基于液压马达的再制造修复技术研究

摘要：液压马达是广泛应用在工程机械行走系统中的低速大扭矩的液压装置，控制精度高，加工难度大，一旦损坏修复困难。对保修期内索赔回收的大量马达总成只能进行清洗拆检，对于合格件作为再生品使用，造成大量浪费，而液压马达的主要失效形式是机件过度磨损，造成系统压力下降，影响正常使用。在实践中通过对挖掘机液压马达的缸体、配油轴、内曲面定子等主要部件，进行电镀、激光熔覆等再制造加工修复，机件性能得到恢复、成本降低、使用寿命延长，实现了液压马达的二次利用，对工程机械维修企业起到借鉴作用。

关键词：液压马达电镀激光熔覆二次利用

0 引言

某机械施工公司6年前购进两台上海生产的同型号挖掘机，在使用过程中，先后出现了行走无力、跑偏、下坡制动不灵的现象。经过拆卸马达总成详细检查发现，故障原因是定子（配油轴）与转子（缸体）承孔严重拉伤而造成的。按常规需要更换马达总成，每个总成1.3万元。但该产品在本地没有售后服务商，液压马达的生产企业远在贵州，通过联系得知该型号液压马达紧缺。无奈之下找到当地一家斗山工程机械产品整机销售、配件供应、售后服务等为一体的专业商，最后研究决定对失效的液压马达配油轴和缸体进行再制造加工修复。通过新的表面工程技术，使修复后的零件品质达到甚至超过新的零件。此修复工艺对工程机械大型液压马达的修复有较高的参考意义。

1 液压马达的再制造修复原理

1.1 径向柱塞式液压马达的定子（配油轴）与转子（缸体）承孔属于精密配合偶件，当定子（配油轴）受到径向不平衡的液压力作用时，易与缸体（转子）孔产生磨损，磨损后的间隙不能补偿，泄漏大。再制造修复原理是恢复转子与定子原有的配合间隙，在不影响缸体自身刚度的条件下，根据磨损情况对缸体进行镗削加工；对定子（配油轴）进行电镀硬铬和磨削加工，以恢复机件原有的性能和配合间隙。

1.2 内曲面定子与柱塞的修复。来自液压泵的高压油，经过定子配油轴的进油孔分配给缸体上（转子）的径向活塞，活塞的另一端与滚轮相连，滚轮依靠背压紧贴在具有偏心行程的内曲面定子上，活塞处于上止点位置。当滚轮与定子内曲面的高点接触时，活塞处于下止点位置，被压回的油液经配油轴上的回油孔流回油箱。通过各个活塞在缸体（转子）孔中的往复运动产生的驱动转矩，驱动缸体（转子）转动，并由主轴传出。如果柱塞与转子孔磨损严重会对马达的转矩和转速的脉动带来影响，而柱塞前部的滚轮部件与定子内曲面的导轨如果出现严重磨损，同样会造成压力脉动和冲击现象。内曲面定子整体磨损严重需要更换定子部件，局部磨损采用激光熔覆耐磨合金的方法进行修复；活塞与转子上活塞孔磨损超限，对活塞孔进行镗削加工，同时更换加大尺寸的活塞，个别活塞与孔磨损超限，采取单独加工的方法。

2 配油轴与缸体的修复工艺

2.1 技术要求：对于低速大扭矩液压马达，配油轴与缸体的配合间隙0.028-0.032mm,圆柱度和椭圆度不大于0.008mm，属于精密偶件，对压力油的清洁度要求很高，一般过滤精度不少于25um。

2.2 使用情况：而一些机械施工企业，往往不注意对挖掘机的日常维护保养，特别是一些拥有挖掘机的乡镇企业和个体业户，为了赶工期一年四季昼夜在工地上施工。据了解有的挖掘机从购进连续3年没有更换过压力油，更谈不上保养，直到挖掘机出现了行走无力和流坡的故障才认识到严重性，但是经过拆检配油轴已经对缸体造成严重的拉伤，究其原因都是疏于保养，导致压力油严重污染造成的。一般拉伤的缸体孔，径向拉伤深度都超过0.20-0.50mm，远远大于配合间隙，造成压力泄漏，无法正常工作，必须进行再制造加工修复。

2.3 修复工艺：采取的修复工艺是对磨损严重的缸体承孔进行镗削加工，对配油轴进行电镀加工。考虑到零件本身性能的要求，兼顾到单件加工和互换性的问题，借鉴汽车缸体与曲轴的修复方法，采用尺寸修理法，以0.25mm为第一级修理尺寸，逐级加大。目前采用了四级修理尺寸，按照每级修理尺寸对应2-3年的马达寿命，至少可以延长液压马达寿命5-10年。

2.3.1 缸体进行镗削加工。由于缸体材料采用强度高、减磨性好的球墨铸铁材料，加工后的缸体承孔不需要再进行表面处理，还可以提高接触应力，为了控制加工精度最好在精度较高的座标镗床进行加工。总的加工量应控制在1mm以内，过大的加工量势必影响到缸体本身的强度和刚度，还将改变柱塞的有效行程影响到马达的排量，从而影响整个液压马达的工作性能。

2.3.2 液压马达的配油轴属于耐磨损零件，其表面硬度达到HRC60以上，由于零件尺寸较大一般直径在100mm以上，且结构复杂、单件加工精度高、成本高，特别是表面热处理难度更大，一般的加工企业难以胜任，因此对配油轴采取电镀加工的方法进行修复。首先根据缸体的加工尺寸，选择配油轴的加工方法，一般分两种情况，然后再确定具体的加工工艺和成本。

