现代的冶金设备中，都离不开一项关键技术- 液压传动，本世纪早期国内引进的世界高端液压成套液压设备，在当时是先进的，但与今天的液压技术相比，到目前已是技术十分落后的，尤其是当时所设计制造的液压系统的动力源头-液压柱塞泵吸油侧，存在着明显的流体流动阻力错误，造成设计使用寿命2万小时的柱塞泵，上线使用后，在很短的时间内失效进入维修状态。

在液压系统中，人们对泵的压力侧流体的工况考虑的较多，因为这是系统中所有功能动作直观表现的场所，然而、柱塞泵的吸油侧也是系统的一个至关重要部分，由于液压设计人员缺乏流体动力学基础理论，没有自己主观的管路流体损失知识，没有鉴别能力、鹦鹉学舌的照搬前人的错误，一味的追求柱塞泵动态响应速度，但又忽视柱塞泵的吸入性能，其结果就是过早的结束泵的寿命。

本文探索防止直轴斜盘式柱塞泵（本文后续都称为“泵”）吸油侧气穴的解决方案，通过提高泵吸油侧水头压力来避免气穴，从而提高泵使用寿命。

泵总成粉碎性损坏原因是：泵变量斜盘在变量阶跃的瞬间，泵吸油侧入口流体流动不足 当柱塞从缸孔中瞬间被拉出，缸孔容腔闪现“液柱分离”，空隙体积瞬间增大，又没有足够的进口流量及时跟进填充，液柱分离形成真空腔而导致回程盘与滑靴之间产生瞬变载荷铮开分离力，当这个变载荷铮开力周期性循环反复的作用在回程盘与滑靴间，其后果是对滑靴、回程盘、定间隙压板螺栓这三种零件金属材料产生疲劳破坏力，间接的造成滑靴脱靴、回程盘疲劳断裂、压板螺栓拉伸断裂。无论是出现哪一种零件的损坏，泵的使用寿命戛然而止。气穴现象还会导致液压系统动态响应变慢，出现振动和噪声及气蚀损伤。

德国力士乐公司对自吸型柱塞泵吸油口有二项技术要求：一，吸油口绝对压力>0.8bar。二，S管道液体流速﹤0.5m/S。但力士乐公司对于这二项没有给予更多的解译，笔者对这二项有着特别指导意义的要求有特别的理解，这是建立在十多年来对无数套的液压系统中的柱塞泵吸油口测试，对无数因吸油侧液阻影响而下线柱塞泵拆解，对内部损伤零件表面痕迹理性分析，渐渐明白为什么力士乐对泵吸油侧所提出的这二项技术要求，即是泵斜盘在最大角度时（排口输出最大流量时），一，泵吸油孔径内真空度不可大于0.2bar绝对压力，二，S管道内液体流速小于0.5M/S。这二顶的技术要求的最终目的是为防止与避免泵吸油侧气穴，泵吸油侧达到了这二项技术要求才能保障泵的使用寿命。违背这二项，对泵有损坏的风险。

防止泵变量阶跃期间内出现的液柱分离所造成的瞬态气穴现象，是现代世界各国泵制造商设计改进目标，力士乐成功改进一款泵，在泵后盖上增加半环形蓄油池（见图一），优化流动通道，提高壁面光洁度，防止出现液柱分离，用于减轻斜盘阶跃瞬间铮开力。派克公司则是加大后盖吸油孔径及腔室（见图二），优化渐变非圆月牙形吸入通道，消减流体运动阻力。

图一

图二

在冶金设备液压系统中所使用的执行原件都是高速响应，这也就对应泵变量阶跃速度约在100ms以内，甚至高达25ms，对于自吸泵，无论采用什么方法，泵斜盘阶跃的瞬间所产生的吸油侧气穴是不可避免的，只能是在泵入口处施加动力油源来提升供油压力，才能满足力士乐公司对泵吸油口的二项技术要求。近期国内引进的成套液压设备中，多泵共用一根S管道的液压泵站，都是有螺杆泵向S管道内提供压力油源，这即是：开式泵闭式供油方法。

