淺論挖掘機液壓系統故障分析及解決措施

劉 水,劉 冬

(1.威斯特哈爾濱分公司;2.黑龍江省龍建路橋第三工程有限公司)

1 引 言

液壓系統是工程機械中的一個重要部分。液壓系統由于具有體積小、重量輕、易安裝、功率密度大、響應快、可控制性強、工作平穩且可實現大范圍的無級調速等優點。應用日趨廣泛。液壓挖掘機是目前工程施工中使用較為廣泛的一種工程機械,其行走、回轉和舉升、挖掘動作都是通過發動機把機械能轉化為液壓油的壓力能來驅動液壓油缸和馬達工作而實現的。對于液壓系統。雖然只是作為挖掘機復雜主系統的子系統,但是其對主系統的功能和效率產生的影響是巨大的。液壓系統的失效將會直接導致主系統的失效,從而造成嚴重的經濟損失。因此,對液壓挖掘機液壓系統的分析及故障診斷尤為重要。

2 挖掘機的液壓系統類型

按液壓泵特性,液壓挖掘饑采用的液壓系統大致上有定量系統、變量系統和定量、變量系統等三種類型。

2.1 定量系統

在液壓挖掘機采用的定量系統中,其流量不變,即流量不隨負載而變化,通常依靠節流來調節速度。根據定量系統中油泵和回路的數量及組合形式,分為單泵單回路、雙泵單回路定量系統、雙泵雙回路定量系統及多泵多回路定量系統等。

2.2 變量系統

在液壓挖掘機采用的變量系統中,是通過容積變量來實現無級調速的,其調節方式有三種：變量泵一定量馬達調速、定量泵變量馬達調速、變量泵變量馬達調速。液壓挖掘機采用的變量系統多采用變量泵一定量馬達的組合方式實現無級變量,且都是雙泵雙回路。根據兩個回路的變量有無關聯,分為分功率變量系統和全功率變量系統兩種。其中的分功率變量系統的每個油泵各有一個功率調-節機械,油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響,與另一回路的壓力變化無關,即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調節變量,兩個油泵各擁有一斗發動機輸出功率;全功率變量系統中的兩個油泵由一個總功率調節機構進行平衡調節,使兩個油泵的擺角始終相同,同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統的總壓力,兩個油泵的功率在變量范圍內是不相同的。其調節機構有機械聯動式和液壓聯動式兩種形式。

3 液壓系統的故障分析及解決措施

液壓挖掘機液壓系統的主要故障多數是由液壓油過熱、進空氣、污染、油泄漏造成的,對造成這些故障的原因進行分析并采取相應的預防措施很重要。

3.1 油過熱

(1)液壓油過熱的危害。

①液壓油粘度、液壓系統工作效率均下降,嚴重時甚至使機械設備無法正常工作。

②液壓系統的零件因過熱而膨脹,破壞了零件原來正常的配合間隙。導致摩擦阻力增加、液壓閥容易卡死,并可能加速橡膠密封件老化、變質、破壞,使液壓系統嚴重泄漏。

③油液汽化、水分蒸發,使液壓元件產生穴蝕。

④油液氧化形成膠狀沉積物,易堵塞濾油器,使液壓系統不能正常工作。

(2)液壓油油溫過高的主要原因及解決措施。

①由于油箱散熱性能差,致使油箱內油溫過高。應增大油箱容積即散熱面積,并安裝油冷卻裝置。

②液壓油選擇不當。油的質量和粘度等級不符合要求,或不同牌號的液壓油混用,造成液壓油粘度過低或過高。

③污染嚴重。施工現場環境惡劣,隨著機器工作時間的增加,油中易混入雜質和污物。受污染的液壓油進入泵、馬達和閥的配合間隙中,會劃傷和破壞配合表面的精度和粗糙度,使泄漏增加、油溫升高。

