从柱塞泵零件失效痕迹-探讨泵失效原因
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作者:马明东
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发布时间: 2020-12-24
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一台双辊式破碎机所用的国产闭式回路柱塞泵，型号：A4VG250EP，工作压力25MPa,峰值压力30MPa，在线使用1200H后出现故障现象是：伺服控制压力降低，导致泵排量减少，执行机构是液压马达，达不到正常转数。人工调节补油泵压力，使用二天后压力又降低，再次人工调节补油泵压力，无法达到正常的控制压力，把泵拆下进行分解后，缸体配流面上有一个柱塞孔间隔面左右侧见到现象是铜层局部缺损，相邻间隔梁铜层表面只有气爆㾗迹，其余的没有损伤现象。
一台双辊式破碎机所用的国产闭式回路柱塞泵，型号：A4VG250EP，工作压力25MPa,峰值压力30MPa，在线使用1200H后出现故障现象是：伺服控制压力降低，导致泵排量减少，执行机构是液压马达，达不到正常转数。人工调节补油泵压力，使用二天后压力又降低，再次人工调节补油泵压力，无法达到正常的控制压力，把泵拆下进行分解后，缸体配流面上有一个柱塞孔间隔面左右侧见到现象是铜层局部缺损，相邻间隔梁铜层表面只有气爆㾗迹，其余的没有损伤现象。
通过表面物理现象来分析产生原因，左图，缸体配流面上九个间隔梁，只有二个梁有缺损铜层，相邻的1#梁、4#梁表面只见有气爆㾗迹，表面没有铜层缺损现象，而其余的5个u梁未见异常。常见的缸体配流表面产生气蚀现象时是每道间隔梁表面都会有均匀一致的痕迹，常见的缸体配流面与配流盘之间有夹持杂物时，造成划伤时，也是各间隔梁表面都均匀一致的损伤痕迹，而这个配流面上为什么有5道间隔梁表面完好，没有损伤？
分析问题要多想几个为什么？不能先入为主，不要凭主观臆断来莽撞下结论，忽略实际，一定要重视客观性，让客观决定主观，造成液压故障原因至少要二个以上的原因或更多的原因合集在一起才能造成故障，分析液压问题要找出诱因而导致的原因。分析泵零件表面损伤㾗迹，要从泵应用环境、压力变化速率、流速、压力、零件制造工艺、材料、摩擦副形式、破碎机工作原理及机电控制回路等一系列要素来分析，主观反映客观，必须使主观符合客观。
这台损伤缸体配流面的闭式回路液压系统中用的A4VG250泵，变量形式为EP的柱塞泵，与开式液压系统不同的是，只有动力原件到执行原件，中间没有控制原件，也就是柱塞泵直接驱动液压马达旋转工作，马达的正、反旋向是靠泵的A、B口排油来调节马达旋转方向，如果破碎机在破碎物料时意外地被大件物料憋住破碎辊时，驱动马达的压力上升达到某数值时，控制程序会自动改变马达旋向，如果液压系统压力有四次达到压力最高上限时，电脑会切断泵变量控制，使泵斜盘摆角规零，柱塞泵达到零排量并报警，达到安全可靠的工作状态。
分析问题有下面6种原因：
1，从损伤零件表面物理现象是瞬间压力冲击所致。
2，泵排油压力管道到马达之间的管路超长，这是造成瞬间冲击压力根源。
3，泵压力油液在管道内流速快，高压钢管内径Ф37mm，达到每秒5.84m/S（液压流速是产生瞬间液压冲击最根本原因）。
4，管路设计缺陷。
5，双金属材料烧结结合度有待怀凝。
6, 液压泵代载停机。
下面从这上述6个方面来分析，文章开头已排出气爆与夹持杂物这两种能造成缸体配流面损伤的原因以外，九道间隔梁四道有问题而其它的五道间隔梁无损伤㾗迹，这种情况特征符合瞬间压力冲击特性，瞬间压力冲击必须有6个条件才能造成及产生，
1，压力油液管路要超越8米长以上才能形成液体流动惯性，管路越长、造成瞬间压力冲击惯性能量越大（这是笔者N次测试的结果，已损坏2台A4VSO180的泵）。
2，压力油液在管路内流速≤6m/S，压力油液流速越快，造成瞬间压力冲击能量越大，反射压力波在毫秒级反复震荡，直到反射压力波减弱止。
3，动力源压力流被瞬间遮挡阻断，例如电磁换向阀瞬间关闭油流通道。
4，动力源瞬间断流，例如带功的电机突然断电，工作中的柱塞泵戛然而止。
5，意外产生的瞬间压力升高，例如马达瞬间被倒拖。
6，瞬间卸压，卸压瞬间是指在高压状态下，瞬间开一个大的开口面积，按照阀口流量公式，会有一个很大的瞬态流量，从而对应一个很大的动量变化，如果再叠加反射压力波，会造成管路内能量非常巨大的真空管效应，足够拉脱柱塞滑靴或拉裂回程盘。
