盾构机液压柱塞泵损坏原因解析.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 l 4年 第 0 5期 d o i l 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 2 0 盾构机液压柱塞泵损坏原 因解析 马 明东 厦 门伍纵船舶液压技术有限公司， 福建 厦门 3 6 1 1 0 2 摘 要 该史分析斜轴』 液压杜塞泵损坏原 及桩塞滑靴与斜盘摩擦 副静压油膜机理 ， 论述不同转速 、 压 力下滑靴油膜特悱 关键词 静门 油膜 ； 滑靴油膜 特性 ； 盾构机 ； 柱塞泵 中图分类号 T H l 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 5 8 0 2 S h i e l d Hy d r a u l i c P i s t o n Pu m p 1 a m a g e Ca u s e Ana l y s i s MA Mi n g-d o n g Xi L t f i l e F I W u V e r t i c a l S h i p Hy d r a u l i c F e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， Xi a me n 3 6 1 1 0 2， C h i n a Ab s t r a c t ． r h i s p a p e r a n a l y z e s t h e c a u s e s o f d a ma g e c l i n e h y d r a u l i c p i s t o n a n d p i s t o n s l i p p e r a n d s wa s h p l a t e me c h a n i s m o f f r i c t i o n s t a r k fi l m， d i s c u s s e s I h c d i ff e r e n t s p e e d ， p r e s s u r e d e c l i n e b o o t s fi l m p r o p e r t i e s ． Ke y wo r d s h y d r o s l a t i ‘ fi h n； s l i p p e r fi l m p r o p e r t i e s ； s h i e h l ； p i s t o n p u mp 0 引言 一 台某进 【 -1 品 牌盾 构机 ． 新 机 投入 使 用掘 进 到 l 1 9 环 时 ． 动 刀盘 旋 转 的 台进 L I 的液 压柱 塞泵 中的 1 泵发} f J 异响 ． 初步判断 可能是液压柱塞泵胆件损坏 ． 用 户在线旋下泵壳体上的冲洗 Is I 堵头 ．从壳 内流出的油 液 l f f 明 看 到铜 屑 ， 判 定 泵 已损 坏 ． 只 好把 泵 从 台车 上 拆下 解体泵后 ． 看到柱塞滑靴已磨损严 重， 泵胆件都 已破 碎 、 清窄液压油箱 内的油液 ， 打开油箱窗 口， 看到油箱 底 面全 部 是铜 屑 ． 在 如此 情 况 下 ， 又 拆 下 2 泵 、 3 泵 ， 在这二台泵壳中都有 l 泵破碎后的铜屑 ． 再拆下推进 泵 、 注浆 泵 、 螺旋 泵 、 补 油 泵 、 冷却 泵等 全液 压 系统 中 的 液压泵全部进行解体后 ．看到每台泵壳体 内都有铜屑 现象 ．非常惊 奇的是损坏的 l 泵胆件的 M8断螺栓竟 然跑到推进泵壳体 。造成推进泵 变量机构损伤。补油 泵 、 冷却泵壳体 内还有较大的铜块 。泵清理及清洗后 ， 发现 2 泵 、 3 泵的柱塞滑靴摩擦 面发生磨损 ，缸孔铜 套划 伤 。 1 泵损伤原 因的排查 为 r 查 找 l 泵损 坏 原 因 ． 承修 方 对 此泵 破 损 的零 件进 行 了细 致 排 查 ．观 察发 现 9只柱 塞 的 滑靴 全 部脱 收稿 日期 2 0 l 4 一 O 3 2 O 作者简介 5 明东 1 9 5 3 一 ， 男 ， 辽宁鞍山人 ． 工程师 ， 学 士 ， 主要从 事液压 系统故障诊断 与维修 落露 出球 头 ．但 有 一 只柱 塞 的球 头 比别 的球 头磨 损 严 重 ， 只剩余半个球面 见图 1 ． 针对这只柱寨为什么 比 别 的柱塞损伤严重进行分析和重点检测 ．结果在这只 柱 塞 孔 内 的节 流孑 L 中发 现 有 2 L的堵 塞 物 。这 个 堵 塞物是橡胶 O形圈的一段 。 图 1破 损 零 件 ● ■ 物 图 2堵 塞 物 承修方得 出结论是 橡胶质堵塞物堵塞柱塞球头 进油孔 ． 使滑靴与斜盘问失去静压油膜平衡 ． 滑靴 与斜 盘两金属在无油膜状态下产生摩擦磨损 2 滑靴 刚性油膜 原理 见图 3 从斜盘式液压柱塞泵的滑靴原理上讲 ．电机带 动 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 5 ．2 0 1 4 柱 塞 泵 主轴 旋 转 ．