泵有很弱的自吸能力，并不是像国外泵制造商样本上所讲泵有强大的自吸能力，用几个洋文的溢美之词来迷惑国人，不能惯性思维的盲目的崇拜，要有自己的独立见解，力士乐泵样本所示“吸油口S（入口）处压力最低吸油压力Ps最小——0.8bar(绝对)“即是最有力的证明。如果是靠回程盘强劲的拉拔柱塞像医用的注射针管一样的抽吸油液，滑靴的背面与回程盘摩擦、回程盘与压板的摩擦，产生这样的摩擦磨损，摩擦副会很快的失效。泵在待命状态时，斜盘摆角在0°停泊，当泵接受变量指令时，控制油瞬间推动变量活塞带动斜盘改变摆角，斜盘强劲的拉拔回程盘再带动滑靴把柱塞从缸孔中快速拖出，变量斜盘瞬态阶跃及柱塞瞬间从缸孔中出程，造成三到四个柱塞孔容腔的瞬态气穴，气穴所产生的真空虹吸力倒拖柱塞与滑靴，一侧是斜盘拉拔回程盘、另一侧的虹吸力倒拖滑靴，这使二者间产生瞬态的分离铮开力，这个周而复始的铮开力，对回程盘、对滑靴、对压板螺栓产生金属材料的疲劳。

油箱内的油液，要经过油箱壁面管道流出进入S管道，90°弯管，进入到泵吸入口，流体再经过泵体内渐变非圆流道才到达配流盘月牙形窗口，流体要克服上述这些管道沿程摩擦损失，逐渐消耗掉全部水头压力。

配流盘窗口内的油液被高速旋转的缸孔中的柱塞抽吸进入缸孔口时，配流盘供油窗口内的油液被缸体腰形槽隔挡，孔口内的流体出现剪断、相通、再剪断，再相通，周而复始的炽烈的波动，造成泵吸油口内的油液扰动，而且，泵斜盘摆角越大，扰动的幅度越大，这一波动现象幅度值，取决于柱塞虹吸力，如果有微小的水头压力能够到达配流盘供油窗口内，基本上就没有波动现象（见图三）。

图三

怎样保证泵在最大排量时的吸油孔径真空度不可大于0.2bar压力与S管道内液体流速小于0.5M/S，针对这二顶的技术要求，对于自吸泵的开式液压系统中的油箱，要务是：最大限度的地提高“水头压力”。提高水头压力有四个要述，1.油箱底板与泵中心线高度差，2.油箱内液面大幅度波动时，大气压无阻挡的施加到油箱液面，3.粗大的供油管径，油箱中的液体以灌入形式进入到S管道中。4.与泵吸油口对接的管径是泵体口直径的1.5倍。

泵损坏的实证案例分析：

国内某钢厂连轧生产线上的7台套液压站是国内一家外资液压公司设计制造的，在试生产时就发生泵损坏，外资公司给的答案是液压油质不达标造成的，可是在后续的生产过程中，7台套中的液压站均发生柱塞泵在线损坏，每次泵的损坏都要集中全厂的维修人员，停产8小时左右清理油箱，更换液压油，因为泵损坏后，油箱内有大量的铜、铁碎屑，坏泵事故一次次的发生，困惑的是找不出原因，不胜其烦，经济上造成巨大的损失。

该厂对此现象邀请多位国内液压界知名学者及专家对液压站进行诊断，要想找出问题所在，但疑云也困惑专家学者。

下面是液压站布置图：

图四

7台A4VSO250LR2D/30R-PPB1300共用一根吸油管道，共用同一根壳体泄油管道，主吸油管道内径为250mm，共用泵壳体泄油管道内内径：50mm.每台泵的电机为：132KW，1489r/min。

单台柱塞泵吸油口与共用吸油管道布置图

图五

现场拆解损坏的柱塞泵，从泵损坏的零件痕迹定性为吸空所致，判定的依据是泵定间隙保护压板的m6高强度螺栓是从中间位拉断的。

A4VSO250排量的泵斜盘上共有二个定间隙压板及四个压板固定螺栓（见图六），这四个压板螺栓二个布置在斜盘压油侧，二个布置在吸油侧，拆解损坏的泵，在吸油侧的两个螺栓从螺孔边缘处断裂，吸油侧压板弯曲， 而压油侧的两个螺栓没有损伤。

图六

这种多泵共用一根吸油管道设计的错误有如下二种原因，其一是：吸油管道内径太小，7台柱塞泵在最大吸油时，需要每秒43.75L的油量。要满足7台泵的最大流量时，Ф250的管道内的油液流速要高达0.89米才能满足7台泵所需要的油液，力士乐对于泵吸油管道内的油液流速规定为﹤0.5米，为了达到力士乐的对泵吸油管道内的油液流速要求，再加上油液粘度摩擦指数影响，7台泵共用吸油管道内径则需要的吸油管道内径则需要达到Ф350mm才能满足力士乐所规定。

