李 光，賈連輝

（中鐵隧道裝備制造有限公司，河南 鄭州 450016）

液壓系統(tǒng)故障大多具有隱蔽性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，分析判斷起來(lái)相當(dāng)困難，而液壓泵異響在液壓系統(tǒng)故障中占有很大比例，短時(shí)間內(nèi)很難排除，容易造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，而且有可能造成嚴(yán)重的工程事故。因此快速準(zhǔn)確的判斷泵異響的故障原因就顯得非常重要。在液壓系統(tǒng)故障分析的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍中，對(duì)泵異響大多歸為泵吸空造成，但沒(méi)有細(xì)致分析泵吸空的具體原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排除故障缺少指導(dǎo)性意見(jiàn)。本文以隧道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)為例，分析泵吸空造成異響的具體原因，最后總結(jié)出快速排除泵異響故障的方法，對(duì)今后現(xiàn)場(chǎng)排除液壓系統(tǒng)故障具有指導(dǎo)意義。

1 故障現(xiàn)象

隧道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)采用集中式泵站，油箱分為前后兩個(gè)區(qū)：前部為吸油區(qū)，裝有若干吸油過(guò)濾器；后部為熱油區(qū)，泵站上所有泵的泄油集中到油箱上部的總泄油管，回到油箱后部熱油區(qū)。兩個(gè)區(qū)通過(guò)中間隔板分開(kāi)，隔板上有孔可相互流通。循環(huán)泵進(jìn)口側(cè)連接油箱熱油區(qū)，出口連接過(guò)濾器和冷卻器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾冷卻后的油液回到油箱吸油區(qū)。油箱上部裝有空氣濾清器和回油過(guò)濾器，側(cè)面裝有液位傳感器，底部裝有放油閥。柱塞泵通過(guò)吸油管與油箱連接，吸油管與油箱之間裝有蝶閥，柱塞泵與吸油管之間裝有帶測(cè)壓接頭的法蘭。

在系統(tǒng)調(diào)試或運(yùn)行過(guò)程中，泵發(fā)出斷續(xù)的“當(dāng)”的異響，有時(shí)形成連續(xù)的高頻噪聲，一般認(rèn)為是泵吸空造成。泵吸空現(xiàn)象主要是指兩方面，一方面是指泵吸進(jìn)的油液中混有空氣，另一方面是指泵吸油不暢。

2 原因分析

2.1 油液中混入空氣

泵吸進(jìn)的油液中含有氣泡，當(dāng)氣泡隨著液體被帶到泵高壓區(qū)時(shí)，在高壓作用下迅速破裂，急劇縮小后又凝結(jié)成液體，原來(lái)氣泡所占據(jù)的空間形成局部真空，周?chē)囊后w質(zhì)點(diǎn)以極高的速度來(lái)填補(bǔ)這一空間，使液體質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞，產(chǎn)生局部高壓和高溫，形成液壓沖擊，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲?；烊氲目諝庠蕉?，噪聲越大。混入空氣量與噪聲的關(guān)系如圖1所示。

圖1 混入空氣量與噪聲的關(guān)系

導(dǎo)致隧道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)混入空氣的原因有以下幾種。

1）油箱液位過(guò)低，吸油濾芯浸入油中太少，在吸油口附近形成的漩渦會(huì)使空氣被吸入油泵。在隧道掘進(jìn)機(jī)油箱上都設(shè)有液位傳感器，當(dāng)液位低于液位傳感器位置時(shí)，在上位機(jī)上會(huì)有報(bào)警信號(hào)，當(dāng)確定液位傳感器完好且沒(méi)有報(bào)警時(shí)，可以排除這個(gè)原因。

2）回油管沒(méi)有浸入最低液面以下，回油沖擊在油面上產(chǎn)生大量氣泡，使空氣與油一起吸入系統(tǒng)。油箱上配置的回油過(guò)濾器分為過(guò)濾器和引流管兩部分，之間通過(guò)螺紋連接，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，螺紋有可能松脫，引流管掉到油箱底部，這時(shí)回油沖擊產(chǎn)生氣泡，會(huì)導(dǎo)致泵異響。

3）吸油管法蘭密封不嚴(yán)，或是吸油管扣壓不到位，在吸油壓力低于大氣壓時(shí)吸入空氣。吸油管采用SAE法蘭，型圈密封，當(dāng)法蘭密封槽加工過(guò)深或型圈不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，密封圈壓縮量不夠，當(dāng)吸油壓力處于大氣壓之上時(shí)，密封處不會(huì)往外滲油，但當(dāng)吸油壓力處于大氣壓之下時(shí)，空氣就會(huì)由此進(jìn)入系統(tǒng)。

4）循環(huán)泵吸油管法蘭密封不嚴(yán)，或是吸油管扣壓不到位，同樣會(huì)吸進(jìn)空氣，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，氣泡被打散后回到吸油區(qū)，造成系統(tǒng)多個(gè)泵產(chǎn)生異響。

