以泵運行時間為橫座標，內泄量和容積效率為縱座標，繪出泵泄漏曲線，泄漏量超出正常值的50%就必須下線修復。

4.3查看電流值，冶金行業的大型液壓站都是由多臺柱塞泵組成的液壓系統并配有配套的大型蓄能器組，如果其中有一臺泵內泄漏量大或達不到工作壓力時，對整個液壓系統壓力及流量危害不能立即顯現出來，點檢人員必須每日對工作的泵查看電流表上的電流值并做出記錄。如果泵群組其中的一臺泵工作壓力比另外的泵工作壓力低時，壓力低的泵在電流表上顯示比正常工作的泵電流值低，即少做功的泵比正常做功的泵需用的電流低。

4.4測量泵殼溫度。液壓柱塞泵內泄漏量大，泵內的摩擦副間隙增大造成壓力油泄漏，泄漏的壓力油轉變成熱能，事必造成泵殼同正常泵殼的溫度差別。如果泵內軸承疲勞磨損，軸承發熱并伴有雜音，熱量就在泵殼外表處顯現出來，以上二種發熱現象采用“紅外線電子測溫儀”檢測對比，有問題的泵殼表面溫度就會比正常工作的液壓泵殼溫度高。點檢人員應每4h小時用“電子測溫儀”檢測一次泵主軸外部、泵殼體中部、泵后蓋處等三處溫度并在泵溫升曲線表上標出溫度記錄，此溫度曲線表可與泵監測診數據表同時提供給技術人員，便于技術人員對泵做出正確的判斷。

5、液壓柱塞泵在線沖洗方法

5.1針對在線使用的液壓柱塞泵殼內積存的固體顆粒無法排出等問題，德國力士樂公司液壓泵設計人員在液壓泵殼的兩側設計加裝了用于沖洗裝置應用的K1`K2沖洗油口，用于定期沖洗泵殼內積存的金屬顆粒?！　?p>通常泵是用液壓過濾機從K1口進油從K2口出油進行沖洗，如果是德國力士樂A2F355或A2V/A2P355A6V/A7V250以上的液壓泵備有專用于沖洗軸承的U口，在沖洗泵作業同時另一條管路經U口沖洗主軸軸承。過濾機必須采用過濾比β10≧100濾芯，這樣可以得到清潔的液壓油來沖洗泵內的殘留的金屬顆粒。沖洗時柱塞泵必須有變量行程并施加載荷運轉，沖洗時須注意泵殼體內壓力不得超出0.2MPa，因為泵主軸旋轉密封*高耐壓0.3MPa。為了確保泵沖洗時不得超壓，德國力士樂公司生產了專用于泵沖洗的低壓力開啟的沖洗閥，（沖洗閥訂貨件號：466468/503.20.01.16）此閥安裝在濾油工作管路A和B之間，當管路A和B之間壓差超過0.3-0.5MPa時，沖洗閥由高壓開啟，多余的油液流出低壓側經由升壓溢流閥（油口T）泄到B低壓回路中。

5.2對使用“HF”液壓介質的“E”系列型號泵、馬達，應在硬壽命達到5000小時必須拆開清洗，必須特別注意清洗死角，適用的清洗材料列于VDMA23414。對代用“SL”型號的泵，馬達的殼體必須是通過油口U沖洗。

6、建立監控與檢測維修制度

6.1泵是整套液壓系統元件中價值*高的部件，如果不對泵進行在線監控與檢測就很難預測該泵何時需要什么樣的維護。如果不記錄和不分析所監控泵的數據，幾乎就沒有可能對在線使用的泵能否按規定的服役期運行做出準確判斷。如果一臺泵出現可檢測的劣化跡象，在故障發生前有足夠時間可觀察到劣化程度，那么對泵進行在線定期檢測就是合理的。加強維護保障，才能提高泵的使用壽命（利用率）。國外設備管理有一句名言：“維護是為了利用設備而進行的故障管理”。所以建立以狀態檢測為基礎的定檢，定修制度，對在線使用的泵做到每日定時檢測，做出記錄，繪制壓力、溫度、噪音級、電流值等曲線表，對泵做出狀態識別及狀態趨勢分析，視情維修的維修方針。在我國小浪底工程和三峽工程施工的外國承包商對其使用的液壓泵，液壓馬達堅持1500～2000h小時進行一次沖洗，硬壽命達到8,000h即對泵，馬達更換軸承和調整。這是我們使用進口液壓設備單位可借鑒的。

6.2建立預防維修。維修的基本手段包括檢測、保養、更換和調試。泵預防性維修就是定期對泵進行在線沖洗，泵硬壽命每達到1500小時進行一次沖洗，此方法是提高泵壽命的*有效方法之一。

6.3常用的維修方式是在預定時間進行維修，舉一個典型例子，泵的軸承軟壽命是一萬小時，但這個軟壽命只是個參考，可以延長這個時間，但必須估計到這么延長會增加泵的損壞風險。冶金行業液壓系統現場是十分復雜的，尤其是污染的影響，**評估需要豐富的經驗，但我們可根據泵的硬壽命，（硬壽命---設備已服役時間）適時的采用電腦軸承分析儀對運轉中的三對摩擦副和滾動軸承進行檢測分析，針對摩擦副及軸承在運轉中的工作狀態進行正確判斷和**分析，根據損壞趨勢來估計泵與軸承的剩余壽命，并及時作更換計劃，以避免突發事故帶來的經濟損失。

6.4液壓泵的失效概率隨泵的役齡而上升，應從泵服役期開始就建立相應的記錄，記錄泵已達到的硬壽命及每次沖洗的間隔時間，軸承更換，維修測試結果，質量驗收等一整套維修工藝記錄。

6.5設立專業的設備監督人員，行使對設備運行，保養，維修全過程的監督職能，使設備的維修管理科學化，數字化，實現設備維修“零故障”。
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