進(jìn)口液壓柱塞泵在線(xiàn)狀態(tài)監測與預知維修


在冶金行業(yè)引進(jìn)的成套設備中，其液壓站大都配置德國力士樂(lè )，美國派克等歐，美，日等國家生產(chǎn)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(jìn)時(shí)沒(méi)有相應的液壓柱塞泵技術(shù)說(shuō)明書(shū)，不了解泵的在線(xiàn)狀態(tài)監測方法與維護方法及使用軟壽命，（軟壽命→是設備設計時(shí)規定的役齡期限）。因此，有些國內企業(yè)設備管理人員認為：外國的液壓柱塞泵性能好，使用壽命長(cháng)，只要液壓泵在運轉，系統壓力還能達到，就不必檢修，也沒(méi)有建立建全相應的液壓泵現場(chǎng)點(diǎn)檢規章制度，從而造成對進(jìn)口的液壓柱塞泵的管理誤區。進(jìn)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(cháng)短取決于液壓介質(zhì)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(xiàn)檢測，預知維修，保養維護，更換和調整。

進(jìn)口液壓柱塞泵在線(xiàn)狀態(tài)監測與預知維修

1．進(jìn)口液壓柱塞泵（簡(jiǎn)稱(chēng)泵）磨損的三個(gè)階段

進(jìn)口的液壓泵的磨損分為初期磨損，正常磨損，異常磨損三個(gè)階段。

1.1初期磨損階段：泵在零件制造過(guò)程中，零件金屬表面有一定的微觀(guān)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(fā)生初期相對運動(dòng)時(shí)，泵零件間相對高速運動(dòng)，此時(shí)摩擦副間會(huì )產(chǎn)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(jīng)過(guò)一段時(shí)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(jìn)入一段相對比較長(cháng)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(chǎn)生疲勞層，疲勞層在泵高溫高壓的特殊使用狀態(tài)下，金屬表層易發(fā)生顆粒狀脫落，因此，磨損急劇增長(cháng)，*后導致零件失效。

1.4泵在運行中的相對運動(dòng)的三對摩擦副（靜**承關(guān)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(jìn)而到疲勞剝落期階段（劇烈磨損階段）。這三個(gè)階段時(shí)間的長(cháng)短主要取決于所使用的液壓介質(zhì)的清潔度。

1.5影響泵的軟壽命還有另外一個(gè)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(dòng)，泵殼內的三大摩擦副（1缸體配流面與配流盤(pán)；2柱塞桿與缸孔；3滑靴與斜盤(pán)）零件高速摩擦轉動(dòng)，金屬表面相對運動(dòng)時(shí)，金屬與金屬產(chǎn)生接觸摩擦，發(fā)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(wú)法排出泵殼外而積存在液壓泵殼內。因泵殼體充滿(mǎn)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(dòng)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(wú)法保證缸體與配流盤(pán)的相對運動(dòng)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(huì )加速磨損。

即使所使用的液壓介質(zhì)達到清潔度標準，軸承還有一個(gè)基本的額定使用壽命。軸承的額定壽命分為（1）公稱(chēng)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(guò)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(guān)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(wú)法**計算。該理論在遇有磨粒磨損情況下，通常給出一個(gè)*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(guò)濾器的液壓油的軸承軟壽命。

2、特殊環(huán)境下的液壓柱塞泵軸承

2.1在高溫易燃環(huán)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(zhì)。例如煉鋼廠(chǎng)使用的液壓介質(zhì)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(dòng)軸承疲勞等都產(chǎn)生新的污染顆粒，因此，德國力士樂(lè )公司所生產(chǎn)的E-系列液壓柱塞泵和馬達的技術(shù)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(wú)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(lè )公司為長(cháng)期工作在高壓環(huán)境下而設計的一種重載荷超長(cháng)壽命泵，SL型號的泵是采用帶靜壓平衡超長(cháng)壽命重載軸承，與標準型號泵相比，“SL”型號泵有較長(cháng)的使用壽命，泵可長(cháng)期在高壓狀態(tài)下工作。在31.5MPa,公稱(chēng)轉數和油液粘度36m㎡/s下軟壽命為10，000h小時(shí)。此泵設有專(zhuān)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(lè )A4VSO型號直軸斜盤(pán)式泵用的軸承是瑞典INA軸承公司專(zhuān)為力士樂(lè )泵特殊制造的，此種軸承滾動(dòng)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(tài)的特殊載荷情況，采用了對數曲線(xiàn)修形滾子的圓柱滾子軸承即---滾子母線(xiàn)為直線(xiàn)的修形理論與均布載荷的母線(xiàn)滾子軸承內圈和滾子接觸面的對稱(chēng)指數修形曲線(xiàn)的特殊滾柱軸承。