柱 塞 泵 的主 轴 轴面 上 的外 花 键齿 插 入 缸 体 中 心 孑 L 上 的 内花 键 齿 迫 使 缸 体 作 3 6 0 往 复 旋 转 ． 缸体旋转时 ． 缸体柱塞孑 L 中的 9支柱塞与滑靴支 承 斜盘上 ．斜盘的角度迫使缸体在旋转时柱塞组件在缸 孑 L 中往复运动 ， 即柱塞的吸油与压油 在正常的工作状 态下 ， 滑靴与斜盘问的相对滑动时 ． 两金属间并没有发 生接触 ， 而是有静压油膜支承 ， 即阻尼管型静压支承滑 靴 原理川 柱 塞在 缸体 孑 L 中压排 油 过 程 中 ．柱 塞腔 内的 油压 力 P就是泵 的输 出压力 ．油压 P对柱塞产生一个反推 力 ．压力油 P经柱塞球头中心的节流孑 L 进入到滑靴顶 部与斜 盘之间 ．因滑靴面与斜盘平面的间隙只有 O ． 0 l 左右 ． 压力油 P与斜盘间便产生一个流体压力场 ． 形成 的较大的油膜刚度有效支承柱塞滑靴与斜盘摩擦面达 到压 力 平衡 ．以保 证 滑 靴 和斜 盘 问 的摩 擦 为纯 液 体摩 擦[2 1 压力油 P对斜盘产生的撑开力要推开斜盘但 因斜 盘机械固定 ．压力油 P只能从这 0 ． 0 l的间隙中喷出从 而形成静压油膜 ．这个压力油膜使两金属问在旋转摩 擦时 ， 没有发生接触 ． 使泵能正常运转[ 3 ] 。 滑靴剐讯 f 膜 点处 度lIII 线 ⋯一 额定转述 l 5 0 0 r／ m n ，J 】￡ 2 8 MP a ～一 额定转速 l 5 0 0 r／ m n ，『 1 力 1 0 MP a ⋯～ 额定转速 1 5 0 0 r／ m n ， J 5 MP a 额定转述 l 5 0 0 r／ m n ， JI MP a 。∞ J耋 图 3不 同转速 、 压力下滑靴油膜特性 3 柱 塞泵损 坏原 因结论 1 柱塞 的中心孔 因外来物使柱塞 中心孔部分堵 塞 ．压力 油P流通量过小 ，没能形成有效的流体压力 场 ． 恶化 了工作条件 ． 滑靴会 出现烧损现象或变化到磨 损现象 2 柱 塞的中心孑 L 因外来 物使柱塞 中心孑 L 过流孑 L 全部堵塞 ． 使压力油 P没能到达滑靴摩擦面 ， 无法在滑 靴 与斜 盘 问形 成 静 压油 膜 ．柱塞 滑 靴 与斜 盘 滑 动 面产 生双金属摩擦 ， 便 出现柱塞铜滑靴被磨成粉末 此时是 钢对铜摩擦 ， 柱塞滑靴被磨脱落后露出柱塞球头再对 斜盘滑动面摩擦 此时是钢对钢摩擦 ， 斜盘滑动面被 柱塞球头破坏后 ．使另外的 8只柱塞的滑靴也无法形 成静压油膜关系 ， 便再次重复磨损现象 ． 最终是 9只柱 塞的铜质滑靴全部磨成粉末 ．最终的结果是泵胆件全 部损 坏 。 3 闭式 液 压 回路 中 的 驱 动 刀 盘 旋 转 的 三 台超 大 排量的柱塞泵 A B口输 出压力油胶管 ． 使用到一定的周 期后 ． 胶管 内臂的胶层在大流量高压力油的冲刷下 ． 会 脱落掉下来 ． 因是闭式液压 回路 ． 脱落的胶层是无法排 出到液压系统之外的 ． 一旦胶层脱落后 ． 首先会进入到 液 压 马达 后 再返 回到 泵 的配 流 腔 中 ．胶层 被 液 压 柱 塞 泵及 液 压 马 达多 次 挤压 变 成 细小 颗 粒 后 ．便 进 入 到柱 塞球头中心孔 中． 堵塞或节流压力油 P ． 使 滑靴与斜盘 问 无法 形 成 有一 定 刚 度 的油 膜 ．造 成 滑靴 与 斜 盘 问 发 生粘接摩擦 ， 铜质材料的滑靴便很快失效 4 每台泵壳 内都有损坏泵的铜屑原因解析 此 盾 构 机 采 用 闭 式 液 压 回路 ， 8台 液 压 马 达 、 9台 不 同型号液压柱塞泵壳体泄漏油管集束到一根 回油管 道泄回到油箱 。 其 中三台型号相 同、 超大排量 的柱塞泵 排 口是合流状态 ． 当合流泵 中的某一台泵损坏后 ． 损坏 的泵排 口便不会有压力油排 出．而是会出现一个压力 低点 ．合流中的另外二台能正常工作 的柱塞泵所排 出 的压力油并没有去驱动液压马达而是倒排人合流管道 中的压力低点 ． 即损坏 的这台泵 的排 口中 ， 压力油从 已 破损的泵配流 I 1 喷人到泵壳体 内．会在损坏泵壳体 内 出现一个压力释放 释放后 的压力油激起损坏泵壳体 内的一切碎屑从损坏泵壳体泄油 口中喷 出再进入到共 用 的回油管 中．又顺着这条共用 回油管排人到下游与 共用泵壳体泄油管道相连的每 台泵 的壳体泄漏管 中 ． 从泵壳上的泄漏 口注入到每 台泵壳体 内。 盾构机在拼装时 ， 有众 多的油管需要连接 ， 而连接 管路的人又多数没有受过专业培训 ． 如果在连接液压管 路时不慎掉人管道 内一个小小的 O形圈，小小的失误 ， 它所造成的后果是损失上百万 参考文献 【 1 】 许耀铭． 油膜理论与液压泵和马达 的磨擦 副设计【 M] ． 北京 机 械工业 出版社 ． 1 9 8 4 ． 『 2 1 『 英1 J ． 霍林 ． 摩擦学原理【 M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 8 1 ． 【 3 】 刘 云飞． 柱塞泵 滑靴磨 损原 因分 析[ R J ． 中国工程 机械工业 协 会维修及再制造分会 2 0 1 2年技术峰会， 2 0 1 2 ． f 4 ] 市川常雄． 关于柱塞泵压力平衡理论I j 1． 油压化设计 ， 1 9 6 5 ， 2 ． 5 9