液壓柱塞泵噪音剖析

 

當(dāng)一臺(tái)設(shè)備上所使用的液壓柱塞泵在運(yùn)行中發(fā)出超標(biāo)的噪聲，這就是泵將要損壞的癥狀。

液壓柱塞泵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)泵）產(chǎn)生噪音有下列七種情況。

⒈泵固有的噪音

泵原固有的噪音是泵的生產(chǎn)制造技術(shù)到目前還沒(méi)有達(dá)到“魯棒性”要求。對(duì)泵的工作方式而言，泵主軸每旋轉(zhuǎn)一周，泵中的每一只柱塞均作一次吸油到壓油的循環(huán)。柱塞在完成吸壓油的配流過(guò)程中，當(dāng)缸體上的柱塞孔腔從配流盤(pán)上的吸油窗口內(nèi)吸滿(mǎn)油液后旋轉(zhuǎn)向排油區(qū)過(guò)渡時(shí)，充滿(mǎn)低壓油的柱塞孔腔要與配流盤(pán)上的排油窗口內(nèi)的高壓油接通前的瞬間（見(jiàn)圖一，以日本川崎K3V泵配流盤(pán)為例），排油窗口內(nèi)的高壓油從一`二次預(yù)升壓孔及三角節(jié)流槽進(jìn)入缸體柱塞孔腔來(lái)升高腔內(nèi)油壓，形成流量倒灌沖擊（見(jiàn)圖二左）。隨著柱塞拉出與倒灌流量的增壓，缸體柱塞孔腔內(nèi)壓力上升到與排油腔內(nèi)的油壓平衡后，柱塞在斜盤(pán)的推壓下，柱塞開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)壓迫油液進(jìn)入缸體的配流窗口，柱塞排油由于液阻的阻抗作用，油液的排出受到系統(tǒng)壓力的反沖擊阻力，缸體柱塞孔腔內(nèi)形成壓力超調(diào)。當(dāng)柱塞完成排液后，缸體柱塞孔腔旋出排油窗口后，進(jìn)入到配流盤(pán)的遮蓋區(qū)時(shí)，缸體柱塞孔腔內(nèi)還余存部份沒(méi)有排空的超調(diào)壓力的死容積壓力油，由于配流盤(pán)上θ1的角度遮蓋區(qū)，柱塞還有一段繼續(xù)壓縮行程，使缸體柱塞孔腔內(nèi)余存的死容積壓力油更加超調(diào)。當(dāng)缸體柱塞孔腔旋轉(zhuǎn)到吸油窗口前，要完成一次釋壓過(guò)程（見(jiàn)圖二右），以促使缸體柱塞孔腔內(nèi)的油壓釋壓到與吸油窗口內(nèi)的低壓油平衡。缸體柱塞孔腔內(nèi)的超調(diào)的死容積高壓油瞬間釋壓造成一次液爆，這種九柱塞孔腔的連續(xù)的壓力瞬變液爆是一種穩(wěn)定的高音調(diào)聲響，每臺(tái)泵都存在著或高或低的液瀑聲響。世界各國(guó)的液壓泵生產(chǎn)廠(chǎng)都在配流盤(pán)的壓力過(guò)渡區(qū)域內(nèi)采取多種形式的降噪單元。由傳統(tǒng)的“三角節(jié)流槽式”到“泄荷孔式”“斜溝式”等方法，但都還是沒(méi)有圓滿(mǎn)解決泵的輸出壓力油波動(dòng)所引發(fā)的流體噪音。對(duì)于工程機(jī)械上用的大排量壓力突變的高壓泵，死容積區(qū)超調(diào)油液泄壓時(shí)產(chǎn)生的液爆噪音也特別強(qiáng)勁。

⒉氣蝕噪音

液壓油中含有氣泡時(shí)，帶有氣泡的油液被吸入缸孔中，柱塞在缸孔中壓迫油液壓入缸體配流面的排油窗口，在高壓作用下，這些油液中的氣泡將突然擠破裂，大小幾乎相同的氣泡被高壓濃縮后再突發(fā)性的潰滅，就造成一次強(qiáng)勁的氣爆，氣泡的爆裂時(shí)所產(chǎn)生的另一種超高音調(diào)噪音，會(huì)發(fā)出一種尖銳刺耳的嘯叫聲。這種尖銳刺耳噪聲是跟隨泵的壓力值而變化的。泵的輸出壓力達(dá)到最高時(shí)，這種噪音分貝也越高，當(dāng)泵的壓力下降后，這種噪音也隨著衰弱。

當(dāng)泵吸入小量空氣時(shí)所產(chǎn)生的噪音聽(tīng)起來(lái)像卡嗒卡嗒的響聲，有點(diǎn)像軸承損壞的聲音。當(dāng)泵的壓力升到高壓時(shí)，就產(chǎn)生一種很古怪的重?fù)舯训脑胍簟?/span>