一种情况是如果缸体镗孔加工尺寸为0.25mm，可采取直接对配油轴进行电镀硬铬的加工方法。为了获得好的电镀效果，在电镀前还要对配油轴的表面进行找正磨削加工，磨削加工量为0.01-0.05mm，再送电镀中心进行电镀硬铬加工处理。在电镀中心还要对配油轴零件进行喷沙、除油、清洗、活化等工艺处理，同时对进、回油孔进行封堵保护。这样不仅可以防止氢脆的发生，还可以保证电沉积硬铬时具有良好的结合力。

在电镀开始的阶段，采用停留较长时间的阶梯小电流法，即5A停留15min，10A停留10min，15A停留5min。停留较长时间的阶梯小电流送电，使阴极(即零件和挂具)在较长一段时间内产生大量的新生态氢原子，且随着电流的增大，新生态氢原子会相应地增加。这些新生态氢原子具有极高的还原能力，使零件表面的钝化膜不断地得到还原，从而使零件表面得到活化，尤其是阶梯小电流中的大电流能充分活化零件的复杂部位。

停留较长时间的阶梯小电流送电，加上喷湿砂的镀前处理，不仅有利于提高镀层与基体的结合力，更有利于保证镀层的完整，确保电镀质量，并且对零件基体的损伤很小。此后用1.5-2.0倍的正常电流密度冲击镀30-60s，可在较短时间内生成致密且结合力良好的薄铬层。对于形状较复杂的配油轴零件这种冲击镀是必不可少的，它可有效地保证镀层的完整性，在这之后恢复正常电流密度进行电镀硬铬，直至达到要求的镀层厚度。

电镀周期一般为12小时，镀层厚度达到0.30-0.35mm，电镀硬度达到HRC62以上。镀后根据配油轴与缸体承孔的配合间隙，对配油轴再进行磨削加工，然后进行配研和浸油处理，就可以装车使用。

另一种情况是如果镗孔加工尺寸在0.50mm以上，加上磨削余量，总的电镀层将达到0.60-1.10mm,这么厚的镀层一不实用，二不经济。按照电镀一级修理尺寸0.25mm计算，每个配油轴的电镀成本在500元左右，每增加一级修理尺寸成本翻一番，加上时间成本还远不止这些，最高可达到2000元左右。因此对于电镀尺寸超过0.50mm以上的配油轴，采取先表面镀铁，经磨削加工后，再镀硬铬的方法，后续工艺与第一级修理尺寸相同。这样就将配油轴的电镀加工成本控制在1000元左右，既经济又有效。

3 内曲面定子与柱塞的修复

从马达的工作原理得知，当工作压力一定时，马达的输出转矩仅与马达的排量有关，即无论内曲面的形状如何，只要保证各个柱塞的有效行程相同时，其平均转矩都是相同的，也就是说与内曲面的形状和平均转矩无关。但是对于不同的内曲面形状，柱塞却有着不同的运动规律，对马达的转矩和和转速的脉动带来影响，还会对内曲面造成冲击。在对缸体和配油轴进行修复后，可以保证各个柱塞的有效行程相等，但是柱塞前部的滚轮部件与定子内曲面的导轨如果出现严重磨损，同样会造成压力脉动和冲击现象，因此必须对内曲面进行修复。如果内曲面磨损严重需要更换定子部件；如果局部磨损可采取激光熔覆镍基合金粉末的工艺进行修复。柱塞与缸体上柱塞孔的配合间隙0.024-0.028mm，圆柱度和椭圆度不大于0.008mm，属于精密偶件，对压力油的清洁度要求很高，一般过滤精度不少于25um。柱塞与柱塞孔磨损超限，需要对柱塞孔进行镗削加工，同时更换相应的加大活塞，个别柱塞与缸体上柱塞孔磨损严重需要单独加工修复，具体方法同前。

4 结果与讨论

首先对两个同型号液压马达的缸体和配油轴进行了再制造修复，取得良好的效果，平均每个液压马达的修复成本控制在3000元左右，修复后的液压马达正常使用3年以上，使用性能稳定。又对回收的不同型号的20台液压马达总成进行了再制造修复，平均使用寿命为3年，使用性能良好。不仅有效解决了回收马达的再利用问题，节约了大量资金，还创造了良好的信誉和经济效益。

从挖掘机的维修实践中发现，大多数挖掘机的故障集中出现在购买后的3-5年期间。究其原因除了超负荷的频繁作业外，主要是疏于保养造成的。从故障分布看，70%的故障出现液压系统，而液压马达的故障又占到液压系统故障的30%。从售后服务实践看，如果挖掘机的故障出现在施工现场，一般都是更换总成，低速行走液压马达更不例外，而更换回收的总成只能拆解清洗，将合格件作为再生件使用。能否对磨损的液压马达总成进行再制造修复，是每个挖掘机维修服务企业十分关心的问题。通过对液压马达再制造修复过程的详细介绍，以期对工程机械液压马达总成的修复工作提供参考。

5 结论

5.1 磨损失效的液压马达总成，完全可以通过电镀硬铬、激光熔覆等再制造修复技术，结合机械加工工艺，恢复机件的性能和配合间隙，满足使用性能的要求。

5.2 一个液压马达总成的修复成本在2500-3500元，约占新总成的20%-30%；使用寿命与新总成相当，甚至超过新总成，性能可靠。

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