柱塞泵在工作壓力達到峰值壓力時(shí)，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(chǎn)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(chǎn)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(shí)也對泵的軟壽命帶來(lái)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(shí)沒(méi)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(gè)≧10μm顆粒進(jìn)入到泵中，就會(huì )造成配流面的一道劃痕，當這道劃痕在高壓油液長(cháng)時(shí)間的沖刷下，就會(huì )演變成一道溝槽，就這么一道溝槽就會(huì )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(gè)錯誤觀(guān)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(gè)大氣壓環(huán)境下是不泄漏油液的，當泵排量增大時(shí)，泵吸油口S處就會(huì )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(huì )從失效的部位吸入空氣。當空氣進(jìn)入到泵配流區域從低壓區轉換到高壓區時(shí)，在高壓油的擠壓作用下，氣泡爆炸破裂，就會(huì )對缸體配流面與配流盤(pán)間造成穴蝕現象。穴蝕嚴重時(shí)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(shí)所帶入到油液中的空氣氣泡還沒(méi)有被徹底消出時(shí)就被泵吸油口吸走了，也會(huì )照成上述病因。

3.4撓性聯(lián)軸器不對稱(chēng)，電機軸與泵主軸不同軸度大于0．1mm時(shí)，高速轉動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)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(shí)的共振：大型液壓站群泵組工作時(shí)，每臺泵應有自己?jiǎn)为毜膸в袦p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(huì )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(shù)參數，按規程調整靜**承間隙。*佳的辦法是由專(zhuān)業(yè)人員來(lái)維修。

4、液壓柱塞泵在線(xiàn)監測診斷與預知維修

4.1本世紀初，以現代電子測試技術(shù)，計算機分析等先進(jìn)的狀態(tài)監測、診斷儀器為基礎，采用超聲波泄漏監測技術(shù)，紅外測溫技術(shù)，泵用軸承小波分析技術(shù)，對在線(xiàn)使用的泵進(jìn)行定期檢測診斷，根據所采集故障信號，繪制出泵在線(xiàn)工作性能曲線(xiàn)圖，做出評估報告。依據監測結果決定是否對泵進(jìn)行維修。從而確定泵的*佳維修期，避免了預防維修中過(guò)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(shù)狀態(tài)監測維修制度取代過(guò)去的定期維修制度。也取代了過(guò)去的人工巡回檢測即用手摸泵外殼的溫度與振動(dòng)，用耳聽(tīng)泵轉動(dòng)時(shí)發(fā)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(diǎn)檢個(gè)人經(jīng)驗為主的技藝維修，而不是以先進(jìn)的檢測，科學(xué)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(jiǎn)易診斷和在線(xiàn)精密診斷兩大類(lèi)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(shí)，噪音上升與振動(dòng)增大，泵內泄漏量超標等。檢測不同參數時(shí)，應根據液壓泵所反映出來(lái)的實(shí)際狀況，現場(chǎng)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(guò)振動(dòng)診斷法進(jìn)行檢測，經(jīng)微型計算機分析處理并做出故障預報?？梢暂^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(fā)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(lián)接到泵的排口，通過(guò)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(xiàn)圖。泵總效率下降到72%時(shí)就必須下線(xiàn)修復。

測試儀與泵泄油口聯(lián)接檢測泵內泄量。泵的泄漏量是隨在線(xiàn)使用時(shí)間而變化的，在固定的周期時(shí)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(tài)變化，將泄漏量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)稱(chēng)為狀態(tài)曲線(xiàn)，作為泵工作狀態(tài)的評定指標，可用以進(jìn)行故障預報和維修期的確定。

