測試液壓泵正常工作狀況

2012-11-30

測試液壓泵正常工作狀況

在冶金行業(yè)引進(jìn)的成套設(shè)備中，其液壓站大都配置德國，美國等歐，美，日等國家生產(chǎn)的高壓，大流量液壓柱塞泵機(jī)組。在設(shè)備投入使用后，由于引進(jìn)時(shí)沒有相應(yīng)的液壓柱塞泵技術(shù)說明書，不了解泵的在線狀態(tài)監(jiān)測方法與維護(hù)方法及使用軟壽命，(軟壽命→是設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的役齡期限)。因此，有些國內(nèi)企業(yè)設(shè)備管理人員認(rèn)為：外國的液壓柱塞泵性能好，使用壽命長，只要液壓泵在運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力還能達(dá)到，就不必檢修，也沒有建立建全相應(yīng)的液壓泵現(xiàn)場點(diǎn)檢規(guī)章制度，從而造成對進(jìn)口的液壓柱塞泵的管理誤區(qū)。進(jìn)口的液壓柱塞泵與機(jī)械設(shè)備一樣，都是有服役期限。服役期限的長短取決于液壓介質(zhì)的清潔度以及設(shè)備運(yùn)行中正確監(jiān)測，維護(hù)及保養(yǎng)。本文中主要論述泵在線檢測，預(yù)知維修，保養(yǎng)維護(hù)，更換和調(diào)整。
    1.進(jìn)口液壓柱塞泵(簡稱泵)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：泵在零件制造過程中，零件金屬表面有一定的微觀不平度(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(yùn)動時(shí)，泵零件間相對高速運(yùn)動，此時(shí)摩擦副間會產(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)入一段相對比較長的穩(wěn)定使用階段。
    1.3異常磨損階段：在此階段中，金屬材料達(dá)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，導(dǎo)致零件失效。
    1.4泵在運(yùn)行中的相對運(yùn)動的三對摩擦副(靜壓軸承關(guān)系)零件之間的磨損，使零件間的縫隙增大，泵內(nèi)泄漏量隨之增多，油溫也相應(yīng)升高。泵軟壽命是從初期磨合期到穩(wěn)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?yàn)檩S承在泵殼內(nèi)軸向載荷轉(zhuǎn)動，泵殼內(nèi)的三大摩擦副(1缸體配流面與配流盤;2柱塞桿與缸孔;3滑靴與斜盤)零件高速摩擦轉(zhuǎn)動，金屬表面相對運(yùn)動時(shí)，金屬與金屬產(chǎn)生接觸摩擦，發(fā)生粘結(jié)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法排出泵殼外而積存在液壓泵殼內(nèi)。因泵殼體充滿液壓油，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(zhuǎn)動又在殼體內(nèi)旋流漂移，造成泵內(nèi)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(zhuǎn)精度降低后，無法保證缸體與配流盤的相對運(yùn)動精度，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)又會加速磨損。
    即使所使用的液壓介質(zhì)達(dá)到清潔度標(biāo)準(zhǔn)，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)公稱額定壽命;(2)修正的額定壽命;(3)深入計(jì)算的額定壽命。
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%在首次出現(xiàn)疲勞征兆前達(dá)到或超過的壽命。額定壽命計(jì)算的基礎(chǔ)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(nèi)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(jì)算中應(yīng)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，就無法精確計(jì)算。該理論在遇有磨粒磨損情況下，通常給出一個(gè)額定壽命值。液壓柱塞泵使用的是INA公司滾柱軸承。達(dá)到FZG試驗(yàn)的至少耐磨損等級10級，潔凈度為NAS1638之8級，用β⒑≧100的過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(tǒng)中，使用難燃的HF(H:Hydraulicfluid液壓油液：F:fire-resistant難燃)液壓介質(zhì)。例如煉鋼廠使用的液壓介質(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(yuǎn)。間隙摩擦引起的磨粒磨損`侵蝕和滾動軸承疲勞等都產(chǎn)生新的污染顆粒，因?yàn)榈聡舅a(chǎn)的E-系列液壓柱塞泵和馬達(dá)的技術(shù)數(shù)據(jù)已作了調(diào)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無水油液，磷酸酯不在此范圍內(nèi))
