挖掘機故障分析及其故障診斷的方法

張雪峰,李 莉

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 常出現(xiàn)故障的原因

(1)人為原因:由于駕駛員對大宇挖掘機不了解,非法操作不當引起的很多方面原因,很多由于自然反面引起的,如在高山挖礦石過程中高山落石駕駛員,沒有注意或沒有來得及躲避造成人員和機器的損壞,像這樣情況多數是可以避免災難發(fā)生的。

(2)潛在性:機械在使用中會出現(xiàn)各種損傷,損傷引起零部件結構參數發(fā)生變化,當損傷發(fā)展到使零部件結構參數超出允許值時,機械即出現(xiàn)潛在故障。由于機械設計存在一定的裕度(安全系數),因此即使某些零部件的結構參數超出允許值后,機械的功能輸出參數仍在允許的范圍內,也即機械并未發(fā)生功能故障。

(3)漸發(fā)性:由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程的發(fā)生與時間關系密切,因此機械故障的發(fā)生多半與時間有關。在使用中,機械的損傷是逐步產生的,零部件的結構參數也是緩慢變化的,機械的性能參數也是逐漸惡化的。

(4)耗損性:機械磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程伴隨著能量與質量的變化,其過程是不可逆轉的。表現(xiàn)為機械老化程度逐步加劇,故障越來越多。隨著使用時間的增加,局部故障的排除雖然能恢復機械的性能,但機械的故障率仍不斷上升,新的故障將不斷出現(xiàn)。同時損傷的消除也是不完全性的,維修不可能使機械的性能恢復到使用前的狀態(tài)。

(5)模糊性:機械使用中,由于受到各種使用及環(huán)境條件的影響,其損傷與輸出參數的變化都具有一定的隨機性與分散性。

(6)多樣性:機械使用中,由于磨損、腐蝕、疲勞、老化過程的同時作用,同一零部件往往存在多種故障機理,產生多種故障模式,如軸的彎曲變形、磨損、疲勞斷裂等。

2 國內機械故障診斷方法

2.1 主觀診斷技術

(1)直覺經驗法指維修人員憑感官和經驗,通過看、聽、摸、聞、問等方法判斷故障原因。

(2)參數測量法通過測得系統(tǒng)回路中所需點處工作參數,將其與系統(tǒng)工作正常值比較,即可判斷出參數是否正常、是否有故障及故障所在部位,適于在線監(jiān)測、定量預報和診斷潛在故障。

(3)邏輯分析法根據元件、系統(tǒng)、設備三者邏輯關系和故障現(xiàn)象,通過研究液壓原理圖和元件結構,進行邏輯分析,找出故障發(fā)生部位。

(4)堵截法指根據液壓系統(tǒng)的組成及故障現(xiàn)象選擇堵截點,堵截觀察系統(tǒng)壓力和流量的變化,從而找出故障點的方法。堵截法快速準確,但使用較麻煩,拆裝量大,需要整套的堵截工具和元件。

(5)故障樹分析法指對系統(tǒng)做出故障樹邏輯結構圖,系統(tǒng)故障事件畫在故障樹的頂端為頂事件,形成系統(tǒng)故障的基本事件畫在故障樹下為底事件,根據各元件部件的故障率數據,最終確定系統(tǒng)故障。適合較大型、較復雜系統(tǒng)故障的判定和預測。

2.2 儀器診斷技術

根據液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度、噪聲、振動、油的污染、泄漏、執(zhí)行部件的速度、力矩等,通過儀器顯示或計算機運算得出判斷結果。診斷儀器有通用型、專用型、綜合型,其發(fā)展方向是非接觸式、便攜式、多功能和智能化。

2.3 數學模型診斷技術

指用一定的數學手段描述系統(tǒng)某些可測量特征量在幅值、相位、頻率及相關性上與故障源之間的聯(lián)系,然后通過測量、分析、處理這些信號來判斷故障源部位。

2.4 智能診斷技術

指模擬人腦機能,有效獲取、傳遞、處理、再生和利用故障信息,運用大量獨特的專家經驗和診斷策略,識別和預測診斷對象。包括模糊診斷法、灰色系統(tǒng)診斷法、專家系統(tǒng)診斷法、神經網絡系統(tǒng)診斷法等。目前研究最活躍的是專家系統(tǒng)和神經網絡,使故障診斷智能化,具有廣闊發(fā)展應用前景。

3 液壓系統(tǒng)油料以及性能原因分析

3.1 液壓油油溫過高的危害

黏度、容積效率和液壓系統(tǒng)工作效率均下降,泄漏增加,甚至使機械設備無法正常工作。液壓系統(tǒng)的零件因過熱而膨脹,破壞了相對運動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,同時,使?jié)櫥湍ぷ儽　C械磨損增加,結果造成泵、閥、馬達等的精密配合面因過早磨損而使其失效或報廢。速橡膠密封件老化變質,壽命縮短,甚至喪失其密封性能,使液壓系統(tǒng)嚴重泄漏。

因此,液壓油油溫過高會嚴重影響機器的正常使用、降低液壓元件的使用壽命,并增加工程機械的維修成本。

3.2 液壓油油溫過高的原因及預防措施

(1)油品選擇不當。

油的品牌、質量和黏度等級不符合要求,或不同牌號的液壓油混用,造成液壓油黏度指數過低或過高。若油液黏度過高,則功率損失增加,油溫上升;如果黏度過低,則泄漏量增加,油溫升高。

預防措施:選用油液應按廠家推薦的牌號及機器所處的工作環(huán)境、氣溫因素等來確定。對一些有特殊要求的機器,應選用專用液壓油;當液壓元件和系統(tǒng)保養(yǎng)不便時,應選用性能好的抗磨液壓油。

