隧道掘进机液压泵异响故障分析与排除

李 光，贾连辉

（中铁隧道装备制造有限公司，河南 郑州 450016）

液压系统故障大多具有隐蔽性和随机性的特点，分析判断起来相当困难，而液压泵异响在液压系统故障中占有很大比例，短时间内很难排除，容易造成长时间停机，而且有可能造成严重的工程事故。因此快速准确的判断泵异响的故障原因就显得非常重要。在液压系统故障分析的专业书籍中，对泵异响大多归为泵吸空造成，但没有细致分析泵吸空的具体原因，对现场排除故障缺少指导性意见。本文以隧道掘进机液压系统为例，分析泵吸空造成异响的具体原因，最后总结出快速排除泵异响故障的方法，对今后现场排除液压系统故障具有指导意义。

1 故障现象

隧道掘进机液压系统采用集中式泵站，油箱分为前后两个区：前部为吸油区，装有若干吸油过滤器；后部为热油区，泵站上所有泵的泄油集中到油箱上部的总泄油管，回到油箱后部热油区。两个区通过中间隔板分开，隔板上有孔可相互流通。循环泵进口侧连接油箱热油区，出口连接过滤器和冷却器，经过过滤冷却后的油液回到油箱吸油区。油箱上部装有空气滤清器和回油过滤器，侧面装有液位传感器，底部装有放油阀。柱塞泵通过吸油管与油箱连接，吸油管与油箱之间装有蝶阀，柱塞泵与吸油管之间装有带测压接头的法兰。

在系统调试或运行过程中，泵发出断续的“当”的异响，有时形成连续的高频噪声，一般认为是泵吸空造成。泵吸空现象主要是指两方面，一方面是指泵吸进的油液中混有空气，另一方面是指泵吸油不畅。

2 原因分析

2.1 油液中混入空气

泵吸进的油液中含有气泡，当气泡随着液体被带到泵高压区时，在高压作用下迅速破裂，急剧缩小后又凝结成液体，原来气泡所占据的空间形成局部真空，周围的液体质点以极高的速度来填补这一空间，使液体质点间相互碰撞，产生局部高压和高温，形成液压冲击，产生振动和噪声。混入的空气越多，噪声越大。混入空气量与噪声的关系如图1所示。

图1 混入空气量与噪声的关系

导致隧道掘进机液压系统混入空气的原因有以下几种。

1）油箱液位过低，吸油滤芯浸入油中太少，在吸油口附近形成的漩涡会使空气被吸入油泵。在隧道掘进机油箱上都设有液位传感器，当液位低于液位传感器位置时，在上位机上会有报警信号，当确定液位传感器完好且没有报警时，可以排除这个原因。

2）回油管没有浸入最低液面以下，回油冲击在油面上产生大量气泡，使空气与油一起吸入系统。油箱上配置的回油过滤器分为过滤器和引流管两部分，之间通过螺纹连接，当长时间运行后，螺纹有可能松脱，引流管掉到油箱底部，这时回油冲击产生气泡，会导致泵异响。

3）吸油管法兰密封不严，或是吸油管扣压不到位，在吸油压力低于大气压时吸入空气。吸油管采用SAE法兰，型圈密封，当法兰密封槽加工过深或型圈不标准时，密封圈压缩量不够，当吸油压力处于大气压之上时，密封处不会往外渗油，但当吸油压力处于大气压之下时，空气就会由此进入系统。

4）循环泵吸油管法兰密封不严，或是吸油管扣压不到位，同样会吸进空气，经过过滤器，气泡被打散后回到吸油区，造成系统多个泵产生异响。

5）吸油管上附属包括测压头及蝶阀等密封不严。与蝶阀相连接的法兰面粗糙度不够或蝶阀密封损坏造成空气进入；泵吸油口装有测量吸油压力的测压接头，测压接头具有自封功能，其内部弹簧顶着钢珠起到密封作用，如图2所示。如果弹簧较软或有杂质挤到钢珠与接头体的密封面上，就会造成密封不严，在吸油负压的情况下，空气由此进入，造成泵异响。

6）吸油管布置不合理气泡难以排出。吸油管由于结构原因，中间向上凸起，如图3(a)所示，气泡就会积聚在凸起处难以完全排出，当流量突然变化时，部分气泡就会随油液进入泵里引起噪声。因此，吸油管应布置成U型，如图3(b)所示。

2.2 泵吸油不畅

图2 测压接头内部结构图

图3 吸油管布置图

由于吸油不畅，负压过大，引起柱塞泵脱缸与撞击，是泵产生异响的另一主要原因。具体到隧道掘进机液压系统，有如下几种方式。

1）油箱上配置的空气滤清器堵塞。当推进油缸快速伸出时，油箱内油液迅速减少，如果空气滤清器堵塞，油箱内就会形成负压，造成泵吸油困难。

2）吸油过滤器通油能力不够或堵塞。油箱内装有多个不同规格的吸油过滤器，如果过滤器装错，通油能力小的过滤器装到了大排量泵的吸油口，或过滤器堵塞，都会造成泵吸油不畅。

3）吸油截止阀未完全打开。在吸油管路上装有蝶阀，一般手柄与蝶阀在一个平面上为打开，与蝶阀成90°，则为关闭状态。有时蝶阀手柄未按要求装配，则会造成蝶阀开关状态的误判。

4）吸油管过长或通径不够。根据泵的最大流量以及吸油管路的通径计算吸油流速，常规吸油流速在0.5～1.5m/s范围内。

5）泵壳体泄油压力大。对于柱塞泵而言，泵壳体泄油压力过大，不仅会造成轴封损坏，还可能造成泵运行不平稳，产生噪声和振动。

如图4所示，A区域为吸油，B区域高压油，C区域为泄油。在吸油过程中，柱塞一端为泄油压力，一端为吸油压力，当泄油作用到柱塞上的力大于吸油和滑靴压盘作用到柱塞上的力时，滑靴就会与斜盘脱开，当运行到高压区时，在高压油作用下，柱塞滑靴又紧密贴合斜盘。在泵高速运转中，就会造成脱缸与撞击，发出高频噪声。如Rexeoth的A10V泵，样本中明确要求，泵壳体泄油压力不得超过吸油压力0.5bar。

6）温度低，粘度大。根据液压油的粘温特性可知，当油温降到10℃以下时，油的粘度会急剧增大，在环境温度较低时启动泵，由于油的粘度较高造成泵吸油困难。

造成泵吸空的原因还有很多，相对与隧道掘进机液压系统来说，发生的几率很小，在此不再列举。

3 故障排除

由以上分析可知，造成泵吸空的原因很多，在现场排除此故障时，如何快速准确的找到故障原因成为重中之重。根据现场的操作难易程度，绘制以下故障树供现场参考（图5）。

泵吸空导致异响故障，参考故障树分析方法，一般可以得到快速解决，基础是检测手段要具备，最好是设计的时候就考虑在内，如吸油口的测压接头以及测量真空度的负压表等，如没有配置这些检测工具，那判断起来就会很困难，解决问题的时间也会相应延长。

4 结论与建议

现场解决问题的技术人员应具备一定的排除故障的分析能力，更应具备现场判断能力，如吸油管内残存的空气有时几个小时都难以排干净，这就需要准确的现场判断，否则就会找错方向，耽误时机。

图4 柱塞泵内部结构图

图5 泵吸空造成异响故障树