    2.2代有SL型號是德國公司為長期工作在高壓環(huán)境下而設(shè)計(jì)的一種重載荷超長壽命泵，SL型號的泵是采用帶靜壓平衡超長壽命重載軸承，與標(biāo)準(zhǔn)型號泵相比，“SL”型號泵有較長的使用壽命，泵可長期在高壓狀態(tài)下工作。在31.5MPa,公稱轉(zhuǎn)數(shù)和油液粘度36m㎡/s下軟壽命為10，000h小時(shí)。此泵設(shè)有專用于沖洗軸承的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(yùn)轉(zhuǎn)條件下及特定軸向載荷摩擦力矩的特殊軸承。例如德國A4VSO型號直軸斜盤式泵用的軸承是瑞典INA軸承公司專為力士樂泵特殊制造的，此種軸承滾動接觸區(qū)內(nèi)赫茲壓力與軸承配合面的面積與普通軸承有很大的區(qū)別，它與普通軸承的區(qū)別是泵用軸承針對泵運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的特殊載荷情況，采用了對數(shù)曲線修形滾子的圓柱滾子軸承即---滾子母線為直線的修形理論與均布載荷的母線滾子軸承內(nèi)圈和滾子接觸面的對稱指數(shù)修形曲線的特殊滾柱軸承。
    柱塞泵在工作壓力達(dá)到峰值壓力時(shí)，其分布在泵缸體孔中360°內(nèi)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(qū)域內(nèi)上，這種現(xiàn)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(yīng)力集中即“偏載邊緣效應(yīng)”，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影響。
3.2油液污染，主要是人為造成的污染，當(dāng)更換液壓濾芯時(shí)沒有把濾筒內(nèi)的油液排凈或根本就不排出濾筒內(nèi)的油液就抽換濾芯，造成濾筒內(nèi)的污染物從濾筒的排口直接流入油箱。當(dāng)一個(gè)≧10μm顆粒進(jìn)入到泵中，就會造成配流面的一道劃痕，當(dāng)這道劃痕在高壓油液長時(shí)間的沖刷下，就會演變成一道溝槽，就這么一道溝槽就會造成泵失效。
    3.3吸空，對泵軟壽命影響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(cuò)誤觀念，就是液壓管道不漏油不等于管道不漏空氣。當(dāng)油液管道及各部接頭處密封處于小的失效范圍內(nèi)，管道在一個(gè)大氣壓環(huán)境下是不泄漏油液的，當(dāng)泵排量增大時(shí)，泵吸油口S處就會出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，外部大氣壓高出泵吸油S口幾倍的大氣壓，泵吸油口就會從失效的部位吸入空氣。當(dāng)空氣進(jìn)入到泵配流區(qū)域從低壓區(qū)轉(zhuǎn)換到高壓區(qū)時(shí)，在高壓油的擠壓作用下，氣泡爆炸破裂，就會對缸體配流面與配流盤間造成穴蝕現(xiàn)象。穴蝕嚴(yán)重時(shí)造成缸體配流面銅層間隔區(qū)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(nèi)間隔板設(shè)計(jì)不合理，當(dāng)液壓系統(tǒng)回油時(shí)所帶入到油液中的空氣氣泡還沒有被徹底消出時(shí)就被泵吸油口吸走了，也會照成上述病因。
    3.4撓性聯(lián)軸器不對稱，電機(jī)軸與泵主軸不同軸度大于0.1mm時(shí)，高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的振動直接反應(yīng)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(yīng)有自己單獨(dú)的帶有減震座的泵架，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(dāng)，任何的不當(dāng)維修方式，都會造成泵的徹底損壞。泵的解體與裝配是一道精細(xì)而復(fù)雜的工作，工作人員必須在修泵前仔細(xì)閱讀所承修的泵，馬達(dá)的維修技術(shù)參數(shù)，按規(guī)程調(diào)整靜壓軸承間隙。由專業(yè)人員來維修。
    4、液壓柱塞泵在線監(jiān)測診斷與預(yù)知維修
