某型液壓泵回油流量超標故障原因分析

賀凱歌 沈騁愷 王鵬

摘要：針對某型液壓泵在試驗過程中出現的回油流量超標情況，采用對柱塞座的微觀觀察、成分及鍍層檢查、材料缺陷分析等檢測手段，確定了故障原因，并制定了相應的改進措施。

關鍵詞：液壓泵;回油流量;柱塞座;檢測手段

0 引言

某型液壓泵是某型飛機液壓系統的主泵，為直軸式恒壓變量柱塞泵，采用端面平面配流方式，液壓泵由發動機傳動機匣傳動。

液壓泵是液壓傳動系統中的能源元件，其作用是向系統提供具有一定壓力和流量的油液，將機械能轉換為液壓能。對于液壓泵來說，出口壓力、出口流量和回油流量是衡量液壓泵性能的主要指標。其中，回油流量數值的變化可反映液壓泵內泄漏量的變化，泄漏量的變化反映了液壓泵內各個摩擦副之間的磨損情況，因此，對于回油流量的測控顯得尤為重要。

1 工作原理

液壓泵通過傳動軸與電機以花鍵連接并隨之一起運轉，帶動轉子、柱塞旋轉，同時柱塞作往復直線運動。轉子以端面貼合在分油蓋端面上旋轉滑動，分油蓋端面開有兩個分別與進出口油路相通的腰形槽。低壓油通過分油蓋及轉子上的腰形槽進入轉子的柱塞孔內，凡是與分油蓋上低壓腔相通的柱塞孔均進入低壓油，完成吸油動作;同時，由于轉子與分油蓋的相對運動而使轉子孔內的工作液旋轉一定角度后與分油蓋上的高壓腔相通，由于柱塞孔內的容積發生變化，促使柱塞孔內的油液經分油蓋沿高壓管路排出，完成排油動作。由此可見，轉子每旋轉一周，各個柱塞完成半周吸油、半周排油的過程。轉子不斷旋轉，泵便連續地吸油和排油。液壓泵原理如圖1所示。

2 故障現象

液壓泵試驗過程中，全流量下回油流量為4.10L/min，已超過要求值，此時液壓泵已工作22.5h。查看0～22.5h的回油流量曲線（圖2所示），發現試驗進行到22.5h時出現全流量下回油流量突變現象，此時液壓泵回油流量指標不符合要求，需要對故障現象進行原因分析。

3? 故障分析

3.1 宏觀檢查

對產品進行分解檢查。發現柱塞座表面有異常磨損情況，3#柱塞座表面有明顯缺口，3#柱塞座端面缺口的尺寸約為0.53×0.5mm，如圖3所示。顯微鏡下觀察，3#柱塞座端面存在明顯劃痕，如圖4所示。其余零組件均正常。

3.2 微觀觀察

根據宏觀檢查情況，除柱塞座端面有異常磨損外其余零部件均正常，因此判定液壓泵在試驗過程中出現回油流量瞬間變大的原因是由泵的內部泄漏量瞬時超大所致，瞬時超大的原因是零部件出現了異常磨損。回油流量的變化反映泵的內部零部件磨損情況，為此需進一步分析造成磨損的原因。

切割具有明顯缺口的3#柱塞座缺口處，經掃描電鏡觀察柱塞座表面存在凹坑，表面未見明顯磨損痕跡。

3#柱塞座試樣顯示凹坑深度約為85.52μm（見圖5），試樣凹坑內銀層深度約為4.58μm（見圖6）。

通過冶金分析，觀察凹坑周圍紋路可知表面凹坑不是由擠壓磨損形成。

3.3 材料缺陷分析

針對宏觀檢查中3#柱塞座端面缺口尺寸（約為0.53×0.5mm），查閱相關資料，認為柱塞座基體存在疏松氣孔，該氣孔是最終凹坑的一部分，加工過程中液體通過該孔口進入氣孔內部區域，使柱塞座材料形成分層。在液壓泵工作過程中，柱塞座端面受交變應力載荷和摩擦磨損作用，氣孔內側面與基體的部分連接部位在交變應力作用下發生局部剝落，形成凹坑。剝落物進入柱塞摩擦副之間，柱塞座在“自轉”和“公轉”下，產生切向劃痕，切向劃痕將密封帶徑向溝通，不能起到密封支撐和潤滑作用，加速了柱塞座的異常磨損，使摩擦副處回油量增大。

4 結論

上述故障中的回油流量超大問題是由于柱塞座端面異常磨損、密封帶失效所致。密封帶失效是由于柱塞基體材料缺陷造成的，使之在試驗過程中出現局部剝落，產生掉塊和凹坑，掉塊進入柱塞座摩擦副之間，隨柱塞座的轉動產生切向劃痕，切向劃痕將密封帶徑向溝通，使柱塞座不能起到密封支撐及潤滑作用，加速了異常磨損，增加了摩擦副的泄漏，導致液壓泵回油量增大。

針對此故障原因，從加工角度進行控制，提出了采取超聲波+體視顯微鏡方式對柱塞座端面進行嚴格檢查，以提高零組件的合格率，降低液壓泵故障發生的概率。

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