【i专栏】W02：力士乐A10V(S)O柱塞泵使用与修理要点
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力士乐A10V（S）O系列轻型柱塞泵广泛的应用于工业领域、工程机械等设备中，尽管隶属于轻型柱塞泵范畴，如果能做到正确应用，是可以超出设计寿命。本文从怎样正确应用方法及确保这种泵使用寿命，延长工作寿命，结合作者本人多年的应用、改造、在线测试及维修经验来叙述，如果要保证这种柱塞泵能在正确的工作状态下运转，必需要保证以下六个指标：
一：S管口的绝对压力及S管道另一端的水头压力。
二：不要应用到峰值压力，持续的最高工作压力短。
三：最大工作压力与最大流量。
四：壳体压力不得超出吸油口绝对压力0.5bar.正确的泵壳体泄油回路。
五： 变量速率问题。
六：保证油质的清洁度。
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泵吸油侧也是液压系统的重要组成部分，但吸油侧往往不被液压设计者重视，恰恰这吸油侧的一些错误设计是造成泵使用寿命缩短及损坏的致命原因，由于液压设计者被样本上的错误数据和传统观念所误导，认为泵有自吸能力，才造成对液压系统中的吸油侧的错误设计，柱塞泵不是水泵，水泵能自吸及扬程，靠的是离心力，如果要柱塞泵自吸油液的话，那就要靠回程盘强行拉拨柱塞上的滑靴回程运动，柱塞在缸孔中的抽吸有粘度特性的油液时，所产生的真空度反应到柱塞上生成为对柱塞的嘬力，回程盘强力拉拨柱塞滑靴对抗柱塞这种嘬力，生成了滑靴与柱塞球头的分离力即拉脱力，久而久之，造成滑靴与柱塞间隙或松脱，这也是柱塞泵寿命减免的一个主要原因。
如何能使柱塞在缸孔中回程时不产生过大真空度，要采取正确的方法来保证液压油箱中的大气压施加到液面，大气压力加液位高度差迫使油液通过S管灌入到泵吸油腔内，是S管内的压力油来推动柱塞回程而不是靠回程盘来拉拔柱塞回程或能减轻回程盘对滑靴的拉拨力。
力士乐A10V（S）O样本上有自相矛盾的错误，它说泵有自吸能力（原文：出色的吸油特性），但还要求泵S口处绝对压力不得低于0.8bar以下（2，不得大于负压0.2bar），见图一。
图一
如果做一下负压测试试验，用医用注射针管作为虹吸装置，注射针管头部加装负压传感器，拉拨推柄，可以说只要稍用点力就会产生大于负0.2bar压力，几乎这个力是非常微小的力。作者也进行多次在工业领域、工程机械设备上多次检测柱塞泵吸油口处压力，很少见到泵吸油口绝对压力大于0.8bar以上的（开式液压回路）。
泵吸油侧包含油箱、输油管道即S管、泵变径法兰对接泵壳体吸油口，要求油箱底板要高于泵轴以上，油箱出油口接输油管道处大于S管径2倍，确保水头压力，S管的另一头要大于泵壳体吸油口1.2倍，这样，S管道为是锥体管，这是为了克服流体沿程压力损失，还可以用直管作为S管，但管径要大于泵吸油口径的1.6倍，在S管与泵吸油口处作一个变径接头与泵对接上，确保泵在最大排量时泵吸油口处油液流速小于0.5米/S，要在实际工作状态下，做泵绝对压力测试，查看泵在最大排量时绝对压力值是多少。当泵的转数超出1500rpm时，吸油口绝对压力又变化为1bar以上。
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A10V（S）O系列柱塞泵，为了减轻转动惯量，柱塞是大中心孔薄壁形式柱塞杆，如果使用到了泵最大工作压力时、压力连续时间如果超出所允许时长时，会对柱塞构成三个危害：一是滑靴摩擦面变形，由平面变为鼓弧面；二是柱塞涨肚，直面柱塞变为弧面鼓肚型柱塞，杆径局部变大；三是柱塞球头变型成为扁圆。
负载决定压力，柱塞泵要达到最大工作压力是由柱塞在缸孔中强劲压缩油液所生成的力。压缩柱塞的“力”是斜盘机械力压迫滑靴-滑靴再压迫柱塞球头带动柱塞运动，当柱塞压缩油液达到最大工作压力时，是斜盘的机械强度、滑靴、柱塞球头、柱塞杆都进入到金属蠕变最高上限的临界点，如果柱塞挤压油液的时间再持续超出所允许时长时，被压缩的油液反作用力推压柱塞，力传导到柱塞球头顶部，柱塞球头顶部再挤压滑靴球窝，因滑靴静压摩擦面中心处有内圆形蓄油空间与斜盘之间形成局部空间，这个空间被柱塞球头顶挤凸起后引起整个滑靴面鼓形凸起，破坏了滑靴静压密封环，压破油模，使斜盘与滑靴二金属间直接发生接触摩擦磨损，有关滑靴变形见图二。柱塞球头在顶压滑靴的同时，自身也产生的形变，球头被压扁成椭圆，引起滑靴与球头处出现间隙。