本文这个缸体配流面间隔梁表面损伤，符合前三个条件瞬间压力冲击损伤，是瞬间超高冲击压力倒灌进入泵排油口，通过配流盘两个窗口冲击到缸体配流面上1到4#间隔梁间（见图3），瞬间超高压冲击压力有集束中心点区域，重点冲击到2~3#梁中间的孔内，造成这个柱塞窗口的左右两侧铜层与钢基分离脱落，而另外5处间隔梁没有受到冲击压力，表面才没有损伤现象。
从观看到滑靴面上的撞击㾗迹，本次瞬间压力冲击的力度不算大，为什么会造成缸体配流面铜层缺损，关系到国产泵的一系列问题，不敢妄下定论。
从上述造成泵零件损伤原因，充分理解力士乐液压泵新样本上增加了这么一项技术要求：压力变化速率RA max-----16000bar/s。压力变化速度RA、在整个压力范围内压力变化的最大允许升压/降压速率。
分析问题要多想几个为什么？不能先入为主，不要凭主观臆断来莽撞下结论，忽略实际，一定要重视客观性，让客观决定主观，造成液压故障原因至少要二个以上的原因或更多的原因合集在一起才能造成故障，分析液压问题要找出诱因而导致的原因。分析泵零件表面损伤㾗迹，要从泵应用环境、压力变化速率、流速、压力、零件制造工艺、材料、摩擦副形式、破碎机工作原理及机电控制回路等一系列要素来分析，主观反映客观，必须使主观符合客观。
这台损伤缸体配流面的闭式回路液压系统中用的A4VG250泵，变量形式为EP的柱塞泵，与开式液压系统不同的是，只有动力原件到执行原件，中间没有控制原件，也就是柱塞泵直接驱动液压马达旋转工作，马达的正、反旋向是靠泵的A、B口排油来调节马达旋转方向，如果破碎机在破碎物料时意外地被大件物料憋住破碎辊时，驱动马达的压力上升达到某数值时，控制程序会自动改变马达旋向，如果液压系统压力有四次达到压力最高上限时，电脑会切断泵变量控制，使泵斜盘摆角规零，柱塞泵达到零排量并报警，达到安全可靠的工作状态。
分析问题有下面6种原因：
1，从损伤零件表面物理现象是瞬间压力冲击所致。
2，泵排油压力管道到马达之间的管路超长，这是造成瞬间冲击压力根源。
3，泵压力油液在管道内流速快，高压钢管内径Ф37mm，达到每秒5.84m/S（液压流速是产生瞬间液压冲击最根本原因）。
4，管路设计缺陷。
5，双金属材料烧结结合度有待怀凝。
6, 液压泵代载停机。
下面从这上述6个方面来分析，文章开头已排出气爆与夹持杂物这两种能造成缸体配流面损伤的原因以外，九道间隔梁四道有问题而其它的五道间隔梁无损伤㾗迹，这种情况特征符合瞬间压力冲击特性，瞬间压力冲击必须有6个条件才能造成及产生，
1，压力油液管路要超越8米长以上才能形成液体流动惯性，管路越长、造成瞬间压力冲击惯性能量越大（这是笔者N次测试的结果，已损坏2台A4VSO180的泵）。
2，压力油液在管路内流速≤6m/S，压力油液流速越快，造成瞬间压力冲击能量越大，反射压力波在毫秒级反复震荡，直到反射压力波减弱止。
3，动力源压力流被瞬间遮挡阻断，例如电磁换向阀瞬间关闭油流通道。
4，动力源瞬间断流，例如带功的电机突然断电，工作中的柱塞泵戛然而止。
5，意外产生的瞬间压力升高，例如马达瞬间被倒拖。
6，瞬间卸压，卸压瞬间是指在高压状态下，瞬间开一个大的开口面积，按照阀口流量公式，会有一个很大的瞬态流量，从而对应一个很大的动量变化，如果再叠加反射压力波，会造成管路内能量非常巨大的真空管效应，足够拉脱柱塞滑靴或拉裂回程盘。
本文这个缸体配流面间隔梁表面损伤，符合前三个条件瞬间压力冲击损伤，是瞬间超高冲击压力倒灌进入泵排油口，通过配流盘两个窗口冲击到缸体配流面上1到4#间隔梁间（见图3），瞬间超高压冲击压力有集束中心点区域，重点冲击到2~3#梁中间的孔内，造成这个柱塞窗口的左右两侧铜层与钢基分离脱落，而另外5处间隔梁没有受到冲击压力，表面才没有损伤现象。
图3
在确定倒灌的冲击压力造成缸体配流面间隔铜层梁损伤的另一个可以相互认证重要证据：滑靴面，瞬间冲击压力倒灌冲入配流盘窗口内，柱塞体必然也要受到冲击，受到冲击的柱塞体带动滑靴撞击斜盘，必然会在滑靴面上形成撞击痕迹，缸体配流面间隔梁损伤严重哪个柱塞孔中的柱塞滑靴面如果有撞击㾗迹，就可以充分认证是瞬间压力冲击。从上述造成泵零件损伤原因，充分理解力士乐液压泵新样本上增加了这么一项技术要求：压力变化速率RA max-----16000bar/s。压力变化速度RA、在整个压力范围内压力变化的最大允许升压/降压速率。
作者：马明东 2020年12月10日于鞍山
