液压柱塞泵噪音剖析
厦门伍纵船舶液压技术有限公司 马明东
当一台工程机械上所使用的液压柱塞泵在运行中发出超标的噪声，这就是泵将要损坏的症状。
液压柱塞泵（以下简称泵）产生噪音有下列七种情况。
⒈泵固有的噪音
泵原固有的噪音是泵的生产制造技术到目前还没有达到“鲁棒性”要求。对泵的工作方式而言，泵主轴每旋转一周，泵中的每一只柱塞均作一次吸油到压油的循环。柱塞在完成吸压油的配流过程中，当缸体上的柱塞孔腔从配流盘上的吸油窗口内吸满油液后旋转向排油区过渡时，充满低压油的柱塞孔腔要与配流盘上的排油窗口内的高压油接通前的瞬间（见图一，以日本川崎K3V泵配流盘为例），排油窗口内的高压油从一`二次预升压孔及三角节流槽进入缸体柱塞孔腔来升高腔内油压，形成流量倒灌冲击（见图二左）。随着柱塞拉出与倒灌流量的增压，缸体柱塞孔腔内压力上升到与排油腔内的油压平衡后，柱塞在斜盘的推压下，柱塞开始向下运动压迫油液进入缸体的配流窗口，柱塞排油由于液阻的阻抗作用，油液的排出受到系统压力的反冲击阻力，缸体柱塞孔腔内形成压力超调。当柱塞完成排液后，缸体柱塞孔腔旋出排油窗口后，进入到配流盘的遮盖区时，缸体柱塞孔腔内还余存部份没有排空的超调压力的死容积压力油，由于配流盘上θ1的角度遮盖区，柱塞还有一段继续压缩行程，使缸体柱塞孔腔内余存的死容积压力油更加超调。当缸体柱塞孔腔旋转到吸油窗口前，要完成一次释压过程（见图二右），以促使缸体柱塞孔腔内的油压释压到与吸油窗口内的低压油平衡。缸体柱塞孔腔内的超调的死容积高压油瞬间释压造成一次液爆，这种九柱塞孔腔的连续的压力瞬变液爆是一种稳定的高音调声响，每台泵都存在着或高或低的液瀑声响。世界各国的液压泵生产厂都在配流盘的压力过渡区域内采取多种形式的降噪单元。由传统的“三角节流槽式”到“泄荷孔式”“斜沟式”等方法，但都还是没有圆满解决泵的输出压力油波动所引发的流体噪音。对于工程机械上用的大排量压力突变的高压泵，死容积区超调油液泄压时产生的液爆噪音也特别强劲。
⒉气蚀噪音
液压油中含有气泡时，带有气泡的油液被吸入缸孔中，柱塞在缸孔中压迫油液压入缸体配流面的排油窗口，在高压作用下，这些油液中的气泡将突然挤破裂，大小几乎相同的气泡被高压浓缩后再突发性的溃灭，就造成一次强劲的气爆，气泡的爆裂时所产生的另一种超高音调噪音，会发出一种尖锐刺耳的啸叫声。这种尖锐刺耳噪声是跟随泵的压力值而变化的。泵的输出压力达到最高时，这种噪音分贝也越高，当泵的压力下降后，这种噪音也随着衰弱。
当泵吸入小量空气时所产生的噪音听起来像卡嗒卡嗒的响声，有点像轴承损坏的声音。当泵的压力升到高压时，就产生一种很古怪的重击爆裂的噪音。
⒊机械噪音
泵发出机械噪音主要部位有⑴泵主轴与发动机接手处损坏。⑵泵的轴承处。
如泵主轴与发动机的输出轴不同心或顶死，弹性联接器破损和联接器块上螺栓松动均会产生噪音。
如果是轴承损坏的声音就会发出连续不断的哗哗声。随着泵的转速提高，噪音也跟随着增大。轴承的损坏，泵会出现颤抖。
泵出现机械噪音是用人耳能听出的，最佳的方法是在泵低速运行时，用工业听诊器或用贯通螺丝刀在泵的各部位诊听，
⒋突发性的噪音
泵一但出现突发性的噪音，就必需立即将泵停止运转，这种情况就是泵的零件已经损坏。
斜轴泵的柱塞断裂或是斜盘泵的柱塞滑靴脱落，回程盘碎裂。出现这种现象的噪音是伴随着泵每转一圈而响一次的连续不断的响亮撞击噪音。就像有人在泵体内放鞭炮。同时伴有泵的P口压力胶管有脉动现象。
一但出现突发性的噪音，最关键的是不能让液压系统的压力上升，因为泵壳内的零件碎裂的金属渣块会伴随压力油进入系统中。泵出现突发性的噪音是可怕，它不只是泵的损坏，碎裂的金属渣块一但进入液压系统中，是无法清除的，对液压系统造成的终身危害。
⒌泵维修后所产生的噪音
维修后的泵安装使用后发出的噪音比没有修理泵前还要大，发生这种情况原因有：
㈠泵吸口胶管发生硬化，在安装泵时，泵的吸油侧胶管被大幅度摆动后，使胶管与硬管相联接处出现松脱泄漏空气。
㈡另一种是装配方法不当，双连泵中前后（或左右）两个缸体孔对称，出现了谐振噪音。
㈢是更换的轴承出现游隙超标，泵的轴承都是特殊型号和高精度级别的（大承载力轴承），不可使用普通的轴承。
㈣是更换的零件有质量问题，零件间配合的精度等级低下，产生运行频率共振噪音。