图二
作者本人用专业测试设备和电子仪器对各国多型号的滑靴受力变形进行过N次静态压力测试，国产的滑靴大都在压力达到80bar左右压力时起，滑靴静压摩擦面中心处就开始出现微凸起，边缘没有变化。当压力达到240bar左右时滑靴边缘翘起到图二所示，继续加载，变形各异。
长期使用到最高压力时，因面积压强关系，油压作用在柱塞中心孔臂圆周，会造成柱塞杆径膨涨变大，柱塞外径膨涨增大0.02mm左右直径，增大直径的柱塞在与缸孔摩擦运动中摩擦力增大，回程盘在拉动柱塞回程时就会增大柱塞球头与滑靴的拉脱力，拉力作用在滑靴背部，久之造成滑靴与柱塞球头松脱，柱塞体在密闭容腔内受压涨肚现象，这是世界上所有的柱塞都存在的一个普遍现象，是金属固有的超塑性蠕变现象，而马达柱塞涨肚现象还要高于泵的柱塞，只是国外的的生产商在设计高压重载荷柱塞时，在制造、表面处理时，采取了消除或减低柱塞蠕变手段，使柱塞在高压时，柱塞蠕变的不明显、不影响使用。（只是在某压力段，达到最高压力时的瞬间，柱塞杆直径变大，压力降低时又回复到原尺寸）。此学说由作者本人马明东负责。
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A10V是轻型柱塞泵范畴，应用时不要使用到样本上的所标注的最高数据即最大流量、最大工作压力，这二点不得同时叠加出现在一起。为了保证泵的使用寿命，最佳的使用方式是使用压力及流量都不得超出样本上的压力、流量最高值的75%~85%左右，延缓疲劳寿命。
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泵壳体内溢出的油液需从泵壳体泄油孔口经软管回流到油箱，不要轻视这根回油软管！从力士乐的A10V/32系列加大了壳体泄油孔这一改动就能很明显的说明壳体泄油对泵的使用影响，泵壳体压力如果要高于泵吸油口绝对压力0.5bar以上时，就造成柱塞滑靴与斜盘在工作状态下产生脱盘现象（壳体压力高对泵工作状态的影响，见文章《泵第二吸油口理论》本文不再赘述）。
图三
图三说明：图三上的斜盘是一台原装进口的新泵上机使用8小时后，因压力不稳，下线分解发现斜盘磨损到照片上的样子，用户十分不解，要求我给解译造成原因？
此泵是典型的壳体压力高于吸油口绝对压力0.5bar以上，泵在工作状态时，当回程盘拉拨柱塞滑靴回程吸油时，壳体内的压力作用在柱塞球头与柱塞杆间的斜面台肩上，迫使柱塞向缸孔中驱动，滑靴与斜盘分离出现间隙，当缸体转动带动已脱盘的柱塞旋转到配流盘高压窗口，配流盘高压窗口内的高压油作用在柱塞杆上，使柱塞带动滑靴突跳冲击撞向斜盘摩擦面上，就造成照片左中位置那圆点痕迹，滑靴静压支承面经过N次撞击后，变形、失效、损坏。
如果泵吸油时间长于5s时，泵壳体泄油管道一定要单独的接到油箱液面下边200mm处T管要直通，不准许有任何阻尼，泄油管径要超出泵壳体泄油孔径1.6倍，力士乐产品样本上有专门的泵壳体泄油口变径管件，因为泵使用到一定的期限时，柱塞与缸孔产生过量磨损间隙时，泵在吸油时如果产生液阻时，柱塞在吸油时会把泵壳体内的油液从滑靴中心孔中产生倒吸缸孔中，造成泵壳体内无油液干涸，置轴承无油干摩擦状态。使用A10V电子泵EO/DSE控制方式的，应一定要关注泵壳体泄油指标，因为当电子泵EO/DSE控制方式时，泵斜盘从排油角度转变到吸油摆角时（泵P口转变为S口、即P口为吸油口时），极为会把泵壳体内油液吸空。
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变量速率问题：A10VO/31系列柱塞泵不适用工程机械，因为此泵有一最致命的短点，就是怕变量速率快，因为是轻型柱塞泵，泵变量斜盘组件内没有定间隙保护装置，一旦泵的斜盘从最小的待命角度高速率变化到最大摆角时，会瞬间拉碎回程盘，这种摆角变换时间每秒钟时间内约10次左右，如果下列三个条件叠加在一起，会造成回程盘碎裂！①泵转数超出1800rpm,②S管低于绝对压力0.8bar，流速＞1.2米，③正阶跃变量时间没有增加延长（按图四阶跃时间作为基准）。
