液压维修第3章--液压泵的故障排除与维修

30第3章液压泵的故障排除与维修3.1液压泵的概述3.1.1液压泵的作用和分类在液压传动系统中，液压泵是液压传动系统的动力元件，它是将原动机（如：电动机）输入的机械能转换成液体压力能的能量转换装置。在液压传动系统中属于动力元件，是液压传动系统的重要组成部分，其作用是向液压系统提供压力油。液压泵的种类很多，按其结构形式的不同，可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式等类型；按泵的排量能否改变，可分为定量泵和变量泵；按泵的输出油液方向能否改变，可分为单向泵和双向泵。工程上常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵；齿轮泵包括外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵；叶片泵包括双作用叶片泵和单作用叶片泵；柱塞泵包括轴向柱塞泵和径向柱塞泵。3.1.2液压泵的工作原理在液压传动中，液压泵都是靠密封的工作容积发生变化而进行工作的，所以都属于容积式泵。液压泵的工作原理如图3—1所示。柱塞2在弹簧4的作用下紧压在偏心轮1上，偏心轮1转动时，柱塞便作往复运动。柱塞向右移动时，密封腔a因容积增大而形成一定真空，在大气压力的作用下通过单向阀6从油箱中吸入油液。这时单向阀5将压油口封闭，以防止系统油液回流；柱塞向左移动时，密封腔a的容积减小，将已吸入的油液通过单向阀5压出，这时单向阀6将吸油口封闭，以防止油液回流到油箱中。如果偏心轮1不停地转动，泵就不断地进行吸油和压油过程。由此可见，液压泵是靠密封容积变化进行工作的，故常称其为容积式液压泵。单向阀5和6是保证液压泵正常吸油和压油所必须的配油装置。1.偏心轮；2.柱塞；3.泵体；4弹簧；5、6.单向阀图3—1单柱塞液压泵的工作原理液压泵的图形符号如图3—2所示，图3—2(a)为液压泵的一般符号，图3—2(b)为单向定量泵，图3—2(c)为单向变量泵。由图3—1可以看出，无论液压泵的具体结构如何，它都必须满足三个工作条件：第一，必须有密闭而且可以变化的容积，以便完成吸油和排油过程；第二，必须有配流装置，以便31将吸油和排油分开；第三，油箱必须于大气相通，以便在形成压力差，有利于吸油。（a）一般符号；（b）单向定量泵；（c）单向变量泵图3—2液压泵的图形符号液压马达也是依靠密封容积的变化来进行工作的。液压马达的工作原理在理论上与液压泵具有可逆性，它们的结构也基本相同；但是，由于它们的工作任务和具体要求不同，所以在实际结构上只有少数泵能做到马达使用。3.1.3液压泵的性能参数1.液压泵的压力液压泵的压力参数主要指工作压力和额定压力。（1）工作压力p液压泵的工作压力是指泵工作时输出液体的实际压力。其大小是由外负载决定，当负载增加时，液压泵的工作压力升高；当负载减少时，液压泵的工作压力下降。（2）额定压力np液压泵的额定压力是指泵在正常工作时允许达到的最大工作压力。正常工作时不允许超过液压泵的额定压力，超过此值即为过载；液压泵的最大工作压力受泵零件结构强度和泄漏程度的限制。由于液压传动的用途不同，系统所需要的压力也不同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为以下几个等级，如表3—1所示。表3—1压力分级压力等级低压中压中高压高压超高压压力p（MPa）≤2.5＞2.5～8＞8～16＞16～32＞322.液压泵的排量液压泵的排量是指按泵轴每转一周，由密封腔几何尺寸变化计算而得出的排出液体的体积。排量可以用V来表示。排量的单位为rL/或rmL/。3.液压泵的流量液压泵的流量有理论流量、实际流量和额定流量之分。(1)理论流量tq液压泵的理论流量是指泵在单位时间内由密封腔几何尺寸变化计算而得出的排出液体的体积。理论流量用tq表示，它于液压泵的工作压力无关，它等于泵的排量V与其转速n的乘积，即Vnqt（3—1）（2）实际流量q液压泵的实际流量是指泵工作时实际输出的流量，可以用q来表示。由于泵存在泄漏问题，所以其实际流量总是小于理论流量。