柱塞泵的维修之 柱塞的深度解析

斜盘式柱塞泵维修方法论之一柱塞的深度剖析柱塞的功能柱塞的分类柱塞故障特性

柱塞与孔的精配柱塞的功能柱塞是柱塞泵的命名元件，柱塞泵之所以被称为柱塞泵就是因为柱塞是成压元件柱塞作为一个组合件，包含了滑靴和柱塞体，俺叫柱塞柱塞的工作原理2023/9/27我们吸油我们排油我有角度柱塞2023/9/27我在下坡我在爬坡斜轴式2023/9/27我们吸油我们排油我有角度流量是这样的2023/9/27qt=（柱塞数）x（柱塞直径）x（柱塞行程）x（转速）qt2023/9/27柱塞知多少从柱塞体的尺寸来分类：大孔长柱塞大孔短柱塞小孔长柱塞小孔短柱塞柱塞的分类我们认为如果L2>3╳D3，此柱塞体为细长柱塞；如果L2<2╳D3，则此柱塞体为短粗柱塞；2╳D3<L2<3╳D3的柱塞为正常尺寸的柱塞体。

D4-D3<½D4，我们可以视为小孔柱塞，柱塞分类这是大孔按照柱塞体的中心孔的尺寸分，分大孔柱塞和小孔柱塞（见图示），所谓大孔和小孔指的是“柱塞体中心孔”。柱塞分类小孔柱塞2023/9/27这是小孔柱塞分类大孔柱塞体优缺点优点：1，内壁比较薄，重量轻。2，高速回转的离心力比较小，在额定的转动惯量下，使用这种柱塞的回转半径可以设计的比较大；3，柱塞体的热膨胀量就比较小，柱塞外径与缸体的配合间隙的变化受温度的影响就比较小。缺点：由于柱塞体的管壁比较薄，强度和刚性均不好，不适用于规格较大的或压力较高的柱塞泵。柱塞分类小孔柱塞体优缺点缺点：1，内壁比较厚，重量比较大。2，高速回转的离心力就大，在额定的转动惯量下，使用这种柱塞的回转半径不宜设计得过大，3，柱塞体的热膨胀量就比较大，柱塞外径与缸体的配合间隙的变化受温度的影响就比较大。优点：由于柱塞体的管壁比较厚，强度和刚性均好，适用于规格较大的或耐压等级较高的柱塞泵。柱塞分类特殊设计柱塞之一焊接柱塞柱塞体的单位重量减小转动惯量小，提高泵的稳定性，焊接和中部衬环加强强度和刚性，可用于高压泵。柱塞分类特殊设计柱塞之二2023/9/27塑料填充式柱塞柱塞体的单位重量减小转动惯量小，提高泵的稳定性，填充了刚性好的工程塑料，提供柱塞的整体刚性，可用于高压泵柱塞分类滑靴断面特点油环式滑靴柱塞油环式滑靴端面结构简单，加工简单，质量容易保证。加工成本低柱塞分类滑靴断面特点加工复杂，成本高