图四
图四解译：什么是正阶跃响应时间tSA与负阶跃响应时间tSE ？正阶跃响应是泵的斜盘从最小角度变化到最大角度时所需用时间，负阶跃响应是斜盘从最大角度回程到最小角度时所需用时。例如图上规格100L流量的泵，在280bar压力时，斜盘从最小角度变化到最大角度用时为：120ms(毫秒)，也就是在1秒钟时间内斜盘能摆动8.33次。请注意图上面文字：动态流量控制工作曲线，此曲线是泵装在油箱内实验状态测量的平均值。力士乐所进行的实测也就是把整台泵浸到油液中，泵吸油口浸入在油液内，泵没有S管道，是在泵吸油口处没有液阻、没有绝对压力及液体流速问题影响，形成油液灌入泵吸油口状态时，可用于这种阶跃响应时间，工程机械使用的泵是有S管道的，而且S管道因设计人员对泵吸油侧知识不了解，不能保证水头压力及绝对压力，只能照虎画猫，造成泵的使用寿命降低或损坏。如果工程机械应用这种泵时就要加上两个条件，一是加粗S管径，保证水头压力及绝对压力，二是在变量控制阀加装阻尼器，延迟并减缓斜盘变量阶跃响应速度。有一个最佳方法是选用32系列，因为32系列变量斜盘组件上加装了定间隙保护装置，提高了回程盘抗弯曲能力（有关定间隙保护装置原理及形式，见文章《泵第二吸油口理论》本文不再赘述）。
工程机械使用A10V系列泵时，要在主泵尾部串接一台齿轮泵作为先导油源，二台泵共用了一个S管道，就是在S管道上分出一个歧管输油供给先导泵，这是一种严重的错误，笔者曾多次用专业仪器测试歧管内流体流场变化，测试得到的结果是非常一致的，当柱塞泵在大流量吸油时，岐管内没有油流动或减少了油液向岐管内流动，造成先导泵的吸不到油或吸油时减少、压力波动，同时也对主泵的吸油造成局部干涉。不是绝对的不允许在S管上开岐管，要看是在S管哪处开岐管而不干涉主泵的吸油。不影响主流体流动影响，笔者本人希望液压界有能力的人作一下岐管与S管瞬态模拟流动计算机仿真，对比模拟结果与试验数据，深入展示S管道流动损失机理。
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怎样保证泵所使用的油质的洁净度，这是常识性问题，本文不再赘述，只是要说明一点，A10V泵的缸体材料是球墨铸铁经软氮化工艺处理，与全铜配流盘组成摩擦副，而且是平面配流，用金属摩擦学理论对应这对摩擦副，笔者认为是极不科学。如果油液过滤不彻底时，油液中颗粒超标，会造成缸体配流面与全铜配流盘摩擦面摩擦磨损，会极大的缩短泵的使用寿命。现国内有采用激光表面淬火处理、液体氮化淬火工艺对A10V泵的球墨铸铁缸体进行热处理，缸体配流面表面硬度及硬层深度有了一定的提高，使软对硬配对摩擦副更加合理。油液中微小的颗粒对压力调节控制阀芯及阀孔磨损伤害是非常严重的，因为阀芯在工作状态时，是不断的进行位置纠正，阀芯的运动频率远远的高于柱塞运行速率，一旦阀芯磨损，从阀芯中产生的泄漏量也是非常大的，阀芯磨损造成后果是泵的压力不稳定。
后续篇
现国内仿制的A10V（S）O31系列泵的质量也是非常好的，但美中不足是缸体弹簧欠佳，弹簧的性能不尽人意，使用压力超出20mpa后，与力士乐原装相比内泄流量就增大。
另外一点，我个人观点是不要置泵在油箱上面（任何柱塞泵），不要相信国外样本上的虚假宣传，柱塞泵是没有自吸能力的，柱塞泵只能是要靠大气压压迫油液灌进泵吸油口内（油液液位与泵壳中心孔线位置高度差及大气压所产生的水头压力），如果柱塞吸油时嘬力超大时再加上变量速率高时，在泵变量的瞬间(泵斜盘从最小角度霎时变换到最大角度时），严重时会造成回程盘立即断裂。国外最新的液压站也有把泵安置在油箱液面上方的，但泵的吸油管道是有1.2bar以上的绝对压力供油方式的，采用的是全密闭无空气有压源油箱，油箱内有冲灌满0.3bar氮气褶皱型胶囊，油箱内的油液被泵吸走液位下降时，褶皱型胶囊膨涨展开冲填空间，油液回流油箱时，褶皱形式的胶囊又被压迫回缩，这种设置的密闭无空气油箱最大的益处是①油液不与空气发生接触而不产生氧化，油液使用寿命延长，②在特殊粉尘超大的环境场地中使用时，粉尘不能污染油液，③是潮湿的空气只能在胶囊内冷凝成水份而不会渗入到油液中。这种褶皱式胶囊气压高了会自动排放，胶囊内压力低了也有冲入高温气体装置，此种方式是用在煤矿井下液压站解决油液污染最好方法。