若泄漏量为q，则有qqqt（3—2）32（3）额定流量nq液压泵的额定流量是指泵在正常工作条件下，试验标准规定必须保证的输出流量。4.液压泵的功率液压泵输入的是原动机的机械能，表现为转矩T和转速n；其输出的是液体压力能，表现为压力p和流量tq（Vnqt）。当用液压泵输出的压力能驱动液压缸克服负载阻力F，并以速度v作匀速运动时（若不考虑能量损失），则液压泵和液压缸的理论功率相等，即tttpqpVnpAvFvnTP2（3—3）于是2pVTt（3—4）式中n—液压泵的转速；tT—驱动液压泵的理论转矩；p—液压泵的工作压力；V—液压泵的排量；A—液压缸的有效工作面积。如果用驱动液压泵的实际转矩T代替式中理论转矩tT，则可得到液压泵的实际输入功率iP；用液压泵的实际流量q代替式中理论流量tq，可以得到液压泵的实际输出功率0P。（1）泵的输入功率iPnTPi2（3—5）（2）泵的输出功率0PpqP0（3—6）5.液压泵的效率液压泵的输出功率总是小于输入功率，两者之差即为功率损失。功率损失又可分为容积损失（泄漏造成的流量损失）和机械损失（摩擦造成的转矩损失）。通常容积损失用容积效率V来表示，机械损失用机械效率m来表示。容积效率是指液压泵的实际流量与理论流量比值，即tVqq（3—7）液压泵的泄漏量随压力升高而增大，相应其容积效率也随压力升高而降低。机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值，即tmTT（3—8）由于2tTpV，代入式（3—8）中，则有332mpVT（3—9）液压泵的总效率为其实际输出的功率0P和实际输入功率iP的比值，即VmiVnqnTpVnnTpqPP220（3—10）3.2齿轮泵的故障排除与维修齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般做成定量泵，按其齿轮啮合方式的不同，齿轮泵可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两类。对于外啮合式齿轮泵，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、工作可靠、维修方便，因此已广泛应用于低压系统中。3.2.1外啮合齿轮泵的故障排除与维修1.外啮合齿轮泵的工作原理外齿轮泵的工作原理图如图3—3所示。泵的最主要结构为装在泵壳体内的一对齿轮，齿轮两侧有端盖进行封闭，由泵的壳体、端盖和齿轮的各个齿间组成了一个个相互密封的独立工作腔。当齿轮按图示方向不断旋转时，这些密封工作腔在右边的吸油腔内充满了油液，并随着齿轮的高速转动把油液沿齿轮的外缘带入左边的高压油腔，在齿的啮合区，随着两齿轮牙齿的相互啮合作用，把两齿间的油液强行挤出，就形成了压油腔的油液压力的不断升高，而在右侧的吸油腔，由于油液不断地被带走，形成了局部的真空负压，则把进油管的油液不断地吸入油腔，形成了泵的吸油，两齿轮连续回转，泵就不断地由油箱内吸油，并将油液压向液压系统。这就是齿轮泵的基本工作原理。图3—3外啮合齿轮的工作原理图两齿轮在啮合区内轮齿的啮合挤压，形成了左右两个油腔相互间的隔离和密封，从而保证了吸油腔始终与油箱接通，而与压油腔隔离，起到了配流的作用，满足了泵的第二个基本条件，油泵齿轮的不断回转，形成了左右两个腔体内容积的不断变化。压油腔在不断地挤压密封空间，而吸油腔中各个密封空间在不断地向压油腔转移，则不断地形成局部的真空负压，所以齿轮的回转形成了密封容积的周期变化，从而形成了容积泵的第一个基本条件。2.外啮合齿轮泵的基本结构CB－B型齿轮泵的结构，如图3—4所示。它的主体结构采用了主壳体7和前、后端盖的三片式结构。三片间通过两个圆柱销17进行定位，并由6个螺钉9加以紧固。两个齿轮中的主动齿轮6用键5固定在传动轴12上，由电动机带动进行连续转动，从而带动从动齿轮14旋转。在后端盖上开有吸油口和压油口，开口大的为吸油口，与进油管相连接，保证了吸油腔始终与油箱的油液相通；另一个开口小的为压油口，通过压力油管与系统保持相通。34为使齿轮转动灵活，同时保证内泄漏量要尽量小，在齿轮端面与两个端盖之间留有极小的轴向间隙；为减小泵体与端面之间的油压作用，减小螺钉紧固力，并防止油泄漏到泵外，在泵体的两端面开有卸荷槽16，把两齿轮端部的压力油液引回吸油腔进行了卸压。