⒊機(jī)械噪音

泵發(fā)出機(jī)械噪音主要部位有⑴泵主軸與發(fā)動(dòng)機(jī)接手處損壞。⑵泵的軸承處。

如泵主軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸不同心或頂死，彈性聯(lián)接器破損和聯(lián)接器塊上螺栓松動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生噪音。

如果是軸承損壞的聲音就會(huì)發(fā)出連續(xù)不斷的嘩嘩聲。隨著泵的轉(zhuǎn)速提高，噪音也跟隨著增大。軸承的損壞，泵會(huì)出現(xiàn)顫抖。

泵出現(xiàn)機(jī)械噪音是用人耳能聽(tīng)出的，最佳的方法是在泵低速運(yùn)行時(shí)，用工業(yè)聽(tīng)診器或用貫通螺絲刀在泵的各部位診聽(tīng)，

⒋突發(fā)性的噪音

泵一但出現(xiàn)突發(fā)性的噪音，就必需立即將泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這種情況就是泵的零件已經(jīng)損壞。

斜軸泵的柱塞斷裂或是斜盤(pán)泵的柱塞滑靴脫落，回程盤(pán)碎裂。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的噪音是伴隨著泵每轉(zhuǎn)一圈而響一次的連續(xù)不斷的響亮撞擊噪音。就像有人在泵體內(nèi)放鞭炮。同時(shí)伴有泵的P口壓力膠管有脈動(dòng)現(xiàn)象。

一但出現(xiàn)突發(fā)性的噪音，最關(guān)鍵的是不能讓液壓系統(tǒng)的壓力上升，因?yàn)楸脷?nèi)的零件碎裂的金屬渣塊會(huì)伴隨壓力油進(jìn)入系統(tǒng)中。泵出現(xiàn)突發(fā)性的噪音是可怕，它不只是泵的損壞，碎裂的金屬渣塊一但進(jìn)入液壓系統(tǒng)中，是無(wú)法清除的，對(duì)液壓系統(tǒng)造成的終身危害。

⒌泵維修后所產(chǎn)生的噪音

維修后的泵安裝使用后發(fā)出的噪音比沒(méi)有修理泵前還要大，發(fā)生這種情況原因有：

㈠泵吸口膠管發(fā)生硬化，在安裝泵時(shí)，泵的吸油側(cè)膠管被大幅度擺動(dòng)后，使膠管與硬管相聯(lián)接處出現(xiàn)松脫泄漏空氣。

㈡另一種是裝配方法不當(dāng)，雙連泵中前后（或左右）兩個(gè)缸體孔對(duì)稱(chēng)，出現(xiàn)了諧振噪音。

㈢是更換的軸承出現(xiàn)游隙超標(biāo)，泵的軸承都是特殊型號(hào)和高精度級(jí)別的（大承載力軸承），不可使用普通的軸承。

㈣是更換的零件有質(zhì)量問(wèn)題，零件間配合的精度等級(jí)低下，產(chǎn)生運(yùn)行頻率共振噪音。

㈤是缸體與配流盤(pán)之間的配對(duì)摩擦副弧面偏置，造成摩擦副間泄漏超量油液噪音。

㈥是斜軸泵的新配流盤(pán)與舊泵后蓋上變量滑動(dòng)弧道偏置，造成配流盤(pán)背面高壓口處與泵后蓋間高壓區(qū)域內(nèi)的平面泄漏，出現(xiàn)氣損噪音。斜盤(pán)泵的新配流盤(pán)背面與舊泵后蓋壓緊區(qū)也會(huì)出現(xiàn)同樣故障與噪音。

⒍更換液壓油后泵出現(xiàn)噪音

這種噪音是新更換的油液中的空氣沒(méi)有充分逸出，當(dāng)泵咽入氣泡時(shí)，則在泵的出口處的高壓作用下，這些氣泡將突然被壓破裂造成氣瀑音，另一種原因是新更換的液壓油品質(zhì)差，存放的時(shí)間長(zhǎng)，油液中的消泡添加劑發(fā)生氧化或油品中的多種化學(xué)添加劑不相容所產(chǎn)生的不良反應(yīng)，起不到消除油品中空氣作用。

任何品牌的礦物液壓油中都含有10％左右的空氣。這此空氣是以二種方式存在油液壓中，一種是以氣泡形式存在油液中，另一利是以分子形式溶解在液體中，是觀看不到的。對(duì)液體的體積增加并不明顯。

7，漸發(fā)性噪音

㈠泵在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，噪音由小到大。是配流盤(pán)與缸體配流面發(fā)生磨損，配流盤(pán)的弧面與缸體配流是靜壓油膜平衡，靜壓油膜的油液中如含有金屬顆粒時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沖刷磨損，長(zhǎng)期的沖刷 磨損就會(huì)在配流盤(pán)的弧面上產(chǎn)生一定寬度磨損區(qū)域，配流窗口內(nèi)圈與外圈就發(fā)生弧面曲線(xiàn)改玄，產(chǎn)生從微泄漏到超大泄漏的過(guò)程，出現(xiàn)節(jié)流噪音也是由小到強(qiáng)。