    4.1本世紀(jì)初，以現(xiàn)代電子測試技術(shù)，計(jì)算機(jī)分析等先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測、診斷儀器為基礎(chǔ)，采用超聲波泄漏監(jiān)測技術(shù)，紅外測溫技術(shù)，泵用軸承小波分析技術(shù)，對在線使用的泵進(jìn)行定期檢測診斷，根據(jù)所采集故障信號，繪制出泵在線工作性能曲線圖，做出評估報(bào)告。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定是否對泵進(jìn)行維修。從而確定泵的維修期，避免了預(yù)防維修中過剩維修，大大地降低成本。提高泵使用軟壽命，減少了故障停機(jī)損失。以技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測維修制度取代過去的定期維修制度。也取代了過去的人工巡回檢測即用手摸泵外殼的溫度與振動，用耳聽泵轉(zhuǎn)動時(shí)發(fā)出的噪聲是否比以前擴(kuò)大音量的老式方法。特別是以設(shè)備點(diǎn)檢個(gè)人經(jīng)驗(yàn)為主的技藝維修，而不是以先進(jìn)的檢測，科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)診斷的維修。
4.2監(jiān)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易診斷和在線精密診斷兩大類別。液壓泵故障的預(yù)兆主要參數(shù)是壓力降低，流量減少，溫度上升，變量速度超時(shí)，噪音上升與振動增大，泵內(nèi)泄漏量超標(biāo)等。檢測不同參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)液壓泵所反映出來的實(shí)際狀況，現(xiàn)場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振動診斷法進(jìn)行檢測，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)分析處理并做出故障預(yù)報(bào)。可以較快的從泵的外部直接檢測出泵內(nèi)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(jī)的可靠性。
    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(jì)所組成，可聯(lián)接到泵的排口，通過調(diào)節(jié)儀器的各項(xiàng)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圖。泵總效率下降到72%時(shí)就必須下線修復(fù)。
    測試儀與泵泄油口聯(lián)接檢測泵內(nèi)泄量。泵的泄漏量是隨在線使用時(shí)間而變化的，在固定的周期時(shí)間內(nèi)，測出泄漏量的變化就可相應(yīng)得知泵影響系統(tǒng)能否正常工作的運(yùn)行狀態(tài)變化，將泄漏量隨時(shí)間變化的曲線稱為狀態(tài)曲線，作為泵工作狀態(tài)的評定指標(biāo)，可用以進(jìn)行故障預(yù)報(bào)和維修期的確定。
    泵內(nèi)泄漏狀態(tài)曲線的繪制及分析。以泵運(yùn)行時(shí)間為橫座標(biāo)，內(nèi)泄量和容積效率為縱座標(biāo)，繪出泵泄漏曲線，泄漏量超出正常值的50%就必須下線修復(fù)。
    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(tǒng)并配有配套的大型蓄能器組，如果其中有一臺泵內(nèi)泄漏量大或達(dá)不到工作壓力時(shí)，對整個(gè)液壓系統(tǒng)壓力及流量危害不能立即顯現(xiàn)出來，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(nèi)泄漏量大，泵內(nèi)的摩擦副間隙增大造成壓力油泄漏，泄漏的壓力油轉(zhuǎn)變成熱能，事必造成泵殼同正常泵殼的溫度差別。如果泵內(nèi)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(xiàn)出來，以上二種發(fā)熱現(xiàn)象采用“紅外線電子測溫儀”檢測對比，有問題的泵殼表面溫度就會比正常工作的液壓泵殼溫度高。點(diǎn)檢人員應(yīng)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表上標(biāo)出溫度記錄，此溫度曲線表可與泵監(jiān)測診數(shù)據(jù)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、液壓柱塞泵在線沖洗方法
