浅析斜轴式轴向柱塞泵的使用及维修

王天斌

摘 要：柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。现以萨姆H1V160斜轴式柱塞泵为主，介绍其使用及维修方法。

关键词：变量机构；摩擦副；轴承

柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。按照柱塞的运动形式可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。轴向柱塞泵又可以根据传动轴中心线与缸体中心线的夹角分为斜盘式和斜轴式两大类。经长期高效率的使用，这些油泵的性能将会出现不同程度的下降，甚至有的油泵性能的严重下降，已经无法再次投入使用。因此，液压油泵的日常维护和修理成为了不可忽视的问题。

1 斜轴式柱塞泵的结构

斜轴式轴向柱塞泵一般都由缸体、柱塞、配油盘、主轴、变量机构、轴承、壳体等主要零件组成（如图1）。这种轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线有一个倾斜角度，故称为斜轴式轴向柱塞泵。柱塞一端以球形端头与斜盘接触。在配油盘上有高低压月形沟槽，它们彼此由隔墙隔开，保证一定的密封性，它们分别与泵的出油口和进油口连通。

1—主轴 2—端盖 3—轴承 4—壳体 5—柱塞 6—缸体 7—变量机构 8—配流盘 9—缸体中心轴 10—蝶形弹簧垫片

图1 H1V160斜轴式轴向柱塞泵结构简图

2 工作原理

柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。当主轴转动时，通过柱塞的内壁接触带动缸体作旋转运动，同时柱塞在缸体的柱塞孔内作往复运动，工作容积增大时，缸体与配流盘吸油口相通，工作容积减小时，缸体与配流盘压油口相通，来实现吸油和压油。萨姆H1V160油泵属于变量泵，其变量主要是通过变量机构（如图2）改变主轴与缸体中心线的夹角来实现的，最大排量为160ml/r。

图2 H1V160斜轴式柱塞泵变量机构

变量活塞（11）是一个阶梯状的活塞，如图所示，左端直径较小，称为变量活塞的小端，而右端较大，称为变量活塞的大端。变量活塞大端有一横孔，穿过一个拨销（18），拨销的下端与配流盘的中心孔相配合，拨销的上端套在导杆（19）上。当变量活塞左右滑动时便带动配流盘沿着后盖的弧形滑道滑动，从而改变缸体轴线与主轴之间的夹角，实现变量。萨姆H1V160斜轴式柱塞泵的配流盘初始状态处在最小排量处。

变量活塞杆的小端腔与外控接口（44）相通，此接口提供4MP的压力油。当变量油口（22）无压力输入或输入小于调节弹簧（5）力时，这股油被封在变量活塞的小腔，作用在变量活塞上的力与调节弹簧作用在变量活塞上的力方向相同，配流盘依旧处在最小排量出。当变量油口输入的压力大于调节弹簧力时，控制阀芯（17）向前移动，使变量活塞小腔的高压油通过控制阀芯上的横孔及设在壳体上的油道流入变量活塞的大腔。这时，变量活塞大小两端压力相等，但由于大端面积大而小端面积小，根据F=PA可知，变量活塞大端受力较大。所以变量活塞在两端压力差的作用下向小端移动，从而使摆角变小，实现了变量的目的。与此同时，套在导杆上的调节弹簧也受到压力，该压力通过弹簧座（10）作用在控制阀芯上，当控制阀芯两端受到的压力相平衡时，阀芯不再移动，同时阀套上横孔的控制油路被切断，于是变量活塞就固定在某一个位置上。此时，当变量接口输入的压力减小时，控制阀芯所受的弹簧力大于液壓力，控制阀芯向左移动，将变量活塞大腔的控制油与泄油道沟通，变量活塞小端压力高而大端压力低，变量活塞又在压差的作用下向大端移动，使缸体中心轴线与主轴之间的夹角减小，降低排量。同时，调节弹簧对控制阀芯的弹簧力也减小，直到与控制阀芯所受的液压力平衡，这时变量活塞又在某一位置处于新的平衡状态。

3 使用及维修

液压系统的效率主要取决于液压泵的容积效率，当容积效率下降到72%时，就需要进行常规维修，更换轴承和老化的密封件，要更换或修复超出配合间隙的磨擦副，使其性能得到恢复。

3.1 四对摩擦副的检查与修复

斜轴式柱塞泵有四对重要的摩擦副：柱塞杆与缸体孔、配流盘与缸体配流面、配流盘与配流盘滑道、主轴滑靴球窝与柱塞杆球头，任何一对磨损都会使泵的性能下降。

（1）柱塞杆与缸体孔

表1为柱塞泵摩擦副之间的间隙，当表中所列的各种间隙超差时，可按下述方法修复：

①由于柱塞杆材料较缸体孔材料硬，一般不会出现严重磨损情况，在修理时，首先把一组柱塞杆外径修整到统一尺寸，再用1000#以上的砂纸抛光外径。柱塞杆的修理一般采用“表面工程技术”，如：电镀技术：在柱塞表面镀一层硬铬；电刷镀技术：在柱塞表面刷镀耐磨材料；热喷涂或电弧喷涂或电喷涂：喷涂高碳马氏体耐磨材料；激光熔敷：在柱塞表面熔敷高硬度耐磨合金粉末等。

②缸体镶装铜套的，可以采用更换铜套的方法修复。一般缸体铜套的安装有三种方法：第一、缸体加温热装或铜套低温冷冻挤压，过盈装配；第二、采有乐泰胶粘着装配，这种方法要求铜套外径表面有沟槽；第三、缸体孔攻丝，铜套外径加工螺纹，涂乐泰胶后，旋入装配。