(2)污染嚴重。

施工現(xiàn)場環(huán)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。

預防措施:一般在累計工作1000h后換油。

(3)液壓油箱內油位過低。

若液壓油箱內油量太少,將使液壓系統(tǒng)沒有足夠的流量帶走其產生的熱量,導致油溫升高。

預防措施:在實際操作和保養(yǎng)過程中,嚴格遵守操作規(guī)程中對液壓油油位的規(guī)定

(4)液壓系統(tǒng)中混入空氣。

混入液壓油中的空氣,在低壓區(qū)時會從油中逸出并形成氣泡,當其運動到高壓區(qū)時,這些氣泡將被高壓油擊碎,受到急劇壓縮而放出大量的熱量,引起油溫升高。

預防措施:經常檢查進油管接口等封處的密封性,防止空氣進入;同時,每次換油后要排盡系統(tǒng)中的空氣。

(5)濾油器堵塞。

磨粒、雜質和灰塵等通過濾油器時,會被吸附在濾油器的濾芯上,造成吸油阻力和能耗均增加,引起油溫升高。

預防措施:定期清洗、更換濾油器,對有堵塞指示器的濾油器,應按指示情況清洗或更換濾芯;濾芯的性能、結構和有效期都必須符合其使用要求。

(6)液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作不良。

通常,采用水冷式或風冷式油冷卻器對液壓系統(tǒng)的油溫進行強制性降溫。水冷式冷卻器會因散熱片太臟或水循環(huán)不暢而使其散熱系數降低;風冷式冷卻器會因油污過多而將冷卻器的散熱片縫隙堵塞,風扇難以對其散熱,結果導致油溫升高。

預防措施:定期檢查和維護液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng),一旦發(fā)現(xiàn)故障,必須立即停機排除。

(7)零部件磨損嚴重。

齒輪泵的齒輪與泵體和側板,柱塞泵和馬達的缸體與配流盤、缸體孔與柱塞,換向閥的閥桿與閥體等都是靠間隙密封的,這些元件的磨損將會引起其內泄漏的增加和油溫的升高。

預防措施:及時檢修或更換磨損過大的零部件,據統(tǒng)計,在正常情況下,進口的液壓泵、馬達工作 5～6a后,國產產品工作 2～3a后,其磨損都已相當嚴重,須及時進行檢修。

(8)環(huán)境溫度過高。

環(huán)境溫度過高,并且高負荷使用的時間又長,都會使油溫太高。

預防措施:應避免長時間連續(xù)大負荷地工作;若油溫太高可使設備空載動轉10min左右,待其油溫降下來。

4 液壓系統(tǒng)的泄露

4.1 液壓系統(tǒng)泄露的危害

近年來液壓技術滲透各個生產領域,它在為提高產品質量和擴大生產能力方面發(fā)揮了巨大的作用。但是液壓介質泄漏是液壓維護最重要的難題,其泄漏不但影響到設備產品的性能、有效性和產品的形象,而且還會造成很大的浪費和環(huán)境污染,更嚴重給生產帶來停工停產。

4.2 液壓系統(tǒng)的泄露的形式

液壓系統(tǒng)的泄露主要有縫隙泄露、多孔隙泄露、粘附泄露和動力泄露等形式。

4.3 液壓系統(tǒng)防漏、治漏基本準則

(1)正確設計:正確設計安全、可靠、節(jié)能、清潔的液壓系統(tǒng),增加必要的防漏措施和防漏結構。正確選用密封裝置,選用合適的密封材料;正確選用管接頭、管材和螺紋;合理布置液壓管道系統(tǒng);控制液壓系統(tǒng)油溫,適宜的溫度為 30～50℃;正確選用元件;液壓系統(tǒng)所用的元件及附件(管接頭、軟管等)應選用優(yōu)質名牌產品。

(2)正確裝配:正確制定液壓系統(tǒng)的裝配工藝文件,配置必要的裝配工具,并嚴格按裝配工藝執(zhí)行。液壓系統(tǒng)裝配前,應檢驗元件的耐壓性能,檢查元件各結合面有無外滲漏現(xiàn)象,若有則應采取相應措施。

(3)保持系統(tǒng)清潔:液壓系統(tǒng)不清潔,不僅影響液壓系統(tǒng)的可靠性,而且會影響密封性能,縮短密封壽命。

4.4 液壓系統(tǒng)泄露的原因及解方案

幾乎所有的液壓系統(tǒng)的泄漏都是由于以下幾個原因引起的:設計及制造的缺陷所造成的;沖擊和振動造成管接頭松動動密封件及配合件相互磨損(液壓缸尤甚);油溫過高及橡膠密封與液壓油不相容而變質。

4.5 液壓系統(tǒng)的泄露排除

液壓系統(tǒng)防漏與治漏的主要措施有以下幾點。

(1)盡量減少油路管接頭及法蘭的數量,在設計中廣泛選用疊加閥、插裝閥、板式閥,采用集成塊組合的形式,減少管路泄漏點,是防漏的有效措施之一。

(2)將液壓系統(tǒng)中的液壓閥臺安裝在與執(zhí)行元件較近的地方,可以大大縮短液壓管路的總長度,從而減少管接頭的數量。

(3)液壓沖擊和機械振動直接或間接地影響系統(tǒng),造成管路接頭松動,產生泄漏。液壓沖擊往往是由于快速換向所造成的。

(4)定期檢查、定期維護、及時處理是防止泄漏、減少故障最基本保障。