1、1 液压柱塞泵的第二个吸油口理论 鞍山东霖液压测试技术有限公司 马明东 我在前期所写的文章中提出液压柱塞泵存在第二个吸油口理论， 即柱塞泵壳体泄油管在 某个特定条件下，所泄油液会改变流动方向而出现反向流动（油箱中的油液流向柱塞泵壳 内） 。 但是， 多数搞液压的友人不同意我这个理论， 也有人表示疑惑， 有大学科研院所的人 提出要搞一下这方面的仿真测试分析， 等等。 最近， 有一位在上海搞液压测试工作的人在一 台国产的小型挖掘机上作出了实际测试，以实测数据证明这个理论。 所测试的泵的是进口德国力士乐公司A10VO 系列76 排量的柱塞泵，该泵在一台国产小 型挖掘机上配套使用。测试时发动机的转数即
2、泵转数为 2200rpm 。测试前在该泵上使用 1 个便携式流量仪和2 个 压力传感器进行参数记录， 其中1 个 压力传感器安装在泵的吸油口处 （见图 1) ；另 1 个压力传感器安装在柱塞泵壳体上，泵壳体泄油回油箱管路正常安装，在 泵的输出口（P 口）的管路上安装了流量计用以检测泵的输出流量。 图1 2 流量实 测值， 泵吸油口上的压力 泵壳体内压 力 图2 如图 2 所示是实际测试结果曲线。曲线纵轴 1 是流量 坐标，量程从 0 到 170L/min 。纵 轴 2 是压力 坐标，量程以中间为 0 ，表示为正常大气压值，向上至 0.08bar 是正压；向下是 真空度值即所谓负压，越向下，意味
3、着真空度越大。曲线横坐标是时间，单位是秒（s ）。 从图上看曲线会有许多意想不到的情况发生，下面结合泵的工况变化情况进行分析。 进行实测时， 挖掘机需要作出一个动作、 泵的压力以及流量才能有变化。 通过对测试曲 线分析，可以了解到： 从0 秒开始 ， 挖掘机出现一个动作， 泵的斜盘从中间位置开始向最小角度变化， 出现 一 个排量减小， 使泵的输出流量变小。 此时， 油箱至泵吸油口管道 （P S 管） 的吸油的流速变慢 ， 其管道内的压力处于上升状态，即从0 秒时的 负压0.01bar 上升至1 秒 时正压0.048bar ，在 这1 秒内， 泵壳体内的压力也随之上升，也从负压0.01bar 上
4、升到正压0.02bar 。 在第 3 秒时看三条曲线变化情况，流量计测得的泵输出流量已达到 160L/min ，因 该泵 排量 76cc/r ，这说明，当泵的转数达到 2200rpm 时，泵斜盘已变化在最大角度（15 ）处， 当泵输出达到 160L/min 时，此时（第 3 秒）泵 的吸油口压力从正压 0.048bar 一直下 降至负 压0.03bar （即 真空度值0.03bar ， 也是绝 对压力0.973bar 。 ） ， 此时 泵壳体压力也从正压0.023bar 下降至负0.07bar （真空 度0.07bar）。 从第 3 秒到 30 秒全过程看，所有参数变化都是呈现为一种有规律的现
5、象，即：随着泵 斜盘排量增大其输出流量变大，吸油口压力变低，泵壳体压力也随之降低，反之亦然。 再从曲线上第17.5 秒到18.5 秒看， 流量曲线（蓝色）处于上升过程，在第17.5 秒时 ， 泵输出流量约14L/min ， 这说明泵的斜盘处于最小角度位置。 从第17.5 秒到 18.5 秒这 一秒之间，泵输出流量从14L/min 瞬时增大至162L/min ，这 条 流量上升变化率的斜线， 也表征泵的斜盘变量在1 秒钟时间， 其斜盘摆角就从最小的角度变 化到最大摆角， 这时， 在流量上升过程中， 柱塞泵的吸油口 （P S 管） 出 现负压过程， 这一现 象会出现非常严重问题。 原因是泵的变量斜
6、盘处于零摆角时， 柱塞基本没有往复运动， 吸油 管道内的油液不流动状态， 当泵的斜盘瞬时从最小角度变化到最大角度， 这个斜盘变化是一 个动态变化过程，极易造成瞬时流量引起压力变为负压情况。 由于斜盘角度从小变大的瞬时效应， 使泵吸油口 （P S 管） 的油液不能及时以正压状态注 入到泵后盖的吸油腔内， 而是仅靠柱塞泵靠三根或四根柱塞的自吸作用产生流量， 造成泵回 程盘 （九孔盘） 强拉滑靴， 滑靴又强拉柱塞迫使柱塞向缸体外运动， 这样瞬间施加在柱塞 上 拉吸力对柱塞上的滑靴与柱塞球头结构之间极易造成有害的“拉脱力”。 3 上述这种现象， 泵所产生的拉脱力大小、 持续的时间长短变化对柱塞与滑靴、