断面润滑性能好且完整迷宫式滑靴端面迷宫式滑靴柱塞柱塞分类迷宫式滑靴常用于弹簧强制回程的柱塞泵，处于中位状态的泵进行高速旋转时候，滑靴端面与斜盘（或止推盘）之间存在高速的相对运动；这时低压储油环的油就会在斜盘和迷宫式滑靴端面之间形成油膜，保护柱塞滑靴的正常高速运转时候不被磨损。柱塞泵的工作特殊性2023/9/27摩擦副：三处----1，滑靴+止推面（斜盘表面）；2，柱塞体+缸体孔；3，缸体断面+配油盘表面运动方式：直线+自转+公转+滑动1，柱塞的轴向直线运动2，滑靴的周向滑动3，柱塞滑靴的自转运动4，缸体的自转与配油盘的滑动。2023/9/27柱塞工作特殊性摩擦副：三处----1，滑靴+止推面（斜盘表面）；2，柱塞体+缸体孔；3，柱塞球头+滑靴。运动方式：直线+自转+公转+滑动1，柱塞体的轴向直线运动2，滑靴的公转并滑动3，柱塞滑靴的自转运动4，柱塞体的自转运动。柱塞的故障特性分类2023/9/271，污染造成摩擦副的故障2，润滑不良造成摩擦副的故障3，间隙不当造成的故障4，宏观特性造成的故障2023/9/27摩擦副摩擦副摩擦副柱塞的故障特征1污染静压支承原理1，滑靴与止推面的运动副之间；2，缸体和柱塞体之间；3，柱塞球头与滑靴之间。上述1和2表面上的密封环槽的作用除进行间隙式密封外，还可以改善润滑条件、消除液压固着和贮存污物。应该指出，柱塞的圆柱表面与其他的端面、(包括环槽侧面)交成的边棱建议不做倒圆，因为会导致污物楔入而致拉毛、研损柱塞副或卡死。。柱塞的故障特征1污染柱塞圆柱表面咬毛、拉伤甚至咬死1）液压油混入其内的铁锈、铸砂粒、磨料、切屑卡入柱塞副表面，其实这些杂质呈粉末状；导致柱塞和缸体内表面的磨损，如果杂质的尺寸较大的话，可能会导致柱塞卡死在缸体里面；（2）系统过滤器破损，聚集在过滤器里面的杂质就会被混入液压油，导致磨损和卡死现象；（3）液压油混入水份或混入较大量的空气，致使润滑能力大大减低，柱塞在缸体里高速往复运动时，会产生热量，导致磨损或柱塞变色。柱塞的故障特征1污染2023/9/27柱塞的故障特征1污染缸体柱塞内壁杂质颗粒柱塞的故障特征2润滑不良2023/9/27补油压力过低壳体压力过低吸油不畅、吸空系统进气2023/9/27柱塞故障特征3间隙柱塞间隙过小柱塞间隙过大温度和留缸长度匹配不好柱塞副的间隙δ=D-d,δ间隙过大，会使容积效率显著降低，损失过大并且发热δ间隙过小，虽然容积效率高一些，但容易卡滞。柱塞故障特征3间隙2023/9/27柱塞故障特征间隙柱塞加热试验，温度20-100度测量大量的柱塞取平均值做曲线柱塞的膨胀率柱塞故障特征间隙选择最佳的柱塞间隙是关键！！间隙过大，会使容积效率显著降低，损失过大而发热，导致总效率下降；间隙过小固然会使容积效率提高，但是发热后的热膨胀或杂质会导致柱塞在缸体孔内研住。必须选择最佳的间隙，即保证正常运转，又使能耗最小的。控制制造与运转时候的温差，一般运转温度为50~60℃，而制造温度为标准温度，应为25℃，再者，柱塞与缸体的线膨胀系数不等，会使间隙变化。如果缸体孔作为包容件，线膨胀系数大于柱塞的膨胀系数，则运转时摩擦副的间隙会增大。留缸长度L0如果柱塞长度L柱塞长度应等于柱塞的最小留缸长度L0、最小外伸长度和最大行程之和。最小留缸长度L0与泵的工作压力PH

有关，通常有：当PH≤20MPa时， L0=(1.5~1.8)D 4当PH≥30MPa时， L0=(2.0~2.5)D4(式中D4为柱塞直径）2023/9/27柱塞故障特征间隙2023/9/27留缸长度L0留缸长度图示柱塞故障特征间隙柱塞副(柱塞与缸孔)的几何精度，圆锥度和椭圆度的公差严格控制在柱塞副最小间隙的1／4之内，通常为0.002~0.005mm柱塞故障特征间隙柱塞的拉拔力和拉拔间隙柱塞的拉拔力主要来源于柱塞体的工况，例如，过紧，油粘度大，杂质楔入等。拉拔间隙约为0.02~0.03毫米，多则无益，削弱拉拔力并拉拔冲击大；少也无益，滑靴转动不灵活，回程卡死。。柱塞故障特征间隙2023/9/27柱塞故障特征间隙几何尺寸的最佳配合：柱塞间隙+留缸长度+柱塞体特征环境的最佳匹配：液压油规格+工作温度+系统过滤精度柱塞故障特征间隙间隙过紧

