1、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,2019/1/6,我们 吸油,我们 排油,我有角度,柱塞,2019/1/6,我在下坡,我在爬坡,斜轴式,2019/1/6,我们 吸油,我们 排油,我有角度,流量是这样的,2019/1/6,qt=（柱塞数）x（柱塞直径）x（柱塞行程）x（转速）,qt,2019/1/6,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
2、的分类,我们认为如果L23D3，此柱塞体为细长柱塞； 如果L22D3，则此柱塞体为短粗柱塞； 2D3 L23D3的柱塞为正常尺寸的柱塞体。D4-D3 D4，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,2019/1/6,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
3、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 特殊设计柱塞之二,2019/1/6,塑料填充式柱塞,柱塞
4、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,2019/1/6,摩擦副：三处- 1，
5、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。,2019/1/6,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,2019/1/6,1，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
6、的故障,2019/1/6,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
7、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,2019/1/6,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,2019/1/6,补油压力过低 壳体压力过低 吸油不畅、吸空 系统进气,2019/1/6,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=D-d, 间隙过大，会使容积效率显著降低，损失过大并且发热 间隙过小，虽然容积
8、效率高一些，但容易卡滞。,柱塞故障特征3 间隙,2019/1/6,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5060，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
9、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 20 MPa 时， L0 = (1.51.8)D 4 当 PH 30 MPa 时， L0 = (2.02.5)D4 (式中D4为柱塞直径）,2019/1/6,柱塞故障特征 间隙,2019/1/6,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14之内，通常为0.0020.005mm,柱塞故障特征 间隙,柱塞的拉拔力和拉拔间隙,柱塞
10、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0.020.03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,2019/1/6,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
11、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
12、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,2019/1/6,柱塞故障特征 宏观特征,压力冲击 高速运转 低排量运转,2019/1/6,柱塞故障特征 宏观特征,2019/1/6,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
13、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。,1,2,3,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=(0.010.03mm)的强固油膜，将两者金属体隔开,柱塞故障特征 宏观特征,2019/1/6,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
14、。,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，柱塞与缸体孔未抱住部分，裸露在内部的空气中，与空气中氧气氧化造成的锈蚀。,柱塞损坏现象 锈蚀,裂纹,柱塞损坏现象 宏观现象,钢制杂质,柱塞损坏现象 杂质研入间隙,铜制杂质,柱塞损坏现象,选择柱塞与孔配合间隙的方法,2019/1/6,选择条件： 柱塞体的特点 +泵的压力特性 +缸体的特点（留缸长度） +系统的过滤精度 +系统的工况（温度）,制定,质量标准,Thank You !,谢谢大家！, ,sawatdee -krap,