③熔烧结合方式的缸体与铜套可采用研磨棒，手工或机械方法研磨修复缸孔。或采用坐标镗床、铰刀等，重新镗孔，修复缸体孔。

④缸体孔无铜套的缸体，材料大都是球墨铸铁的，在缸体内壁上制备非晶态薄膜或涂层。因为缸体孔内壁有了这种特殊物质，所以才能组成硬—硬配对的磨擦副。如果盲目地研磨缸体孔，把缸体孔内壁这层表面材料研磨掉，磨擦副的结构性能也就改变了。被去掉涂层的磨擦副，如果强行使用，就会使磨擦面温度急剧升高，柱塞杆与缸孔发生胶合。

次外，在柱塞杆表面制备一种独特的薄膜涂层，涂层含有减磨、耐磨、润滑等功能，这组磨擦副实际还是硬软配对，一旦人地改变涂层，也就破坏了最佳配对材料的磨擦副，修理这些特殊的柱塞泵，就要送到专业修理厂。

（2）配流盘与缸体配流面

配流盘有平面配流和球面配流两种形式，萨姆H1V160斜轴式柱塞泵采用球面配流。球面配流的磨擦副，在缸体配流面划痕比较浅时，通过研磨手段修复；缸体配流面沟槽较深时，应先采用“表面工程技术”手段填平沟槽后，再进行研磨，不可盲目研磨，以防铜层变薄或漏出钢基。缸体和配流盘在研磨前，应先测量总厚度尺寸和应当研磨掉的尺寸，再补偿到调整垫上。配流盘研磨量较大时，研磨后应重新热处理，以确保淬硬层硬度（见表2）。

表2 柱塞泵零件硬度标准

（3）配流盘与配流盘滑道

从理论上讲，当控制变量压力稳定后，配流盘应该停止在配流盘滑道的某一确定位置。但在实际应用中，由于控制油路除了控制油泵变量以外，还要为其他油路提供控制系统，这难免会引起控制压力的波动，以至于配流盘经常在配流盘滑道上做往复运动，导致配流盘滑道磨损。此外，所使用液压油的清洁度也会影响其磨损程度。

当配流盘滑道磨损较轻的时候可直接采取人工研磨的方法来修复。如果磨损严重时，首先要对配流盘滑道表面进行曲线磨，然后在通过“表面技术”处理，如表面氮化，以提高表面硬度，最后在进行人工研磨。修复后通过调整蝶形调整垫片使配流盘与配流盘滑道达到装配要求。

（4）主轴滑靴球窝与柱塞杆球头

主轴滑靴球窝与柱塞杆球头的滑动磨擦是斜盘柱塞泵四对磨擦副中最为复杂的一对。表1列出柱塞杆球头与滑靴球窝的间隙，如果柱塞杆球头与滑靴球窝间隙超差，柱塞腔中的高压油就会从柱塞球头与滑靴间隙中泄出，降低油泵的容积效率，严重时会引起摩擦副间的金属接触磨擦，滑靴烧蚀脱落，柱塞球头划伤斜盘。柱塞杆球头与滑靴球窝超出公差1.5倍时，必须成组更换之。

3.2 液压泵用轴承

轴承时柱塞泵最重要的部件之一，如果轴承磨损，出现游隙，则不能保证液压泵内部三对磨擦副的正常间隙，同时也会破坏各磨擦副的静液压支承油膜厚度，降低柱塞泵的使用寿命。

据液压泵制造厂提供的资料，轴承的平均使用寿命为10000小时，超过此值就需要更换新的。拆卸下来的轴承，没有专业检测仪器是无法检测出轴承的游隙的，只能采用目测，如发现滚柱表面有划痕或变色，就必须更换。在更换轴承时，应注意原轴承的英文字母和型号，柱塞泵轴承大都采用大载荷容量轴承，最好购买原厂家，原规格的产品，如果更换另一种品牌，应查寻专业轴承手册以相同性能、规格型号替换，目的是保持轴承的精度等级和载荷容量。

通过转动油泵主轴的方法也可以检查油泵轴承及三对摩擦副间隙，当主轴很容易转动时，说明三对摩擦副的间隙过大。这种情况可能是摩擦副磨损，也可能是轴承磨损造成的。解体检修时，可以通过在蝶形弹簧垫片处加调整垫片或在轴承位加垫片的方法来解决。

4 结语

柱塞泵使用壽命的长短，与平时的维护保养，液压油的数量和质量，油液清洁度等有关。避免油液中的颗粒对柱塞泵磨擦副造成磨损等，也是延长柱塞泵寿命的有效途径。

虽然液压泵的构造各异，功能不尽相同，所发生的故障也不是千篇一律，但是只要掌握了故障判断的基本方法，再借助一些检测仪器，就能准确地判断故障发生的原因和部位，根据损坏程度及时修复。

参考文献

[1] 史纪定，嵇光国 ，液压系统故障诊断与维修技术， 北京：机械工业出版社，1990.

[2] 秦大同，谢里阳 ，机械设计手册，北京：化学工业出版社，2011.

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[4] 翟培祥，斜盘式轴向柱塞泵设计，北京：煤炭工业出版社，1978.

[5] 许福玲，陈尧明，液压与气压传动，北京：机械工业出版社，2007.