柱塞故障特征间隙柱塞和缸体孔摩擦副自然磨损---缸体孔变大或者柱塞体变细，造成配合间隙过大，油膜变厚保持油压能力下降而产生内泄，导致液压泵无法产生高压或排量下降。间隙超差的原因之一，是液压油的清洁度不符合标准，导致早期磨损。原因之二，柱塞热处理硬度未达到，或者材质不合要求。原因之三，柱塞体圆柱表面粗糙度不够。。柱塞故障特征间隙间隙超差的修理方法，一般多是采取更换柱塞、缸体其中之一或二者都更换的办法。这的确是一种迅速而有效的修理方式，但经济性不好，价格昂贵如果缸体孔磨损比较均匀，可以对孔进行精铰或研磨以扩大孔径，保持在形状、位置的公差范围内，然后安装间隙公差标准选取，换上圆柱外径相应加大的柱塞，这样，使用起来与新换零件的效果基本一样。圆柱表面磨损了的柱塞滑靴不一定报废，通过表面层的镀铬、镀镍或新近流行的低温镀铁，也完全可以修复到所需的硬度、配合尺寸、精度和达到表面粗糙度的要求标准。应该强调的是：如果在这些磨损件的修复方面有所作为的话，可以为人类节约一笔不小的资源。柱塞故障特征间隙2023/9/27柱塞故障特征宏观特征压力冲击高速运转低排量运转2023/9/27柱塞故障特征宏观特征2023/9/27配油盘与柱塞和斜盘的对应位置：当柱塞由斜盘的低位滑向斜盘的高位的时候，为柱塞腔的增压过程，当输出压力达到最大值的瞬间，柱塞应该在最高位置上，对应配油盘的位置，应该是配油盘的盲点。在盲点容易产生困油，为了避免困油，配油盘上面需要做一定的结构设计，例如渐变开口的油槽，俗称眉毛孔。柱塞故障特征宏观特征

摩擦副：滑靴3的内球面环抱着柱塞的球头2，内外球面之间有良好的间隙，保证任意方向转动平滑，又有足够的抗拉拔强度，见图。滑靴的端面在斜盘(摇摆)1上平面滑动，由于有润滑，从而大大地降低了接触应力。123柱塞故障特征宏观特征柱塞的受力分析滑靴对斜盘端面h=(0.01~0.03mm)的强固油膜，将两者金属体隔开柱塞故障特征宏观特征2023/9/27柱塞损坏现象压力冲击造成的损坏柱塞损坏现象压力冲击柱塞断掉柱塞质量有问题吧，强度不好谁说的，我的腿遇见金属杂质了怎么呢？研住了呗，回程盘还硬拉我，再加上侧向力，就断了呗！哎！柱塞损坏现象间隙过小绝对是硬质的杂质，混在壳体的液压油里面，当回程盘有松动的时候，没有压紧滑靴的瞬间，它进来了，然后又出去了。柱塞损坏现象杂质过多大块杂质杂质较多而且较大，堵塞了其中一个高压润滑孔后，此柱塞1往复运动速度下降，高压润滑失去，开始与斜盘研磨，增加了壳体中的杂质含量，同时就磨损了回程盘和球铰的配合之球面；更有粉末研入柱塞和缸体孔，研住一只柱塞2，导致断掉。柱塞损坏现象杂质较多较多杂质柱塞损坏现象柱塞损坏现象金属杂质大块的金属杂质被压入铜质的滑靴断面柱塞泵长期放置，