5）吸油管上附屬包括測(cè)壓頭及蝶閥等密封不嚴(yán)。與蝶閥相連接的法蘭面粗糙度不夠或蝶閥密封損壞造成空氣進(jìn)入；泵吸油口裝有測(cè)量吸油壓力的測(cè)壓接頭，測(cè)壓接頭具有自封功能，其內(nèi)部彈簧頂著鋼珠起到密封作用，如圖2所示。如果彈簧較軟或有雜質(zhì)擠到鋼珠與接頭體的密封面上，就會(huì)造成密封不嚴(yán)，在吸油負(fù)壓的情況下，空氣由此進(jìn)入，造成泵異響。

6）吸油管布置不合理氣泡難以排出。吸油管由于結(jié)構(gòu)原因，中間向上凸起，如圖3(a)所示，氣泡就會(huì)積聚在凸起處難以完全排出，當(dāng)流量突然變化時(shí)，部分氣泡就會(huì)隨油液進(jìn)入泵里引起噪聲。因此，吸油管應(yīng)布置成U型，如圖3(b)所示。

2.2 泵吸油不暢

圖2 測(cè)壓接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 吸油管布置圖

由于吸油不暢，負(fù)壓過(guò)大，引起柱塞泵脫缸與撞擊，是泵產(chǎn)生異響的另一主要原因。具體到隧道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)，有如下幾種方式。

1）油箱上配置的空氣濾清器堵塞。當(dāng)推進(jìn)油缸快速伸出時(shí)，油箱內(nèi)油液迅速減少，如果空氣濾清器堵塞，油箱內(nèi)就會(huì)形成負(fù)壓，造成泵吸油困難。

2）吸油過(guò)濾器通油能力不夠或堵塞。油箱內(nèi)裝有多個(gè)不同規(guī)格的吸油過(guò)濾器，如果過(guò)濾器裝錯(cuò)，通油能力小的過(guò)濾器裝到了大排量泵的吸油口，或過(guò)濾器堵塞，都會(huì)造成泵吸油不暢。

3）吸油截止閥未完全打開(kāi)。在吸油管路上裝有蝶閥，一般手柄與蝶閥在一個(gè)平面上為打開(kāi)，與蝶閥成90°，則為關(guān)閉狀態(tài)。有時(shí)蝶閥手柄未按要求裝配，則會(huì)造成蝶閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)的誤判。

4）吸油管過(guò)長(zhǎng)或通徑不夠。根據(jù)泵的最大流量以及吸油管路的通徑計(jì)算吸油流速，常規(guī)吸油流速在0.5～1.5m/s范圍內(nèi)。

5）泵殼體泄油壓力大。對(duì)于柱塞泵而言，泵殼體泄油壓力過(guò)大，不僅會(huì)造成軸封損壞，還可能造成泵運(yùn)行不平穩(wěn)，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。

如圖4所示，A區(qū)域?yàn)槲?，B區(qū)域高壓油，C區(qū)域?yàn)樾褂汀Ｔ谖瓦^(guò)程中，柱塞一端為泄油壓力，一端為吸油壓力，當(dāng)泄油作用到柱塞上的力大于吸油和滑靴壓盤(pán)作用到柱塞上的力時(shí)，滑靴就會(huì)與斜盤(pán)脫開(kāi)，當(dāng)運(yùn)行到高壓區(qū)時(shí)，在高壓油作用下，柱塞滑靴又緊密貼合斜盤(pán)。在泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，就會(huì)造成脫缸與撞擊，發(fā)出高頻噪聲。如Rexeoth的A10V泵，樣本中明確要求，泵殼體泄油壓力不得超過(guò)吸油壓力0.5bar。

6）溫度低，粘度大。根據(jù)液壓油的粘溫特性可知，當(dāng)油溫降到10℃以下時(shí)，油的粘度會(huì)急劇增大，在環(huán)境溫度較低時(shí)啟動(dòng)泵，由于油的粘度較高造成泵吸油困難。

造成泵吸空的原因還有很多，相對(duì)與隧道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)生的幾率很小，在此不再列舉。

3 故障排除

由以上分析可知，造成泵吸空的原因很多，在現(xiàn)場(chǎng)排除此故障時(shí)，如何快速準(zhǔn)確的找到故障原因成為重中之重。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的操作難易程度，繪制以下故障樹(shù)供現(xiàn)場(chǎng)參考（圖5）。

泵吸空導(dǎo)致異響故障，參考故障樹(shù)分析方法，一般可以得到快速解決，基礎(chǔ)是檢測(cè)手段要具備，最好是設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮在內(nèi)，如吸油口的測(cè)壓接頭以及測(cè)量真空度的負(fù)壓表等，如沒(méi)有配置這些檢測(cè)工具，那判斷起來(lái)就會(huì)很困難，解決問(wèn)題的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)。

4 結(jié)論與建議

現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的技術(shù)人員應(yīng)具備一定的排除故障的分析能力，更應(yīng)具備現(xiàn)場(chǎng)判斷能力，如吸油管內(nèi)殘存的空氣有時(shí)幾個(gè)小時(shí)都難以排干凈，這就需要準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)判斷，否則就會(huì)找錯(cuò)方向，耽誤時(shí)機(jī)。

圖4 柱塞泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖5 泵吸空造成異響故障樹(shù)