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液壓柱塞泵噪音剖析

液壓柱塞泵噪音剖析

 

當一臺設備上所使用的液壓柱塞泵在運行中發出超標的噪聲,這就是泵將要損壞的癥狀。

液壓柱塞泵(以下簡稱泵)產生噪音有下列七種情況。

⒈泵固有的噪音

泵原固有的噪音是泵的生產制造技術到目前還沒有達到“魯棒性”要求。對泵的工作方式而言,泵主軸每旋轉一周,泵中的每一只柱塞均作一次吸油到壓油的循環。柱塞在完成吸壓油的配流過程中,當缸體上的柱塞孔腔從配流盤上的吸油窗口內吸滿油液后旋轉向排油區過渡時,充滿低壓油的柱塞孔腔要與配流盤上的排油窗口內的高壓油接通前的瞬間(見圖一,以日本川崎K3V泵配流盤為例),排油窗口內的高壓油從一`二次預升壓孔及三角節流槽進入缸體柱塞孔腔來升高腔內油壓,形成流量倒灌沖擊(見圖二左)。隨著柱塞拉出與倒灌流量的增壓,缸體柱塞孔腔內壓力上升到與排油腔內的油壓平衡后,柱塞在斜盤的推壓下,柱塞開始向下運動壓迫油液進入缸體的配流窗口,柱塞排油由于液阻的阻抗作用,油液的排出受到系統壓力的反沖擊阻力,缸體柱塞孔腔內形成壓力超調。當柱塞完成排液后,缸體柱塞孔腔旋出排油窗口后,進入到配流盤的遮蓋區時,缸體柱塞孔腔內還余存部份沒有排空的超調壓力的死容積壓力油,由于配流盤上θ1的角度遮蓋區,柱塞還有一段繼續壓縮行程,使缸體柱塞孔腔內余存的死容積壓力油更加超調。當缸體柱塞孔腔旋轉到吸油窗口前,要完成一次釋壓過程(見圖二右),以促使缸體柱塞孔腔內的油壓釋壓到與吸油窗口內的低壓油平衡。缸體柱塞孔腔內的超調的死容積高壓油瞬間釋壓造成一次液爆,這種九柱塞孔腔的連續的壓力瞬變液爆是一種穩定的高音調聲響,每臺泵都存在著或高或低的液瀑聲響。世界各國的液壓泵生產廠都在配流盤的壓力過渡區域內采取多種形式的降噪單元。由傳統的“三角節流槽式”到“泄荷孔式”“斜溝式”等方法,但都還是沒有圓滿解決泵的輸出壓力油波動所引發的流體噪音。對于工程機械上用的大排量壓力突變的高壓泵,死容積區超調油液泄壓時產生的液爆噪音也特別強勁。

⒉氣蝕噪音

液壓油中含有氣泡時,帶有氣泡的油液被吸入缸孔中,柱塞在缸孔中壓迫油液壓入缸體配流面的排油窗口,在高壓作用下,這些油液中的氣泡將突然擠破裂,大小幾乎相同的氣泡被高壓濃縮后再突發性的潰滅,就造成一次強勁的氣爆,氣泡的爆裂時所產生的另一種超高音調噪音,會發出一種尖銳刺耳的嘯叫聲。這種尖銳刺耳噪聲是跟隨泵的壓力值而變化的。泵的輸出壓力達到最高時,這種噪音分貝也越高,當泵的壓力下降后,這種噪音也隨著衰弱。

當泵吸入小量空氣時所產生的噪音聽起來像卡嗒卡嗒的響聲,有點像軸承損壞的聲音。當泵的壓力升到高壓時,就產生一種很古怪的重擊爆裂的噪音。

⒊機械噪音

泵發出機械噪音主要部位有⑴泵主軸與發動機接手處損壞。⑵泵的軸承處。

如泵主軸與發動機的輸出軸不同心或頂死,彈性聯接器破損和聯接器塊上螺栓松動均會產生噪音。

如果是軸承損壞的聲音就會發出連續不斷的嘩嘩聲。隨著泵的轉速提高,噪音也跟隨著增大。軸承的損壞,泵會出現顫抖。

泵出現機械噪音是用人耳能聽出的,最佳的方法是在泵低速運行時,用工業聽診器或用貫通螺絲刀在泵的各部位診聽,

⒋突發性的噪音

泵一但出現突發性的噪音,就必需立即將泵停止運轉,這種情況就是泵的零件已經損壞。

斜軸泵的柱塞斷裂或是斜盤泵的柱塞滑靴脫落,回程盤碎裂。出現這種現象的噪音是伴隨著泵每轉一圈而響一次的連續不斷的響亮撞擊噪音。就像有人在泵體內放鞭炮。同時伴有泵的P口壓力膠管有脈動現象。

一但出現突發性的噪音,最關鍵的是不能讓液壓系統的壓力上升,因為泵殼內的零件碎裂的金屬渣塊會伴隨壓力油進入系統中。泵出現突發性的噪音是可怕,它不只是泵的損壞,碎裂的金屬渣塊一但進入液壓系統中,是無法清除的,對液壓系統造成的終身危害。

⒌泵維修后所產生的噪音

維修后的泵安裝使用后發出的噪音比沒有修理泵前還要大,發生這種情況原因有:

