船用海水泵液壓馬達常見故障診斷與維修方案研究

王興剛，王希貴

（1.空軍駐哈爾濱軸承廠軍事代表室，黑龍江哈爾濱150036；2.中國船舶重工集團第703研究所；黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

船舶甲板機械使用液壓傳動有近百年的歷史。隨著液壓技術的發展，液壓傳動被進一步應用于船舶裝備的其他方面，如船舶自動操舵、船舶減搖鰭和可變螺距螺旋槳推進系統調整機構等方面。一旦這些液壓傳動裝置出現故障，將嚴重影響船舶運輸生產，增加船舶運輸公司的營運成本。據不完全統計，液壓系統的故障，近30%左右是由于海水泵液壓馬達的故障導致的。因此，搞清楚海水泵液壓馬達的故障類型和故障發生規律，對船舶液壓傳動系統的故障診斷與維修具有重要的意義。下面將就船用海水泵液壓馬達的常見故障和維修更換問題進行討論。

2 船用海水泵液壓馬達的常見故障及維修策略

不同工況要求液壓傳動設備采用不同的海水泵液壓馬達，幾種常用的船用低速大扭矩海水泵液壓馬達及其主要性能參數介紹如下。

其中，單作用徑向柱塞海水泵液壓馬達結構較簡單，適用于對低速穩定性要求不高的場合；雙斜盤軸向柱塞海水泵液壓馬達有較寬的速度范圍和良好的低速穩定性。當要求海水泵液壓馬達輸出大扭矩，并且有良好的低速穩定性時，一般都采用內曲線多作用徑向柱塞海水泵液壓馬達。液壓傳動系統的海水泵液壓馬達在正常使用時應動作平穩，無異常聲響，否則預示設備安裝條件發生不良的變化或馬達內的定子、葉片或彈簧等零部件發生缺陷。船用海水泵液壓馬達由于工作環境惡劣，負載大，經一段時間使用后易發生多種故障。這些故障的表現形式多種多樣，低速穩定性劣化(磨損)是船用海水泵液壓馬達最常見的故障，其產生原因大多是由于液壓油污染所致。船舶液壓系統工作條件十分惡劣，各類雜質極易混入液壓油中，使海水泵液壓馬達零件過早磨損，油液泄漏量不規則地增加，結果造成海水泵液壓馬達低速穩定性急劇下降。液壓油污染對整個液壓系統都是一個極大的禍害，它損壞液壓泵，使供油量與供油壓力出現無序脈動，同樣也會引發海水泵液壓馬達低速穩定性的劣化。液壓油的防污染與清潔處理是船舶液壓系統須特別重視的一項工作。此外，海水泵液壓馬達使用一段時間后，原來整定的回油壓力變小，也可能改變馬達的低速穩定性。對此，可將回油壓力進行調整，選用合理的回油背壓力。

2.1 常見船用低速大扭矩海水泵液壓馬達與主要工作參數

（1）徑向柱塞海水泵液壓馬達(大扭矩)

常用壓力（MPa） 12～20

排量(L/r) 0.1～10

最低穩定轉速(r/m in) 5～10

調整范圍(r/m in) 5～600

外形 較大

總效率(Gη=ηw·ηv) 較高

(2)軸向柱塞海水泵液壓馬達(高速)

常用壓力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～25

最低穩定轉速(r/m in) 2～400

調整范圍(r/m in) 3～1200

外形 較小

總效率(Gη=ηw·ηv) 高

(3)內曲線式海水泵液壓馬達(低速大扭矩)

常用壓力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～50

最低穩定轉速(r/m in) 0.5

調整范圍(r/m in) 1～200

外形 小

總效率(Gη=ηw·ηv) 低

船用海水泵液壓馬達使用一段時間后，其噪聲增大特別明顯，這主要是由于馬達長期處于高負載工況下運轉，潤滑條件又沒有很好的保證，導致機械相對運動部分的部分元件的軸承、聯軸節及其它運動部件磨損，使部件配合出現誤差。此外，系統的液壓沖擊與液壓油空穴現象也是造成海水泵液壓馬達噪聲增大的重要因素。