④環境溫度過高,并且高負荷使用的時間又長,都會使油溫太高。應避免長時間連續大負荷地工作,若油溫太高可使設備空載運轉一段時問,待其油溫降下來后再工作。

3.2 進空氣

(1)空氣對挖掘機液壓油污染的危害。

產生空穴、氣蝕作用,導致金屬和密封材料的破壞;產生噪音、振動和爬行現象,降低液壓系統的穩定性。

使液壓泵的容積效率下降,能量損失增大,液壓系統不能發揮應有的效能。

液壓油導熱性變差,油溫升高,引起化學變化。

(2)進空氣的主要原因及其解決措施。

①接頭松動或油封、密封環損壞而吸入空氣。液壓系統應有良好的密封性,各接頭應牢牢固定,并確保油箱密封完好,這樣可防止外界空氣進入而污染系統。

②吸油管路及連接系統的管路被磨穿、擦破或腐蝕而使空氣進入。應合理設計液壓系統結構,使管路走向布局合理化;要保持管路的清潔,減少外界腐蝕。

③加油時由于不注意而產生的氣泡被帶入油箱內并混入系統中。

3.3 污染

(1)液壓油的污染對液壓系統的危害。

①堵塞液壓元件。污染物會堵塞液壓元件進出油或其間隙,引起動作失靈,影響工作性能或造成事故,還可能引起濾網堵塞,并可能使濾網完全喪失過濾作用,造成液壓系統的惡性循環。

②加速元件磨損。污染顆粒在液壓缸內會刮傷缸筒內表面,加速密封件的損壞,使泄漏增大,引起推力不足或者動作不穩定、爬行、速度下降、異常噪聲等故障現象,嚴重影響系統的穩定性和可靠性。

③加速油液性能的劣化。液壓油中的污染顆粒長期存在,會與油液發生一些反應,反應的生成物會腐蝕元件。

(2)液壓油被污染的主要原因及解決措施。

①作業環境粉塵多,系統外部不清潔。液壓系統長期在粉塵污染嚴重的場地作業時,最好 2個月過濾一次油液,大概半年更換一次進油濾油器。

②在加油、檢查油面和檢修作業時,雜質被帶入系統,通過被損壞的油封、密封環進入系統。

3.4 泄漏

(1)泄漏的危害。

液壓系統一旦發生泄漏,將會使系統壓力建立不起來。液壓油泄漏還會造成環境污染,影響生產,甚至產生無法估計的嚴重后果。

(2)泄漏產生的主要原因及解決措施。

①設計因素。由于設計中密封結構選用不合理,密封件的選用不合乎規范;另外,由于工程機械的使用環境中具有塵埃和雜質和沒有選用合適的防塵密封,致使塵埃等污物進入系統破壞密封而產生泄漏。應在選用和設計密封件的時候,考慮液壓油與密封材料的相容型式、負載情況、極限壓力、工作速度高低、環境溫度的變化等,選擇合理的密封件,當在惡劣的環境下工作時,要選用合適的防塵密封。

②制造和裝配因素。所有的液壓元件及密封部件都有嚴格的尺寸公差、表面處理、表面光潔度及形位公差等要求。由于在制造過程中超差,使得密封件就會有變形、劃傷、壓死或壓不實等現象發生,使其失去密封功能：液壓元件在裝配中的野蠻操作,過度用力將使零件產生變形,特別是用銅棒等敲打缸體、密封法蘭等。這些原因都可以破壞密封而產生泄漏。應在設計和加工環節中要充分注意密封部件的設計和加工,另外要選擇正確的裝配方法。

③零部件損傷。密封件是由耐油橡膠等材料制成的,由于長時間使用發生的老化、龜裂、損傷等都會引起系統泄漏。如果零件在工作過程中受碰撞而損傷,會劃傷密封元件造成泄漏。要選擇合適的密封件,延長其老化時間,并注意對密封件的保護,避免其被別的部件劃傷。

4 故障診斷時應遵循的一般原則

當發生故障時要根據不同機型的特點,充分利用設備自身的監控系統,具體問題具體分析,掌握有效的故障分析方法。在診斷時應遵循由外到內、由易到難、由簡單到復雜的原則進行,挖掘機液壓傳動系統故障診斷的順序是：查問資料(挖掘機使用說明書及運行、維修記錄等)——了解故障發生前后的設備工作情況——外部檢查——試車觀察(故障現象、車上儀表)——內部系統檢查(參照系統原理圖)——儀器檢查系統參數(流量、溫度等)——邏輯分析判斷——調整、拆檢、修理——試車——故障總結記錄。挖掘機的故障有許多種,如遇較復雜的綜合故障,應仔細分析故障現象,列出可能的原因逐一排除。

5 結 語

液壓控制系統在挖掘機中的應用之所以能取得如此廣泛的重視,主要是因為挖掘機采用液壓控制系統以后,將對產品的很多性能帶來極大的提高,降低了能耗,提高了控制性能,適應主機越來越復雜的工作要求。但同時要注意的是液壓傳動是一個多元件組成的復雜系統,其保養維修難度比機械傳動大得多,因此正確判斷和排除挖掘機的液壓傳動系統故障,是挖掘機高效安全工作的重要保障。