泵吸口膠管發生硬化,在安裝泵時,泵的吸油側膠管被大幅度擺動后,使膠管與硬管相聯接處出現松脫泄漏空氣。

另一種是裝配方法不當,雙連泵中前后(或左右)兩個缸體孔對稱,出現了諧振噪音。

是更換的軸承出現游隙超標,泵的軸承都是特殊型號和高精度級別的(大承載力軸承),不可使用普通的軸承。

是更換的零件有質量問題,零件間配合的精度等級低下,產生運行頻率共振噪音。

㈤是缸體與配流盤之間的配對摩擦副弧面偏置,造成摩擦副間泄漏超量油液噪音。

是斜軸泵的新配流盤與舊泵后蓋上變量滑動弧道偏置,造成配流盤背面高壓口處與泵后蓋間高壓區域內的平面泄漏,出現氣損噪音。斜盤泵的新配流盤背面與舊泵后蓋壓緊區也會出現同樣故障與噪音。

⒍更換液壓油后泵出現噪音

這種噪音是新更換的油液中的空氣沒有充分逸出,當泵咽入氣泡時,則在泵的出口處的高壓作用下,這些氣泡將突然被壓破裂造成氣瀑音,另一種原因是新更換的液壓油品質差,存放的時間長,油液中的消泡添加劑發生氧化或油品中的多種化學添加劑不相容所產生的不良反應,起不到消除油品中空氣作用。

任何品牌的礦物液壓油中都含有10%左右的空氣。這此空氣是以二種方式存在油液壓中,一種是以氣泡形式存在油液中,另一利是以分子形式溶解在液體中,是觀看不到的。對液體的體積增加并不明顯。

7,漸發性噪音

泵在長期使用過程中,噪音由小到大。是配流盤與缸體配流面發生磨損,配流盤的弧面與缸體配流是靜壓油膜平衡,靜壓油膜的油液中如含有金屬顆粒時就會產生沖刷磨損,長期的沖刷 磨損就會在配流盤的弧面上產生一定寬度磨損區域,配流窗口內圈與外圈就發生弧面曲線改玄,產生從微泄漏到超大泄漏的過程,出現節流噪音也是由小到強。

㈡泵吸口側膠管老化,空氣從膠管與硬管聯接處被吸入,空氣從零泄漏到微量泄漏再到超量泄漏的一個過程,泵吸入空氣造成的“氣穴”這種噪音都是由小噪音伴隨工作時間的延伸而增大的。

部分人認為泵吸油口側管道不漏油、就不會有空氣滲入,這是個錯誤的認識。從流體力學及大氣壓原理、當泵不工作的時候,泵吸口側和大氣之間壓差為零,泵吸口管道內的液體不流動處于平衡狀態,沒有油液的漏出。當“變量泵”在工作時,泵吸口管道中的流體流速處于時快時慢狀態。當泵的“變量特性”決定泵的擺角從零度瞬間變化到最大角度時,泵吸口管道中的油液從靜止狀態改變到快速流動狀態的時間差內,液流(液阻)不能滿足泵的需求,則產生一個非常大的虹吸現象(也就是民間所說的嘬力)。泵吸口發生嘬力現象時,也就能從膠管與硬管交接處嘬進空氣并出現氣穴現象。

當泵吸油口管道內的流速超標時,(國際標準為穩流狀態0.5m/s,絕對壓力不少于0。8bars[1],現實的泵吸口側的流速有的最高時可達2.m/s紊流狀態,)。泵吸口側將低于大氣壓為負值,那么將沒有足夠的壓力來加速液流進入泵旋轉組件,也就會產生虹吸現象,泵只要出現虹吸現象,那對泵的壽命是至命的。

8,氣穴噪音的危害

泵在運轉中,若其過流部分的局部區域(是泵的壓力出口)因為某種原因,抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時,液體便在該處開始汽化,產生大量蒸汽,形成氣泡,當含有大量氣泡的液體缸體配流窗口外側的高壓區時,氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小,這些氣泡被壓突然破裂,這個作用過程會產生高溫。據有關計算,當氣泡從零壓力被壓縮到3000Psi(207Bar)時,溫度能夠升高到1149℃。[2]高溫使油液燃燒,生成樹脂狀物質,并使油液快速氧化降解變質的主要原因。

在氣泡凝結破裂的同時,液體質點以很高的速度填充空穴,在此瞬間產生很強烈的擊作用,并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面,沖擊應力可達每平方英寸數噸,這種空穴破裂所產生的能量釋放會“蠶食”金屬表面,就像雕刻家用錘子和鑿子雕刻石頭一樣。當這種液壓沖擊發生在配流盤金屬邊壁上時,氣泡撞到缸壁時爆裂,此時壓力瞬時極大,所產生的局部液壓沖擊對金屬表面有剝蝕作用。使金屬零件表面逐步形成麻點。嚴重時,會使金屬表面小塊脫落、出現小坑(見圖三圖四),這種現象稱為氣蝕。如果氣蝕長期存在,泵的壽命會縮短。

氣穴故障判斷方法:

當泵處于高壓狀態下,用于握住泵高壓膠管道外表,感知管道內的液體在流動時是否有震動現象。

當泵處于高壓狀態下,在泵吸油口側聽泵殼內是否有啪啪的爆炸噪聲。

拆開液壓油箱加油口蓋、挖掘機大小臂伸平、鏟斗從地面快速升起、觀察油箱內的油液內中是否有大量氣泡逸出。

9,結束語

任何一種噪音,對泵都有危害。泵只要是出現超標的噪音,就要對泵進行維修,不要等到泵徹底失效后再維修,那時可能是損失過大。

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