2.2 船用海水泵液壓馬達的常見故障與其原因

分析和一般排除方法

2.2.1 轉速下降原因

馬達內部柱塞與缸的配合不良或配流器間隙不當；

主軸、軸承等零件損壞；

液壓泵故障方法液壓輔件故障或失調。

2.2.2 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油；

更換零件維修、液壓泵維修或調整液壓輔件。

2.2.3 輸出轉矩變小原因

馬達內部柱塞與缸的配合不良或配流器間隙不當；

主軸、軸承等零件損壞；

液壓泵故障、液壓輔件故障或失調。

2.2.4 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油；

更換零件維修、液壓泵維修或調整液壓輔件。

2.2.5 低速穩定性下降原因

液壓油污染使馬達內零部件磨損；

液壓泵等不正常，使供油等出現異常；

液壓系統內混入空氣，使壓力出現波動或液壓油存在空穴現象。

2.2.6 排除方法

修理更換馬達，并嚴格清洗液壓油,檢查有關元件、附件，恢復正常供油條件；

排除系統的氣體。

2.2.7 噪聲增大原因

系統壓力流量變化超過額定值，馬達內部零件；

軸承、定子、主軸等損壞；

液壓油污染使運動部件摩擦力增大；

運動部件出現松動、偏心；

系統的液壓沖擊和油液空穴。

2.2.8 排除方法

查找排除壓力增大原因，修理更換馬達,清洗液壓油,校準配合或更換部件；

排除系統的氣體。

2.2.9 泄漏增加原因

機械振動引起緊固螺絲松動；

密封件損壞；

液壓油污染磨損零部件。

2.2.10 排除方法

擰緊螺絲，更換密封件，更換修理相應的部件，清洗液壓油。

事實上，液壓系統中各種故障的產生，往往是有多種原因的。液壓系統各種元件和附件工作狀況的相互制約和影響，甚至管路的長短、粗細、走向、分布都與此有著密切的關系。以油量供應不足引起海水泵液壓馬達輸出轉矩下降為例，除了上述有關敘述外，還可能與電磁閥等元件的電控線路故障等有關。因此，以上所述的海水泵液壓馬達各類常見故障僅包括出現頻率較高的一些原因。

3 更換國產化元件的選用原則

液壓系統的工作參數有壓力、流量、溫度等，代表液壓系統工作性能的主要參數是壓力和流量，當根據負載情況基本確定了海水泵液壓馬達的最大阻力矩，并知道了海水泵液壓馬達和液壓缸要求的工作速度范圍時，就可估算系統所需海水泵液壓馬達的工作壓力和工作流量，為確定液壓系統所需維修元件(海水泵液壓馬達)提供確切的依據。因此，正確選擇海水泵液壓馬達對制定合理的液壓系統的維修方案是一項至關重要的工作。

選用海水泵液壓馬達通常是根據馬達的扭矩、轉速、安裝尺寸和液壓系統的最大工作壓力等參數決定。由于海水泵液壓馬達在系統中屬于執行元件，因此往往是帶負載啟動，即在負載扭矩最大狀態下啟動，而船舶機械大多是大功率負載，如果海水泵液壓馬達沒有足夠大的啟動力矩是無法正常工作的。為了縮小系統體積，提高系統工作可靠度，海水泵液壓馬達經常與低速工作機構直接連接，因此船用海水泵液壓馬達要求具有大的啟動扭矩、很寬的速度范圍和良好的低速穩定性。

海水泵液壓馬達的輸出扭矩為：

式中：p-海水泵液壓馬達的工作壓力，MPa，

q-海水泵液壓馬達每轉排量，L/r，

ηw-海水泵液壓馬達的機械效率。

由上式可知，海水泵液壓馬達的輸出轉矩與其排量和壓力成正比。因此提高工作壓力或增大排量是海水泵液壓馬達獲得大輸出轉矩的最簡捷方法。但是提高工作壓力，將對海水泵液壓馬達乃至整個液壓系統的密封要求更加嚴格。否則，由于泄漏量增加，將導致馬達容積效率降低，輸出轉矩變小，并且還將加劇整個液壓系統發熱，影響輔件的壽命，最終導致系統可靠性下降。因此，對于一個船舶液壓傳動設備的維修，選用國產的液壓元件，首先要根據原液壓系統的最高工作壓力來確定選用的海水泵液壓馬達的工作壓力,其次是根據速度的需求，選擇能夠與原系統液壓泵相匹配的每轉工作排量來確定馬達的工作流量,最后根據安裝環境，確定選用海水泵液壓馬達的幾何尺寸,以方便安裝。考慮到船舶液壓系統的惡劣工作環境，為滿足船舶機械的負載特點和工作要求，并且保證系統有較高的可靠度，船舶液壓系統一般均選擇增大馬達排量的方法以實現海水泵液壓馬達的大輸出扭矩。海水泵液壓馬達增大排量時，輸出扭矩成正比提高，其轉速則成反比下降。

海水泵液壓馬達的轉速為：

式中：Q-海水泵液壓馬達的輸入流量，m3/s，

q-海水泵液壓馬達的排量，L/r,

ηv-海水泵液壓馬達的容積效率（海水泵液壓馬達的總效率為η=ηw·ηm）。

顯然，采用增大排量的方法來提高海水泵液壓馬達的輸出轉矩，則該類馬達的轉速必然較低，亦即船用海水泵液壓馬達多為低速大扭矩海水泵液壓馬達。低速海水泵液壓馬達與高速馬達相比，雖然體積和重量較大，但可靠性較高，壽命較長。因此它對換向、調速靈敏度要求不高，而對輸入轉矩的要求較高，故對工作環境惡劣的船舶機械是較適宜的。此外，由于馬達轉速低，低速工作機構可與海水泵液壓馬達直接連接，使整個傳動機構體積縮小、重量減輕。

4 結束語

船舶液壓傳動系統的液壓元件發生損壞后，選用國產的液壓元件進行維修，不僅降低了船舶液壓設備的維修成本，而且使國產液壓元件在實際生產中得到了應用，為民族工業的發展積累經驗。特別是海水泵液壓馬達，是代表液壓工業的整體水平的重要元件，它的廣泛應用，為國產液壓元件打入國際市場開辟了一條新路。

[1]那成烈，陳寧，那焱青.功率匹配軸向柱塞泵的動態仿真研究[J].甘肅工業大學學報，2000,26(24)：54-59.

[2]李生華，金元生.以機器狀態監測為目的的油液分析原理[J].設備管理與維修，1999，(6)