㈤是缸体与配流盘之间的配对摩擦副弧面偏置，造成摩擦副间泄漏超量油液噪音。
㈥是斜轴泵的新配流盘与旧泵后盖上变量滑动弧道偏置，造成配流盘背面高压口处与泵后盖间高压区域内的平面泄漏，出现气损噪音。斜盘泵的新配流盘背面与旧泵后盖压紧区也会出现同样故障与噪音。
⒍更换液压油后泵出现噪音
这种噪音是新更换的油液中的空气没有充分逸出，当泵咽入气泡时，则在泵的出口处的高压作用下，这些气泡将突然被压破裂造成气瀑音，另一种原因是新更换的液压油品质差，存放的时间长，油液中的消泡添加剂发生氧化或油品中的多种化学添加剂不相容所产生的不良反应，起不到消除油品中空气作用。
任何品牌的矿物液压油中都含有10％左右的空气。这此空气是以二种方式存在油液压中，一种是以气泡形式存在油液中，另一利是以分子形式溶解在液体中，是观看不到的。对液体的体积增加并不明显。
7，渐发性噪音
㈠泵在长期使用过程中，噪音由小到大。是配流盘与缸体配流面发生磨损，配流盘的弧面与缸体配流是静压油膜平衡，静压油膜的油液中如含有金属颗粒时就会产生冲刷磨损，长期的冲刷 磨损就会在配流盘的弧面上产生一定宽度磨损区域，配流窗口内圈与外圈就发生弧面曲线改玄，产生从微泄漏到超大泄漏的过程，出现节流噪音也是由小到强。
㈡泵吸口侧胶管老化，空气从胶管与硬管联接处被吸入，空气从零泄漏到微量泄漏再到超量泄漏的一个过程，泵吸入空气造成的“气穴”这种噪音都是由小噪音伴随工作时间的延伸而增大的。
部分人认为泵吸油口侧管道不漏油、就不会有空气渗入，这是个错误的认识。从流体力学及大气压原理、当泵不工作的时候，泵吸口侧和大气之间压差为零，泵吸口管道内的液体不流动处于平衡状态，没有油液的漏出。当“变量泵”在工作时，泵吸口管道中的流体流速处于时快时慢状态。当泵的“变量特性”决定泵的摆角从零度瞬间变化到最大角度时，泵吸口管道中的油液从静止状态改变到快速流动状态的时间差内，液流（液阻）不能满足泵的需求，则产生一个非常大的虹吸现象（也就是民间所说的嘬力）。泵吸口发生嘬力现象时，也就能从胶管与硬管交接处嘬进空气并出现气穴现象。
当泵吸油口管道内的流速超标时，（国际标准为稳流状态0.5m/s，绝对压力不少于0。8bars[1]，现实的泵吸口侧的流速有的最高时可达2.m/s紊流状态，)。泵吸口侧将低于大气压为负值，那么将没有足够的压力来加速液流进入泵旋转组件，也就会产生虹吸现象，泵只要出现虹吸现象，那对泵的寿命是至命的。
8，气穴噪音的危害
泵在运转中，若其过流部分的局部区域（是泵的压力出口）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体流经缸体配流窗口外侧的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小，这些气泡被压突然破裂，这个作用过程会产生高温。据有关计算，当气泡从零压力被压缩到3000Psi（207Bar）时，温度能够升高到1149℃。[2]高温使油液燃烧，生成树脂状物质，并使油液快速氧化降解变质的主要原因。
在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的冲击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达每平方英寸数吨，这种空穴破裂所产生的能量释放会“蚕食”金属表面，就像雕刻家用锤子和凿子雕刻石头一样。当这种液压冲击发生在配流盘金属边壁上时，气泡撞到缸壁时爆裂，此时压力瞬时极大，所产生的局部液压冲击对金属表面有剥蚀作用。使金属零件表面逐步形成麻点。严重时，会使金属表面小块脱落、出现小坑（见图三图四），这种现象称为气蚀。如果气蚀长期存在，泵的寿命会缩短。
气穴故障判断方法：
㈠当泵处于高压状态下，用于握住泵高压胶管道外表，感知管道内的液体在流动时是否有震动现象。
㈡当泵处于高压状态下，在泵吸油口侧听泵壳内是否有啪啪的爆炸噪声。
㈢拆开液压油箱加油口盖、挖掘机大小臂伸平、铲斗从地面快速升起、观察油箱内的油液内中是否有大量气泡逸出。
9，结束语
任何一种噪音，对泵都有危害。泵只要是出现超标的噪音，就要对泵进行维修，不要等到泵彻底失效后再维修，那时可能是损失过大。
参考文献 [1]德国力士乐技术资料泵安装手册
[2]美国派克液压培训手册 |
