淺析斜軸式軸向柱塞泵的使用及維修

王天斌

摘 要：柱塞泵具有額定壓力高、結構緊湊、效率高和流量調節方便等優點，被廣泛應用于高壓、大流量和流量需要調節的場合，諸如液壓機、工程機械和船舶中。現以薩姆H1V160斜軸式柱塞泵為主，介紹其使用及維修方法。

關鍵詞：變量機構；摩擦副；軸承

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內往復運動時密封工作容積的變化來實現吸油和排油的。按照柱塞的運動形式可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。軸向柱塞泵又可以根據傳動軸中心線與缸體中心線的夾角分為斜盤式和斜軸式兩大類。經長期高效率的使用，這些油泵的性能將會出現不同程度的下降，甚至有的油泵性能的嚴重下降，已經無法再次投入使用。因此，液壓油泵的日常維護和修理成為了不可忽視的問題。

1 斜軸式柱塞泵的結構

斜軸式軸向柱塞泵一般都由缸體、柱塞、配油盤、主軸、變量機構、軸承、殼體等主要零件組成（如圖1）。這種軸向柱塞泵的傳動軸中心線與缸體中心線有一個傾斜角度，故稱為斜軸式軸向柱塞泵。柱塞一端以球形端頭與斜盤接觸。在配油盤上有高低壓月形溝槽，它們彼此由隔墻隔開，保證一定的密封性，它們分別與泵的出油口和進油口連通。

1—主軸 2—端蓋 3—軸承 4—殼體 5—柱塞 6—缸體 7—變量機構 8—配流盤 9—缸體中心軸 10—蝶形彈簧墊片

圖1 H1V160斜軸式軸向柱塞泵結構簡圖

2 工作原理

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內往復運動時密封工作容積的變化來實現吸油和排油的。當主軸轉動時，通過柱塞的內壁接觸帶動缸體作旋轉運動，同時柱塞在缸體的柱塞孔內作往復運動，工作容積增大時，缸體與配流盤吸油口相通，工作容積減小時，缸體與配流盤壓油口相通，來實現吸油和壓油。薩姆H1V160油泵屬于變量泵，其變量主要是通過變量機構（如圖2）改變主軸與缸體中心線的夾角來實現的，最大排量為160ml/r。

圖2 H1V160斜軸式柱塞泵變量機構

變量活塞（11）是一個階梯狀的活塞，如圖所示，左端直徑較小，稱為變量活塞的小端，而右端較大，稱為變量活塞的大端。變量活塞大端有一橫孔，穿過一個撥銷（18），撥銷的下端與配流盤的中心孔相配合，撥銷的上端套在導桿（19）上。當變量活塞左右滑動時便帶動配流盤沿著后蓋的弧形滑道滑動，從而改變缸體軸線與主軸之間的夾角，實現變量。薩姆H1V160斜軸式柱塞泵的配流盤初始狀態處在最小排量處。

變量活塞桿的小端腔與外控接口（44）相通，此接口提供4MP的壓力油。當變量油口（22）無壓力輸入或輸入小于調節彈簧（5）力時，這股油被封在變量活塞的小腔，作用在變量活塞上的力與調節彈簧作用在變量活塞上的力方向相同，配流盤依舊處在最小排量出。當變量油口輸入的壓力大于調節彈簧力時，控制閥芯（17）向前移動，使變量活塞小腔的高壓油通過控制閥芯上的橫孔及設在殼體上的油道流入變量活塞的大腔。這時，變量活塞大小兩端壓力相等，但由于大端面積大而小端面積小，根據F=PA可知，變量活塞大端受力較大。所以變量活塞在兩端壓力差的作用下向小端移動，從而使擺角變小，實現了變量的目的。與此同時，套在導桿上的調節彈簧也受到壓力，該壓力通過彈簧座（10）作用在控制閥芯上，當控制閥芯兩端受到的壓力相平衡時，閥芯不再移動，同時閥套上橫孔的控制油路被切斷，于是變量活塞就固定在某一個位置上。此時，當變量接口輸入的壓力減小時，控制閥芯所受的彈簧力大于液壓力，控制閥芯向左移動，將變量活塞大腔的控制油與泄油道溝通，變量活塞小端壓力高而大端壓力低，變量活塞又在壓差的作用下向大端移動，使缸體中心軸線與主軸之間的夾角減小，降低排量。同時，調節彈簧對控制閥芯的彈簧力也減小，直到與控制閥芯所受的液壓力平衡，這時變量活塞又在某一位置處于新的平衡狀態。

3 使用及維修

液壓系統的效率主要取決于液壓泵的容積效率，當容積效率下降到72%時，就需要進行常規維修，更換軸承和老化的密封件，要更換或修復超出配合間隙的磨擦副，使其性能得到恢復。

3.1 四對摩擦副的檢查與修復

斜軸式柱塞泵有四對重要的摩擦副：柱塞桿與缸體孔、配流盤與缸體配流面、配流盤與配流盤滑道、主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭，任何一對磨損都會使泵的性能下降。

（1）柱塞桿與缸體孔

表1為柱塞泵摩擦副之間的間隙，當表中所列的各種間隙超差時，可按下述方法修復：

①由于柱塞桿材料較缸體孔材料硬，一般不會出現嚴重磨損情況，在修理時，首先把一組柱塞桿外徑修整到統一尺寸，再用1000#以上的砂紙拋光外徑。柱塞桿的修理一般采用“表面工程技術”，如：電鍍技術：在柱塞表面鍍一層硬鉻；電刷鍍技術：在柱塞表面刷鍍耐磨材料；熱噴涂或電弧噴涂或電噴涂：噴涂高碳馬氏體耐磨材料；激光熔敷：在柱塞表面熔敷高硬度耐磨合金粉末等。

