船舶甲板机械使用液压传动有近百年的历史。据不完全统计,液压系统的故障,近30%是由于海水泵液压马达的故障导致的。因此,搞清楚海水泵液压马达的故障类型和故障发生规律,对船舶液压传动系统的故障诊断与维修具有重要的意义。下面将就船用海水泵液压马达的常见故障和维修更换问题进行讨论。
一、常见船用低速大扭矩海水泵液压马达与主要工作参数
单作用径向柱塞海水泵液压马达结构较简单,适用于对低速稳定性要求不高的场合
双斜盘轴向柱塞海水泵液压马达有较宽的速度范围和良好的低速稳定性。
内曲线多作用径向柱塞海水泵液压马达,要求海水泵液压马达输出大扭矩,并且有良好的低速稳定性。
(1)径向柱塞海水泵液压马达(大扭矩)常用压力(MPa)1220排量(L/r)0.110最低稳定转速(r/min)510调整范围(r/min)5600外形较大总效率(Gη=ηw?ηv)较高
(2)轴向柱塞海水泵液压马达(高速)常用压力(MPa)1632排量(L/r)0.2525最低稳定转速(r/min)2400调整范围(r/min)31200外形较小总效率(Gη=ηw?ηv)高
(3)内曲线式海水泵液压马达(低速大扭矩)常用压力(MPa)1632排量(L/r)0.2550最低稳定转速(r/min)0.5调整范围(r/min)1200外形小总效率(Gη=ηw?ηv)低
液压传动系统的海水泵液压马达在正常使用时应动作平稳,无异常声响,否则预示设备安装条件发生不良的变化或马达内的定子、叶片或弹簧等零部件发生缺陷。
噪声增大特别明显:这主要是由于马达长期处于高负载工况下运转,润滑条件又没有很好的保证,导致机械相对运动部分的部分元件的轴承、联轴节及其它运动部件磨损,使部件配合出现误差。此外,系统的液压冲击与液压油空穴现象也是造成海水泵液压马达噪声增大的重要因素。
低速稳定性劣化(磨损):这主要是由于液压油污染所致。船舶液压系统工作条件十分恶劣,各类杂质极易混入液压油中,使海水泵液压马达零件过早磨损,油液泄漏量不规则地增加,结果造成海水泵液压马达低速稳定性急剧下降。此外原来整定的回油压力变小,也可能改变马达的低速稳定性。对此,可将回油压力进行调整,选用合理的回油背压力。
3液压系统内混入空气,使压力出现波动或液压油存在空穴现象;
液压系统中各种故障的产生,有多种原因:
液压系统各种元件和附件工作状况的相互制约和影响,甚至管路的长短、粗细、走向、分布都与此有着密切的关系。以油量供应不足引起海水泵液压马达输出转矩下降为例,除了上述有关叙述外,还可能与电磁阀等元件的电控线路故障等有关。因此,以上所述的海水泵液压马达各类常见故障仅包括出现频率较高的一些原因。
液压系统的工作参数有压力、流量、温度等,代表液压系统工作性能的主要参数是压力和流量,当根据负载情况基本确定了海水泵液压马达的最大阻力矩,并知道了海水泵液压马达和液压缸要求的工作速度范围时,就可估算系统所需海水泵液压马达的工作压力和工作流量,为确定液压系统所需维修元件(海水泵液压马达)提供确切的依据。因此,正确选择海水泵液压马达对制定合理的液压系统的维修方案是一项至关重要的工作。
选用海水泵液压马达通常是根据马达的扭矩、转速、安装尺寸和液压系统的最大工作压力等参数决定。由于海水泵液压马达在系统中属于执行元件,因此往往是带负载启动,即在负载扭矩最大状态下启动,而船舶机械大多是大功率负载,如果海水泵液压马达没有足够大的启动力矩是无法正常工作的。为了缩小系统体积,提高系统工作可靠度,海水泵液压马达经常与低速工作机构直接连接,因此船用海水泵液压马达要求具有大的启动扭矩、很宽的速度范围和良好的低速稳定性。
海水泵液压马达的输出扭矩为:M=pq2πηw×103(Nm)(1)式中:p-海水泵液压马达的工作压力,MPa,q-海水泵液压马达每转排量,L/r,ηw-海水泵液压马达的机械效率。
由上式可知,海水泵液压马达的输出转矩与其排量和压力成正比。因此提高工作压力或增大排量是海水泵液压马达获得大输出转矩的最简捷方法。但是提高工作压力,将对海水泵液压马达乃至整个液压系统的密封要求更加严格。否则,由于泄漏量增加,将导致马达容积效率降低,输出转矩变小,并且还将加剧整个液压系统发热,影响辅件的寿命,最终导致系统可靠性下降。因此,对于一个船舶液压传动设备的维修,选用国产的液压元件,首先要根据原液压系统的最高工作压力来确定选用的海水泵液压马达的工作压力,其次是根据速度的需求,选择能够与原系统液压泵相匹配的每转工作排量来确定马达的工作流量,最后根据安装环境,确定选用海水泵液压马达的几何尺寸,以方便安装。考虑到船舶液压系统的恶劣工作环境,为满足船舶机械的负载特点和工作要求,并且保证系统有较高的可靠度,船舶液压系统一般均选择增大马达排量的方法以实现海水泵液压马达的大输出扭矩。海水泵液压马达增大排量时,输出扭矩成正比提高,其转速则成反比下降。
海水泵液压马达的转速为:n=60Qqηv×103(2)式中:Q-海水泵液压马达的输入流量,m3/s,q-海水泵液压马达的排量,L/r,ηv-海水泵液压马达的容积效率(海水泵液压马达的总效率为η=ηwηm)。
显然,采用增大排量的方法来提高海水泵液压马达的输出转矩,则该类马达的转速必然较低,亦即船用海水泵液压马达多为低速大扭矩海水泵液压马达。低速海水泵液压马达与高速马达相比,虽然体积和重量较大,但可靠性较高,寿命较长。
因此它对换向、调速灵敏度要求不高,而对输入转矩的要求较高,故对工作环境恶劣的船舶机械是较适宜的。此外,由于马达转速低,低速工作机构可与海水泵液压马达直接连接,使整个传动机构体积缩小、重量减轻。
船舶液压传动系统的液压元件发生损坏后,选用国产的液压元件进行维修,不仅降低了船舶液压设备的维修成本,而且使国产液压元件在实际生产中得到了应用,为民族工业的发展积累经验。特别是海水泵液压马达,是代表液压工业的整体水平的重要元件,它的广泛应用,为国产液压元件打入国际市场开辟了一条新路。
来源:力耐通液压
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