设计人员不要只看中文样本，因为中文样本中对此泵的性能介绍及使用技术要求与德文、英文样本相差巨大，关键的使用、应用技术中文样本上介绍的不完整，我个人认为这是德国力士乐公司有意而为之的不让咱中国人了解柱塞泵使用技术。
世界的科技在进步，德国力士乐在柱塞泵的制造技术也在不断的更新，例如A10V-32系列新产品柱塞泵，有很大的技术提升，增加了回程盘保护、增强型柱塞，减噪型高压壳体与后盖、泵壳体后盖孔道增加预压缩腔及蓄油腔、壳体泄油口加大、改进控制阀、增加了高压高转数泵，这一系列的革新，使32系列柱塞泵的使用寿命及性能得到了提高。单从回程盘保护装置来讲，32系列柱塞泵是工程机械应用的最佳选择（见图五，定间隙保护装置）。
图五
一台新制造的液压系统或工程机械，应在使用前，要对液压系统进行全面性能测试，在泵吸油口、P口、T口各安装压力传感器对三口进行工作状态下的计算机检测，全面了解清楚系统的各动作时的泵状态是否在标准内，重要设备的液压系统要在泵上安装远程监控装置，时时的了解泵的运行趋势，运用现代的科学技术，消除隐患，提高泵的使用寿命。
例一
山东一家生产挖掘机厂仿制的是一名牌挖掘机，它家找到我说：我仿制的挖掘机，它家使用什么，我就用什么，我生产出来的挖掘机与它家使用的东西是一模一样的，但为什么我的挖掘机动作与它比速度慢？我给它画一个加大口径的吸油管道图（主要解决油箱出油口处的法兰，还有其它二处管道图）给这家，让它家按我的图改了吸油管道，这家改后与我说：现我整机的速度还快于仿制那家的同类机型。
例二
宁波一家生产柱塞泵企业从广州一家专业生产泵试验台厂采购了一台泵试验台，安装使用后，柱塞泵在试验台上被测试时，泵测试台有二种故障，①被测泵在泵测试台上显示达不到最大流量、②流量计显示波动，就是当不在调整，就是静止10分钟不再调节泵测试台上任何动态时，流量计还是在波动，生产商到现场也进行了多次更换了流量计及二次仪表，也多次更换了比例溢流阀，故障依旧，又再次更换了阿托斯的比例阀、更换了力士乐的比例阀，所有的方法都用过了，流量计显示波动现象依旧。
国内几家生产比例阀的厂商都拿自家的阀去安装调试，更换后显示还是流量波动，但波动频率有所减缓，更换了各家的比例阀故障依旧，用户想那就不是阀的原因了，只好从电气控制方面查找原因，也请了几位业界的高人，查电源的清洁度，查杂波干扰。。。无计可施！。
本人到现场进行故障诊断，安装测试了一台恒功率变量控制泵，测试条件：①低压大流量-显示流量波动，②每5MPa为一个测试段，一级一级的压力由低向高进行调压测试-故障依旧，③当压力进入到25MPa时，流量计显示的流量定格-不波动了，再进行压力向更高压力调节，流量计显示流量在变化但流量显示都不波动，压力平稳，总结一下：泵试验台测试泵时，低压大流量时，显示流量波动？被测试泵进入到高压小流量时，流量显示就变为不波动，此证明流量计无问题，比例溢流阀无问题。
本人检查泵试验台及全部管道，是上置油箱，油箱底板高于被测试泵中心线1米多高，当检查到油箱与被测试泵的吸油管道时，看到从油箱联接到测试泵的吸油口是3米左右长度的PVC钢丝透明管，内径4英寸的PVC钢丝透明油管出口头部接一变径法兰，由4英寸变径到2英寸*200mm长度的一节钢管，这2英寸*200mm钢管端口焊接方法兰盘再与泵的吸油口螺栓联接，这是人为的加上了一个节流口，使流体产生湍流，不能满足测试泵在测试时的流量，把节流口改掉后，测试台上的流量显示波动故障现象消失，也能显示泵的最大流量值。
EA10V与A10V泵的区别：
A10V与EA10V泵的差别是泵主轴轴承，普通的A10V泵用的是锥型轴承而EA10V泵用的是经过特殊方法处理的直滚柱轴承，见下图六，
图六
使用要点全文完，马明东 2018年12月12日。