②缸體鑲裝銅套的，可以采用更換銅套的方法修復。一般缸體銅套的安裝有三種方法：第一、缸體加溫熱裝或銅套低溫冷凍擠壓，過盈裝配；第二、采有樂泰膠粘著裝配，這種方法要求銅套外徑表面有溝槽；第三、缸體孔攻絲，銅套外徑加工螺紋，涂樂泰膠后，旋入裝配。

③熔燒結合方式的缸體與銅套可采用研磨棒，手工或機械方法研磨修復缸孔。或采用坐標鏜床、鉸刀等，重新鏜孔，修復缸體孔。

④缸體孔無銅套的缸體，材料大都是球墨鑄鐵的，在缸體內壁上制備非晶態薄膜或涂層。因為缸體孔內壁有了這種特殊物質，所以才能組成硬—硬配對的磨擦副。如果盲目地研磨缸體孔，把缸體孔內壁這層表面材料研磨掉，磨擦副的結構性能也就改變了。被去掉涂層的磨擦副，如果強行使用，就會使磨擦面溫度急劇升高，柱塞桿與缸孔發生膠合。

次外，在柱塞桿表面制備一種獨特的薄膜涂層，涂層含有減磨、耐磨、潤滑等功能，這組磨擦副實際還是硬軟配對，一旦人地改變涂層，也就破壞了最佳配對材料的磨擦副，修理這些特殊的柱塞泵，就要送到專業修理廠。

（2）配流盤與缸體配流面

配流盤有平面配流和球面配流兩種形式，薩姆H1V160斜軸式柱塞泵采用球面配流。球面配流的磨擦副，在缸體配流面劃痕比較淺時，通過研磨手段修復；缸體配流面溝槽較深時，應先采用“表面工程技術”手段填平溝槽后，再進行研磨，不可盲目研磨，以防銅層變薄或漏出鋼基。缸體和配流盤在研磨前，應先測量總厚度尺寸和應當研磨掉的尺寸，再補償到調整墊上。配流盤研磨量較大時，研磨后應重新熱處理，以確保淬硬層硬度（見表2）。

表2 柱塞泵零件硬度標準

（3）配流盤與配流盤滑道

從理論上講，當控制變量壓力穩定后，配流盤應該停止在配流盤滑道的某一確定位置。但在實際應用中，由于控制油路除了控制油泵變量以外，還要為其他油路提供控制系統，這難免會引起控制壓力的波動，以至于配流盤經常在配流盤滑道上做往復運動，導致配流盤滑道磨損。此外，所使用液壓油的清潔度也會影響其磨損程度。

當配流盤滑道磨損較輕的時候可直接采取人工研磨的方法來修復。如果磨損嚴重時，首先要對配流盤滑道表面進行曲線磨，然后在通過“表面技術”處理，如表面氮化，以提高表面硬度，最后在進行人工研磨。修復后通過調整蝶形調整墊片使配流盤與配流盤滑道達到裝配要求。

（4）主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭

主軸滑靴球窩與柱塞桿球頭的滑動磨擦是斜盤柱塞泵四對磨擦副中最為復雜的一對。表1列出柱塞桿球頭與滑靴球窩的間隙，如果柱塞桿球頭與滑靴球窩間隙超差，柱塞腔中的高壓油就會從柱塞球頭與滑靴間隙中泄出，降低油泵的容積效率，嚴重時會引起摩擦副間的金屬接觸磨擦，滑靴燒蝕脫落，柱塞球頭劃傷斜盤。柱塞桿球頭與滑靴球窩超出公差1.5倍時，必須成組更換之。

3.2 液壓泵用軸承

軸承時柱塞泵最重要的部件之一，如果軸承磨損，出現游隙，則不能保證液壓泵內部三對磨擦副的正常間隙，同時也會破壞各磨擦副的靜液壓支承油膜厚度，降低柱塞泵的使用壽命。

據液壓泵制造廠提供的資料，軸承的平均使用壽命為10000小時，超過此值就需要更換新的。拆卸下來的軸承，沒有專業檢測儀器是無法檢測出軸承的游隙的，只能采用目測，如發現滾柱表面有劃痕或變色，就必須更換。在更換軸承時，應注意原軸承的英文字母和型號，柱塞泵軸承大都采用大載荷容量軸承，最好購買原廠家，原規格的產品，如果更換另一種品牌，應查尋專業軸承手冊以相同性能、規格型號替換，目的是保持軸承的精度等級和載荷容量。

通過轉動油泵主軸的方法也可以檢查油泵軸承及三對摩擦副間隙，當主軸很容易轉動時，說明三對摩擦副的間隙過大。這種情況可能是摩擦副磨損，也可能是軸承磨損造成的。解體檢修時，可以通過在蝶形彈簧墊片處加調整墊片或在軸承位加墊片的方法來解決。

4 結語

柱塞泵使用壽命的長短，與平時的維護保養，液壓油的數量和質量，油液清潔度等有關。避免油液中的顆粒對柱塞泵磨擦副造成磨損等，也是延長柱塞泵壽命的有效途徑。

雖然液壓泵的構造各異，功能不盡相同，所發生的故障也不是千篇一律，但是只要掌握了故障判斷的基本方法，再借助一些檢測儀器，就能準確地判斷故障發生的原因和部位，根據損壞程度及時修復。

參考文獻

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