㈡泵吸口側(cè)膠管老化，空氣從膠管與硬管聯(lián)接處被吸入，空氣從零泄漏到微量泄漏再到超量泄漏的一個(gè)過(guò)程，泵吸入空氣造成的“氣穴”這種噪音都是由小噪音伴隨工作時(shí)間的延伸而增大的。

部分人認(rèn)為泵吸油口側(cè)管道不漏油、就不會(huì)有空氣滲入，這是個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。從流體力學(xué)及大氣壓原理、當(dāng)泵不工作的時(shí)候，泵吸口側(cè)和大氣之間壓差為零，泵吸口管道內(nèi)的液體不流動(dòng)處于平衡狀態(tài)，沒(méi)有油液的漏出。當(dāng)“變量泵”在工作時(shí)，泵吸口管道中的流體流速處于時(shí)快時(shí)慢狀態(tài)。當(dāng)泵的“變量特性”決定泵的擺角從零度瞬間變化到最大角度時(shí)，泵吸口管道中的油液從靜止?fàn)顟B(tài)改變到快速流動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間差內(nèi)，液流（液阻）不能滿(mǎn)足泵的需求，則產(chǎn)生一個(gè)非常大的虹吸現(xiàn)象（也就是民間所說(shuō)的嘬力）。泵吸口發(fā)生嘬力現(xiàn)象時(shí)，也就能從膠管與硬管交接處嘬進(jìn)空氣并出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。

當(dāng)泵吸油口管道內(nèi)的流速超標(biāo)時(shí)，（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為穩(wěn)流狀態(tài)0.5m/s，絕對(duì)壓力不少于0。8bars[1]，現(xiàn)實(shí)的泵吸口側(cè)的流速有的最高時(shí)可達(dá)2.m/s紊流狀態(tài)，)。泵吸口側(cè)將低于大氣壓為負(fù)值，那么將沒(méi)有足夠的壓力來(lái)加速液流進(jìn)入泵旋轉(zhuǎn)組件，也就會(huì)產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，泵只要出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，那對(duì)泵的壽命是至命的。

8，氣穴噪音的危害

泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過(guò)流部分的局部區(qū)域（是泵的壓力出口）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開(kāi)始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體流經(jīng)缸體配流窗口外側(cè)的高壓區(qū)時(shí)，氣泡周?chē)母邏阂后w致使氣泡急劇地縮小，這些氣泡被壓突然破裂，這個(gè)作用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生高溫。據(jù)有關(guān)計(jì)算，當(dāng)氣泡從零壓力被壓縮到3000Psi（207Bar）時(shí)，溫度能夠升高到1149℃。[2]高溫使油液燃燒，生成樹(shù)脂狀物質(zhì)，并使油液快速氧化降解變質(zhì)的主要原因。

在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的沖擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應(yīng)力可達(dá)每平方英寸數(shù)噸，這種空穴破裂所產(chǎn)生的能量釋放會(huì)“蠶食”金屬表面，就像雕刻家用錘子和鑿子雕刻石頭一樣。當(dāng)這種液壓沖擊發(fā)生在配流盤(pán)金屬邊壁上時(shí)，氣泡撞到缸壁時(shí)爆裂，此時(shí)壓力瞬時(shí)極大，所產(chǎn)生的局部液壓沖擊對(duì)金屬表面有剝蝕作用。使金屬零件表面逐步形成麻點(diǎn)。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使金屬表面小塊脫落、出現(xiàn)小坑（見(jiàn)圖三圖四），這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕。如果氣蝕長(zhǎng)期存在，泵的壽命會(huì)縮短。

氣穴故障判斷方法：

㈠當(dāng)泵處于高壓狀態(tài)下，用于握住泵高壓膠管道外表，感知管道內(nèi)的液體在流動(dòng)時(shí)是否有震動(dòng)現(xiàn)象。

㈡當(dāng)泵處于高壓狀態(tài)下，在泵吸油口側(cè)聽(tīng)泵殼內(nèi)是否有啪啪的爆炸噪聲。

㈢拆開(kāi)液壓油箱加油口蓋、挖掘機(jī)大小臂伸平、鏟斗從地面快速升起、觀察油箱內(nèi)的油液內(nèi)中是否有大量氣泡逸出。

9，結(jié)束語(yǔ)

任何一種噪音，對(duì)泵都有危害。泵只要是出現(xiàn)超標(biāo)的噪音，就要對(duì)泵進(jìn)行維修，不要等到泵徹底失效后再維修，那時(shí)可能是損失過(guò)大。