船用海水泵液压马达常见故障诊断与维修方案研究

2010-03-16王兴刚王希贵

哈尔滨轴承 2010年3期

王兴刚，王希贵

（1.空军驻哈尔滨轴承厂军事代表室，黑龙江哈尔滨150036；2.中国船舶重工集团第703研究所；黑龙江哈尔滨150036）

1 前言

船舶甲板机械使用液压传动有近百年的历史。随着液压技术的发展，液压传动被进一步应用于船舶装备的其他方面，如船舶自动操舵、船舶减摇鳍和可变螺距螺旋桨推进系统调整机构等方面。一旦这些液压传动装置出现故障，将严重影响船舶运输生产，增加船舶运输公司的营运成本。据不完全统计，液压系统的故障，近30%左右是由于海水泵液压马达的故障导致的。因此，搞清楚海水泵液压马达的故障类型和故障发生规律，对船舶液压传动系统的故障诊断与维修具有重要的意义。下面将就船用海水泵液压马达的常见故障和维修更换问题进行讨论。

2 船用海水泵液压马达的常见故障及维修策略

不同工况要求液压传动设备采用不同的海水泵液压马达，几种常用的船用低速大扭矩海水泵液压马达及其主要性能参数介绍如下。

其中，单作用径向柱塞海水泵液压马达结构较简单，适用于对低速稳定性要求不高的场合；双斜盘轴向柱塞海水泵液压马达有较宽的速度范围和良好的低速稳定性。当要求海水泵液压马达输出大扭矩，并且有良好的低速稳定性时，一般都采用内曲线多作用径向柱塞海水泵液压马达。液压传动系统的海水泵液压马达在正常使用时应动作平稳，无异常声响，否则预示设备安装条件发生不良的变化或马达内的定子、叶片或弹簧等零部件发生缺陷。船用海水泵液压马达由于工作环境恶劣，负载大，经一段时间使用后易发生多种故障。这些故障的表现形式多种多样，低速稳定性劣化(磨损)是船用海水泵液压马达最常见的故障，其产生原因大多是由于液压油污染所致。船舶液压系统工作条件十分恶劣，各类杂质极易混入液压油中，使海水泵液压马达零件过早磨损，油液泄漏量不规则地增加，结果造成海水泵液压马达低速稳定性急剧下降。液压油污染对整个液压系统都是一个极大的祸害，它损坏液压泵，使供油量与供油压力出现无序脉动，同样也会引发海水泵液压马达低速稳定性的劣化。液压油的防污染与清洁处理是船舶液压系统须特别重视的一项工作。此外，海水泵液压马达使用一段时间后，原来整定的回油压力变小，也可能改变马达的低速稳定性。对此，可将回油压力进行调整，选用合理的回油背压力。

2.1 常见船用低速大扭矩海水泵液压马达与主要工作参数

（1）径向柱塞海水泵液压马达(大扭矩)

常用压力（MPa） 12～20

排量(L/r) 0.1～10

最低稳定转速(r/m in) 5～10

调整范围(r/m in) 5～600

外形较大

总效率(Gη=ηw·ηv) 较高

(2)轴向柱塞海水泵液压马达(高速)

常用压力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～25

最低稳定转速(r/m in) 2～400

调整范围(r/m in) 3～1200

外形较小

总效率(Gη=ηw·ηv) 高

(3)内曲线式海水泵液压马达(低速大扭矩)

常用压力（MPa） 16～32

排量(L/r) 0.25～50

最低稳定转速(r/m in) 0.5

调整范围(r/m in) 1～200

外形小

总效率(Gη=ηw·ηv) 低

船用海水泵液压马达使用一段时间后，其噪声增大特别明显，这主要是由于马达长期处于高负载工况下运转，润滑条件又没有很好的保证，导致机械相对运动部分的部分元件的轴承、联轴节及其它运动部件磨损，使部件配合出现误差。此外，系统的液压冲击与液压油空穴现象也是造成海水泵液压马达噪声增大的重要因素。