笔者在对此液压泵吸油口测试时，因为是在生产期，没有条件能达到泵的最大吸油量的，测试时的斜盘角度的变化是从摆到9°左右再摆回到0°，泵斜盘在0°待命时，泵吸油口则上安装的压力传感器为绝对压力1.03bar，当泵接受指令斜盘变量到9°时，泵吸油口侧压力变化到0.68bar绝对压力，油液进入到泵吸油腔的时，压力是波动的，在绝对压力0.68bar至1.06bar间波动，这油液的波动说明是油液一涌一涌（咕咚咕咚）的湍流进入到泵吸油腔内，油液的湍流波动造成吸油腔内的压力上、下波动（说明：泵斜盘摆角在0°时，斜盘与缸孔平行，柱塞没有往复行程，因此，泵吸油腔的油液没有流动） 。

其二是：7台泵共用一根吸油管道，主管道头端插入油箱靠近底端中，端头呈45°斜面，在7台泵共同变量吸油时，因为需求输送的油量大、管道细、流速高（Ф250mm管径内的油液流速高达：0.8917mm/S 超出力士乐的近二倍，），造成主管道头端周围的油液与周围边上的油液流动差，形成了从管道吸油端头到周围边缘的差速流动，在吸油管道端口形成一种旋涡流，这个底小而上面渐变扩大的旋涡流直达到油箱液面，则液面形成中空漏斗状的旋涡，大量的空气从中空漏斗状的旋涡中被吸入泵体吸油腔内。

柱塞泵在线损坏原因分析：7台泵LR2D功率恒定压力控制变量柱塞泵，在达到功率控制恒定点时，泵的斜盘摆角在0°停止时，柱塞没有往复行程，柱塞也就不吸、排油，所以，泵吸油侧的油液没有流动，呈现静止状态，S管道内的油液压力是1.03bar绝对压力，当7台泵同时接受变量指令，强劲的液动力作用在变量活塞的一端促使变量活塞在极短的瞬间向另一端直线摆动，摆动中的变量活塞猛然带动斜盘瞬间从最小摆角阶跃到最大摆角，泵的斜盘已瞬间阶跃到最大摆角的同时，斜盘上的定间隙压板强力迫使回程盘拉动滑靴带动柱塞向缸孔外侧进行直线运动，促使柱塞运动到最大行程位置，但泵吸油侧内的油液并没有及时产生跟进流动，在缸孔容腔内形成液柱分离，具有真空度的空化腔，从而是油液从静止状态变化到流动状态过渡中，就是这个瞬间微妙液体力学的变化，从泵后盖吸油腔到壳体渐变非圆流道再到配流盘吸油窗口这一系列流道内原储存的油液呈现波动负压、导致缸体四到五个吸油柱塞孔容腔中高速形成真空的空化容腔，缸体柱塞孔真空空化容腔所产生的极强的虹吸力拉拔柱塞回程，而斜盘上的定间隙保护压板强力拉拔回程盘带动滑靴向外行程，使滑靴与柱塞球头间产生拉脱性的铮开分离力，无数次斜盘的瞬间阶跃，无数次的柱塞从缸体中真空空化拉出，无数次的定间隙保护压板强力拉拔回程盘带动滑靴向外行程，最终导致压板变形，压板螺栓拉断，回程盘断裂，滑靴拉脱，最终造成液压站中某一台泵的寿命戛然而止。

当泵损坏后，没能立即观察到故障停机，固电机还在转动，造成泵壳体内的旋转体粉碎的后果。

 多泵共用同一根壳体泄漏回油管道的危害：

图七

力士乐公司的柱塞泵样本上对柱塞泵壳体泄漏油管道技术要求是：1，泵壳体泄漏回油管上不准安装单向阀，2，不准与另外的泵、马达、阀等其它液压原件共用一根泄漏回油管。

多泵共用一根壳体泄漏回油管时，回油阻力增高造成壳体压力会增高，一旦某一台泵旋转体零件损坏，已损坏的这台泵壳内的金属碎渣会从壳体泄油管道窜入到共用回油主管内，再道窜入周边泵壳中，共用一根壳体回油管道上所接驳的泵都会造成连锁反应的损坏。

笔者见意开式液压系统中的多泵液压站，最佳的方法是采用外供压力油，保证每一台泵的吸油口处压力在6~10bar。不能采用外供压力油源，多泵则不能共用一根S主管道，每台泵都采用独立的吸油管路（见图八）。

图八

结束语

柱塞泵使用的寿命，取决于泵吸油侧水头压力，水头压力越高，到达泵吸油侧的流体动力仍有剩余，柱塞抽吸油液力充畅，减轻滑靴拉拔柱塞的拉力。开式泵采用闭式泵的供油方法，泵的柱塞的出程是吸油口内的压力把柱塞顶出，回程盘减省拉拔力，则极大的延长泵的寿命，这是实践已证明的。需要维修的泵，最普遍的现象滑靴松动，90%以上的泵的损坏，都是从滑靴松动启始发展到脱落，如果完全满足泵的使用的条件，则泵的使用寿命可超越设计寿命。