    5.1針對在線使用的液壓柱塞泵殼內(nèi)積存的固體顆粒無法排出等問題，德國公司液壓泵設(shè)計(jì)人員在液壓泵殼的兩側(cè)設(shè)計(jì)加裝了用于沖洗裝置應(yīng)用的K1`K2沖洗油口，用于定期沖洗泵殼內(nèi)積存的金屬顆粒。
    通常泵是用液壓過濾機(jī)從K1口進(jìn)油從K2口出油進(jìn)行沖洗，如果是A2F355或A2V/A2P355A6V/A7V250以上的液壓泵備有專用于沖洗軸承的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。過濾機(jī)必須采用過濾比β10≧100濾芯，這樣可以得到清潔的液壓油來沖洗泵內(nèi)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(yùn)轉(zhuǎn)，沖洗時(shí)須注意泵殼體內(nèi)壓力不得超出0.2MPa，因?yàn)楸弥鬏S旋轉(zhuǎn)密封耐壓0.3MPa。為了確保泵沖洗時(shí)不得超壓，德國公司生產(chǎn)了專用于泵沖洗的低壓力開啟的沖洗閥，(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(dāng)管路A和B之間壓差超過0.3-0.5MPa
時(shí)，沖洗閥由高壓開啟，多余的油液流出低壓側(cè)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(dá)，應(yīng)在硬壽命達(dá)到5000小時(shí)必須拆開清洗，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(dá)的殼體必須是通過油口U沖洗。
    6、建立監(jiān)控與檢測維修制度
    6.1泵是整套液壓系統(tǒng)元件中價(jià)值的部件，如果不對泵進(jìn)行在線監(jiān)控與檢測就很難預(yù)測該泵何時(shí)需要什么樣的維護(hù)。如果不記錄和不分析所監(jiān)控泵的數(shù)據(jù)，幾乎就沒有可能對在線使用的泵能否按規(guī)定的服役期運(yùn)行做出準(zhǔn)確判斷。如果一臺泵出現(xiàn)可檢測的劣化跡象，在故障發(fā)生前有足夠時(shí)間可觀察到劣化程度，那么對泵進(jìn)行在線定期檢測就是合理的。加強(qiáng)維護(hù)保障，才能提高泵的使用壽命(利用率)。國外設(shè)備管理有一句名言：“維護(hù)是為了利用設(shè)備而進(jìn)行的故障管理”。所以建立以狀態(tài)檢測為基礎(chǔ)的定檢，定修制度，對在線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(dá)堅(jiān)持1500～2000h小時(shí)進(jìn)行一次沖洗，硬壽命達(dá)到8,000h即對泵，馬達(dá)更換軸承和調(diào)整。這是我們使用進(jìn)口液壓設(shè)備單位可借鑒的。
    6.2建立預(yù)防維修。維修的基本手段包括檢測、保養(yǎng)、更換和調(diào)試。泵預(yù)防性維修就是定期對泵進(jìn)行在線沖洗，泵硬壽命每達(dá)到1500小時(shí)進(jìn)行一次沖洗。
    6.3常用的維修方式是在預(yù)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小時(shí)，但這個(gè)軟壽命只是個(gè)參考，可以延長這個(gè)時(shí)間，但必須估計(jì)到這么延長會增加泵的損壞風(fēng)險(xiǎn)。冶金行業(yè)液壓系統(tǒng)現(xiàn)場是十分復(fù)雜的，尤其是污染的影響，精確評估需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，但我們可根據(jù)泵的硬壽命，(硬壽命---設(shè)備已服役時(shí)間)適時(shí)的采用電腦軸承分析儀對運(yùn)轉(zhuǎn)中的三對摩擦副和滾動軸承進(jìn)行檢測分析，針對摩擦副及軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中的工作狀態(tài)進(jìn)行正確判斷和精確分析，根據(jù)損壞趨勢來估計(jì)泵與軸承的剩余壽命，并及時(shí)作更換計(jì)劃，以避免突發(fā)事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
    6.4液壓泵的失效概率隨泵的役齡而上升，應(yīng)從泵服役期開始就建立相應(yīng)的記錄，記錄泵已達(dá)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(jié)果，質(zhì)量驗(yàn)收等一整套維修工藝記錄。
    6.5設(shè)立專業(yè)的設(shè)備監(jiān)督人員，行使對設(shè)備運(yùn)行，保養(yǎng)，維修全過程的監(jiān)督職能，使設(shè)備的維修管理科學(xué)化，數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修“零故障”。