7、 回程盘都 有严重危害。 危害之一，A10VO/31 系 列的柱塞泵回程盘不带定间隙保护装置， 引力瞬间拉断回程盘， 瞬间拉脱柱塞杆上的滑靴，使泵失效，如图3 所示。 图3 危害之二，A10VO/32 系 列的柱塞泵回程盘带有定间隙保护装置，回程盘因为有定间隙 保护装置， 引力瞬间没能拉断回程盘， 但引力瞬间拉脱柱塞杆上的滑靴， 使泵失效， 如图3 所示。 图4 危害之三， 柱塞在缸孔中有小的引力， 回程盘拉动滑靴带动柱塞在缸孔中往复运动， 持 续的小的引力会拉松柱塞球头与滑靴，使二者出现间隙。间隙量超出 0.3mm 时， 滑靴蓄油 室面上的静压油膜会减少， 静压油液从柱塞球头与滑靴的间隙中泄
8、漏掉， 使滑靴无油膜与耐 磨盘发生二金属接触摩擦，致使滑靴磨损失效。 泵的瞬时变量过程使其输出流量瞬时增加， 吸油口的压力瞬时下降， 这一现象比较容易4 理解。 也就是说， 泵斜盘在最大角度时， 吸油量突然增加， 因泵吸油口 （P S 管） 径细， 管内 油液流速突然加快， 造成吸油口 （P S 管） 内油液因流速增大而产生虹吸现象， 如果虹吸现象 越严重，吸油口（P S 管）上的压力传感器就可以检测到的负压状态。 泵壳体的负压现象怎么解释呢？当泵在正常工作状态下， 柱塞泵的三大摩擦副及变量机 构所泄漏的油液都向壳体内泄出， 当壳体内的油液量达到饱合状态时， 会通过壳体泄油管流 回油箱， 当泵
9、的吸油口产生虹吸现象达到某个临界数的负压值时， 泵在吸油时的柱塞被吸油 口（P S 管）的负压引力的作用而产生嘬力，柱塞杆上的嘬力也作用到滑靴，导致滑靴脱盘， 泵壳体内的油液从滑靴油室中心孔及柱塞杆中心孔反流向缸体孔中， 壳体内油液被吸走， 如 果壳体泄油口与油箱空气相通不能及时补充油液，造成泵壳体内产生一定负压（真空度）。 泵在正 常状态下， 泵的三大摩擦副、 变量机构所产生的泄漏油都会通过壳体泄油管路流 向油箱， 壳体的油液是不会出现反流， 只有当泵在工作状态出现以下三个不利条件并叠加在 一起时，才会产生反流状态，国际上称这种条件为Mh 条件 。 条件1 ， 与泵吸油口连接的油箱的出油口水
10、头压力低， 泵吸油口 （P S 管） 太细， 或者泵 吸油口 （P S 管） 太长、 太窄或有太多弯道， 泵吸油口 （P S 管） 孔中有对接台阶形成液阻产生 涡流。 条件 2 ，泵 吸油口（P S 管）流速快（要求的流速是0.5 米/S ）、不能满足泵斜盘变量 时从最小角度变化到最大角度时的瞬的最大的吸油量。 条件3 ， 柱塞泵转数偏高， 泵输出流量大， 泵P 输出口的压力偏低或者低于 25 ba r 之下 。 众所周知， 柱塞泵就怕壳体缺少油液， 一旦缺少油液对泵有严重伤害， 轻者烧盘、 烧损 轴承，干摩擦滑靴，重者三大摩擦副烧损，严重危害柱塞泵寿命。 图5 如图5 所示 是从作者图库中找
11、出的一台美国派克柱塞泵零件照片， 出现问题是壳体缺油 现象。 这台泵只使用了三天就拆开检查， 发现与滑靴摩擦的耐磨盘上出现明显磨损现象， 耐 磨盘上部的 180 度是滑靴 压油区， 因柱塞在压油状态而产生静压油膜， 滑靴与耐磨盘间形成 无接触摩擦，所以图片上的耐磨盘上部区域是亮带。 当柱塞转到吸油区， 柱塞在缸孔中出现虹吸现象而使滑靴与耐磨盘间出现无油干摩擦状 态， 滑靴与耐磨盘二金属间接触摩擦使耐磨盘、 滑靴静压支承面都出现磨损。 对于这类问题， 作者的经验是： 1 ，柱塞泵壳 体泄漏油与 油箱管道连 接要正确设 计。安装方 法是：管道 内径要大于 壳体 泄漏口直径的1.5 倍， 确 保泵泄油口即第二吸油口的流量达到泵吸油口 （P S 管） 第一吸油口5 15% 。 2 ，泄油口管道要无任何液阻接入油箱壁面油位下方 200mm 处，促使壳体始终保持油 液和一定水头。 作者本人向提供图片及曲线图的上海贾福伟先生表示感谢。 本文原创作者马明东，13904129294( 微信同号）信箱：.