1.弹簧挡圈；2.轴承端盖；3.滚针轴承；4.后端盖；5、13.键；6.主动齿轮；7.泵体；8.前端盖；9.螺钉；10.油封端盖；11.密封圈；12.传动轴；14.从动齿轮；15.从动轴；16.卸荷槽；17.定位销；18.困油卸荷槽图3—4CB－B型齿轮泵的结构由于外啮合齿轮泵采用了普通齿轮的轮齿啮合泵油结构，形成了这种齿轮泵的如下几个问题：（1）内泄漏较严重外啮合齿轮泵主要缺点之一是泄漏较大，只适用于低压，在高压下容积效率太低。在齿轮泵内部，压油腔中的液压油可通过三条途径泄漏到吸油腔中：一是齿轮啮合处的间隙，称为啮合泄漏；二是径向间隙，称为齿顶泄漏；三是端面间隙，称为端面泄漏。其中，通过端面间隙的端面泄漏量最大，约占总泄漏量的75％～80％。因此要提高齿轮泵的压力和容积效率，就必须对端面间隙进行自动补偿，以减小端面间隙泄漏量。（2）齿轮啮合区的困油现象齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，也就是说在一对齿轮即将脱开啮合之前，后面的一对轮齿要进入啮合，这样，在两对轮齿同时啮合的这一部分区域内，会有一部分油液滞留在两齿的重叠区之间，如图3—5（a）、（b）所示。随着齿轮的不断回转，后一对齿要不断地进入啮合，这就意味着刚进入啮合的齿要与对面的齿槽发生对挤，而此时被啮合齿槽由于两齿的齿厚相等的结构条件，基本上是处于封闭状态，如图3—5（b）所示，所以，这部分被困在齿槽中的油液将由于齿的不断啮入运动和齿槽密封空间的不断减小而受到强烈的挤压，如图3—5（c）所示。由于油液的可压缩性极小，被困油液的压力会急剧上升，这部分油液会寻找任何一处缝隙向外部拼命挤出，甚至阻碍齿轮的继续转动，挤压的油液给齿轮带来了极大的径向力。在转过啮合节点P点后，如图3—5（d）所示，牙齿要逐渐脱出啮合，封闭的齿槽空间要不断地扩大，这会造成该封闭空间的真空负压，如果没有油液及时地补充进来，会使油液中的空气分离析出，造成油液产生气穴，引起振动和噪声。以上现象发生在每一对齿的啮合区内，这种由于齿厚相等而使被封闭在齿间的油液先挤压后真空负压的现象，称为齿轮泵的困油现象。齿轮泵的困油造成了油液的气穴，会引起传动振动和噪声，破坏了液压传动的稳定性，同时又给泵的回转带来极大的附加径向动载荷，对泵的正常工作造成极大的危害，所以，泵35的困油现象需要设法消除。图3—5齿轮泵的困油现象目前消除困油的方法通常是，在齿轮泵的两侧端盖上铣两条卸荷槽，如图3—5（e）所示，当困油受到强烈挤压时，使挤压空间通过卸油槽与压油腔相连通；而当困油区形成真空负压时，使其与吸油腔相通，这样可以部分解决困油问题。但要注意，两个卸油槽的存在会增加端面泄漏，同时，两个卸油槽之间的距离不可过近，以免吸压油腔两腔相串通。一般的齿轮泵两卸荷槽是非对称开设的，位置往往向吸油腔偏移，但无论怎样，两槽间的距离a必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔相互串通，对于分度圆压力角a=20°、模数为m的标准渐开线齿轮，a=2.78m，当卸荷槽为非对称时，在压油腔一侧必须保证b=0.8m，另一方面为保证卸荷槽畅通，应满足：槽宽c2.5m，槽深h≥0.8m的要求。（3）齿轮的径向力不平衡齿轮泵中的两个齿轮在工作时，作用在齿轮上的径向压力是不均衡的。如图3—6所示，齿轮在压油腔位置的牙齿由于液体的压力高而受到很大的径向力，而处于吸油区的牙齿所受的径向力就较小，可以认为压力由压油腔的高压逐渐分级下降到吸油腔压力，这相当于油液作用给齿轮一个很大的径向不平衡作用力，使齿轮和轴承承受很大的偏载。油液的工作压力越大。径向不平衡力也越大。径向不平衡力会使轴发生弯曲，导致齿顶与壳体产生接触摩擦，同时会加速轴承的磨损，降低轴承的寿命，所以，齿轮泵的不平衡径向力是阻碍泵的工作压力进一步提高的主要原因。为了减小齿轮泵的不平衡径向力，有的齿轮泵上采取了缩小压油口的方法，使压力油的径向压力仅作用在1个～2个齿的小范围内，如图3—4的A-A剖视所示，图3—6齿轮泵的径向不平衡力36同时可适当增大径