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

4.3查看電流值，冶金行業(yè)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(shí)，對整個(gè)液壓系統壓力及流量危害不能立即顯現出來(lái)，點(diǎn)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(shí)，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(fā)熱并伴有雜音，熱量就在泵殼外表處顯現出來(lái)，以上二種發(fā)熱現象采用“紅外線(xiàn)電子測溫儀”檢測對比，有問(wèn)題的泵殼表面溫度就會(huì )比正常工作的液壓泵殼溫度高。點(diǎn)檢人員應每4h小時(shí)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(xiàn)表上標出溫度記錄，此溫度曲線(xiàn)表可與泵監測診數據表同時(shí)提供給技術(shù)人員，便于技術(shù)人員對泵做出正確的判斷。

5、液壓柱塞泵在線(xiàn)沖洗方法

5.1針對在線(xiàn)使用的液壓柱塞泵殼內積存的固體顆粒無(wú)法排出等問(wèn)題，德國力士樂(lè )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(guò)濾機從K1口進(jìn)油從K2口出油進(jìn)行沖洗，如果是德國力士樂(lè )A2F355或A2V/A2P355A6V/A7V250以上的液壓泵備有專(zhuān)用于沖洗軸承的U口，在沖洗泵作業(yè)同時(shí)另一條管路經(jīng)U口沖洗主軸軸承。過(guò)濾機必須采用過(guò)濾比β10≧100濾芯，這樣可以得到清潔的液壓油來(lái)沖洗泵內的殘留的金屬顆粒。沖洗時(shí)柱塞泵必須有變量行程并施加載荷運轉，沖洗時(shí)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(shí)不得超壓，德國力士樂(lè )公司生產(chǎn)了專(zhuān)用于泵沖洗的低壓力開(kāi)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(guò)0.3-0.5MPa時(shí)，沖洗閥由高壓開(kāi)啟，多余的油液流出低壓側經(jīng)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(zhì)的“E”系列型號泵、馬達，應在硬壽命達到5000小時(shí)必須拆開(kāi)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(guò)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(jià)值*高的部件，如果不對泵進(jìn)行在線(xiàn)監控與檢測就很難預測該泵何時(shí)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(méi)有可能對在線(xiàn)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(fā)生前有足夠時(shí)間可觀(guān)察到劣化程度，那么對泵進(jìn)行在線(xiàn)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(jìn)行的故障管理”。所以建立以狀態(tài)檢測為基礎的定檢，定修制度，對在線(xiàn)使用的泵做到每日定時(shí)檢測，做出記錄，繪制壓力、溫度、噪音級、電流值等曲線(xiàn)表，對泵做出狀態(tài)識別及狀態(tài)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(shí)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行在線(xiàn)沖洗，泵硬壽命每達到1500小時(shí)進(jìn)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(shí)間進(jìn)行維修，舉一個(gè)典型例子，泵的軸承軟壽命是一萬(wàn)小時(shí)，但這個(gè)軟壽命只是個(gè)參考，可以延長(cháng)這個(gè)時(shí)間，但必須估計到這么延長(cháng)會(huì )增加泵的損壞風(fēng)險。冶金行業(yè)液壓系統現場(chǎng)是十分復雜的，尤其是污染的影響，**評估需要豐富的經(jīng)驗，但我們可根據泵的硬壽命，（硬壽命---設備已服役時(shí)間）適時(shí)的采用電腦軸承分析儀對運轉中的三對摩擦副和滾動(dòng)軸承進(jìn)行檢測分析，針對摩擦副及軸承在運轉中的工作狀態(tài)進(jìn)行正確判斷和**分析，根據損壞趨勢來(lái)估計泵與軸承的剩余壽命，并及時(shí)作更換計劃，以避免突發(fā)事故帶來(lái)的經(jīng)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(kāi)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(shí)間，軸承更換，維修測試結果，質(zhì)量驗收等一整套維修工藝記錄。

6.5設立專(zhuān)業(yè)的設備監督人員，行使對設備運行，保養，維修全過(guò)程的監督職能，使設備的維修管理科學(xué)化，數字化，實(shí)現設備維修“零故障”。
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