2.2 船用海水泵液压马达的常见故障与其原因

分析和一般排除方法

2.2.1 转速下降原因

马达内部柱塞与缸的配合不良或配流器间隙不当；

主轴、轴承等零件损坏；

液压泵故障方法液压辅件故障或失调。

2.2.2 排除方法

修理更换马达，并严格清洗液压油；

更换零件维修、液压泵维修或调整液压辅件。

2.2.3 输出转矩变小原因

马达内部柱塞与缸的配合不良或配流器间隙不当；

主轴、轴承等零件损坏；

液压泵故障、液压辅件故障或失调。

2.2.4 排除方法

修理更换马达，并严格清洗液压油；

更换零件维修、液压泵维修或调整液压辅件。

2.2.5 低速稳定性下降原因

液压油污染使马达内零部件磨损；

液压泵等不正常，使供油等出现异常；

液压系统内混入空气，使压力出现波动或液压油存在空穴现象。

2.2.6 排除方法

修理更换马达，并严格清洗液压油,检查有关元件、附件，恢复正常供油条件；

排除系统的气体。

2.2.7 噪声增大原因

系统压力流量变化超过额定值，马达内部零件；

轴承、定子、主轴等损坏；

液压油污染使运动部件摩擦力增大；

运动部件出现松动、偏心；

系统的液压冲击和油液空穴。

2.2.8 排除方法

查找排除压力增大原因，修理更换马达,清洗液压油,校准配合或更换部件；

排除系统的气体。

2.2.9 泄漏增加原因

机械振动引起紧固螺丝松动；

密封件损坏；

液压油污染磨损零部件。

2.2.10 排除方法

拧紧螺丝，更换密封件，更换修理相应的部件，清洗液压油。

事实上，液压系统中各种故障的产生，往往是有多种原因的。液压系统各种元件和附件工作状况的相互制约和影响，甚至管路的长短、粗细、走向、分布都与此有着密切的关系。以油量供应不足引起海水泵液压马达输出转矩下降为例，除了上述有关叙述外，还可能与电磁阀等元件的电控线路故障等有关。因此，以上所述的海水泵液压马达各类常见故障仅包括出现频率较高的一些原因。

3 更换国产化元件的选用原则

液压系统的工作参数有压力、流量、温度等，代表液压系统工作性能的主要参数是压力和流量，当根据负载情况基本确定了海水泵液压马达的最大阻力矩，并知道了海水泵液压马达和液压缸要求的工作速度范围时，就可估算系统所需海水泵液压马达的工作压力和工作流量，为确定液压系统所需维修元件(海水泵液压马达)提供确切的依据。因此，正确选择海水泵液压马达对制定合理的液压系统的维修方案是一项至关重要的工作。

选用海水泵液压马达通常是根据马达的扭矩、转速、安装尺寸和液压系统的最大工作压力等参数决定。由于海水泵液压马达在系统中属于执行元件，因此往往是带负载启动，即在负载扭矩最大状态下启动，而船舶机械大多是大功率负载，如果海水泵液压马达没有足够大的启动力矩是无法正常工作的。为了缩小系统体积，提高系统工作可靠度，海水泵液压马达经常与低速工作机构直接连接，因此船用海水泵液压马达要求具有大的启动扭矩、很宽的速度范围和良好的低速稳定性。

海水泵液压马达的输出扭矩为：

式中：p-海水泵液压马达的工作压力，MPa，

q-海水泵液压马达每转排量，L/r，

ηw-海水泵液压马达的机械效率。

由上式可知，海水泵液压马达的输出转矩与其排量和压力成正比。因此提高工作压力或增大排量是海水泵液压马达获得大输出转矩的最简捷方法。但是提高工作压力，将对海水泵液压马达乃至整个液压系统的密封要求更加严格。否则，由于泄漏量增加，将导致马达容积效率降低，输出转矩变小，并且还将加剧整个液压系统发热，影响辅件的寿命，最终导致系统可靠性下降。因此，对于一个船舶液压传动设备的维修，选用国产的液压元件，首先要根据原液压系统的最高工作压力来确定选用的海水泵液压马达的工作压力,其次是根据速度的需求，选择能够与原系统液压泵相匹配的每转工作排量来确定马达的工作流量,最后根据安装环境，确定选用海水泵液压马达的几何尺寸,以方便安装。考虑到船舶液压系统的恶劣工作环境，为满足船舶机械的负载特点和工作要求，并且保证系统有较高的可靠度，船舶液压系统一般均选择增大马达排量的方法以实现海水泵液压马达的大输出扭矩。海水泵液压马达增大排量时，输出扭矩成正比提高，其转速则成反比下降。

海水泵液压马达的转速为：

式中：Q-海水泵液压马达的输入流量，m3/s，

q-海水泵液压马达的排量，L/r,

ηv-海水泵液压马达的容积效率（海水泵液压马达的总效率为η=ηw·ηm）。

显然，采用增大排量的方法来提高海水泵液压马达的输出转矩，则该类马达的转速必然较低，亦即船用海水泵液压马达多为低速大扭矩海水泵液压马达。低速海水泵液压马达与高速马达相比，虽然体积和重量较大，但可靠性较高，寿命较长。因此它对换向、调速灵敏度要求不高，而对输入转矩的要求较高，故对工作环境恶劣的船舶机械是较适宜的。此外，由于马达转速低，低速工作机构可与海水泵液压马达直接连接，使整个传动机构体积缩小、重量减轻。