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工程机械液压故障诊断的新技术与方法 张春阳,马 巍,唐以喜 江苏上元工程机械维修中心,江苏 南京 211100 中图分类号 TU 607 文献标识码 B 文章编号 10002033X20000220023202 液压系统在工程机械的传动系统中,占有非常重 要的地位,其性能好坏直接影响和决定整机性能和品 质,它可以作为行走系统的桥梁,也可作为工作机构的 动力传动纽带,亦可作为控制系统的网络,如果和电控 系统相配合,就能发挥其它传动形式所无法比拟的功 能和作用。 因此要保证工程机械正常工作状态,就必须 首先保证液压系统有效正常工作。 工程机械液压系统是由若干液压元件按不同的匹 配要求组合而成的。 这些元件的工作状况,直接影响整 个系统的工作状况,同时液压系统中各元件之间匹配, 也会影响整个系统的工作状况。因此当液压系统出现 故障时,要对各液压元件的工作状况做到心中有数,更 要对整个系统进行全面分析,才能快速准确诊断故障, 以便迅速排除故障,下面介绍几种方法。 1 原理推理法 工程机械液压系统形式很多,有简单的,也有复杂 的,基本原理都是相同的,都是利用不同的液压元件, 按液压系统回路组合匹配而成。 液压系统出现故障时, 可以根据基本原理进行分析推理,初步确定故障的部 位和原因,对症下药,就能迅速排除故障。 例如,有一台 E200B CA T挖掘机,正常工作载荷时,发动机冒黑烟, 转速下降。 根据现场观察和询问,该机的发动机刚进行 过大修,且起动正常,运转平稳,加速有力,故可排除发 动机动力不足的原因,只能在液压系统中找原因。 几乎 所有挖掘机的液压系统都有采用双泵式恒功率变量系 统,其原理如图1所示。 图1 恒功率变量泵系统 图2 液压泵输出压力流量曲线 液压泵的输出流量与压力自动调节,并和发动机 的功率相匹配。 N入PQ612Γ 式中P液压泵输出压力; Q液压泵输出流量; N入液压泵输入功率即发动机输出功率, kW。 采用恒功率变量就是让发动机正常工作在最佳工 作点,使发动机发挥最大效率,延长工作寿命,因此可 以认为发动机的功率等于定值。 从公式可知P与Q的 关系是一个双曲线的关系,而决定这关系的曲线的位 置及起调点,是发动机的功率和变量油缸的调节弹簧 的刚度。如弹簧刚度发生变化就改变了关系曲线的起 调点图2中虚线 , 很显然,此时PQ612Γ≥N入 N发。 因此,当工作装置正常工作时,即液压泵输出压力 达到额定值时,而输出流量却未调至匹配值,发动机处 于超负荷工作。经拆卸解体伺服油缸,发现弹簧折断, 出现了上述故障现象,更换新弹簧后,工作恢复正常。 此方法应用时必须注意这样的原则①分析故障过程 是渐变还是突变。如果是渐变,一般是由于磨损,导致 原始尺寸与配合的改变,丧失原始功能的最终表现。 当 然故障也有一个从量变到质变的过程。 例如液压泵柱 塞副的配合间隙 ∆ 0101～0103 mm是正常的;∆ 0106～0110 mm表现为容积效率降低,流量减小;而 ∆ ≥0112 mm时往往就在低于额定压力很多的情况下, 容积效率为零,流量输出为零。如果是突变故障,往往 是零部件突然损坏所致。 例如弹簧折断、 密封件损坏、 运动件卡死、 污染物堵塞,都有可能导致突发故障。② 分清易损件与非易损件组成液压系统的液压件,有的 是处于高频重载的运动中,有的低频轻载,有的基本相 对静止,因此,高频重载的运动件,为易发生故障的部 位,如液压泵的柱塞副、 配油盘副、 变量伺服阀和油缸 等,相对来说换向阀、 顺序阀、 滑阀就不易发生故障。 2 介质元素分析法 工程机械液压系统的工作环境都比较恶劣,为了 能使机器正常有效地工作,液压系统动力传递介质,都 32 第17卷总第85期 筑 路 机 械 与 施 工 机 械 化 200012 选用高品质的专用液压油,这些油中含有许多添加剂, 以提高液压油的抗氧化性、 抗磨性、 清净分散性等性 能。尽管如此,液压系统中液压元件,有相对运动就会 产生磨损,磨损下来的颗粒,积累在传动介质中,它的 大小和多少直接反映了磨损的程度;其次,经过不同途 径进入传动介质的杂质,它们的大小和多少直接反映 了油液的污染程度,也能反映液压油添加剂消耗情况。 因此,通过对液压油中元素含量的测定,也能诊断液压 系统的故障。有一台RS2425路拌机出现行走无力。该 机行走系统采用液压传动。 我们采集了液压油,利用超 谱公司生产的油品仪进行测定。表1是该路拌机出现 故障时液压油元素含量表,表2是新加液压油元素含 量表。 表1 出现故障时液压油元素含量 FeCrPbCuSnA lN iAg 6. 80. 21. 52980. 13. 10. 20 SiBNaM gCaBaPZn 6. 11357. 225. 567. 40214131 MoTiVH 00. 10. 63000 从表1、2很清楚的看到铁Fe、 铜Cu、 硅 Si、 钙Ca等元素明显增加,而磷P、 锌Zn等元 素明显减少。这表明该液压系统存在严重的磨损和污 表2 新加液压油元素含量 FeCrPbCuSnA lN iAg 00000000 SiBNaM gCaBaPZn 015304500314169 MoTiVH 0002998 染。 其中铁元素的含量增高,说明液压元件的含铁元件 磨损,如液压泵的轴承、 斜盘、 配油盘转动盘、 控制阀 等。铜元素的含量增高,说明液压元件的含铜元件磨 损,如柱塞套、 配油盘定盘等。而硅和钙元素的增加 是因为施工现场尘土、 石灰飞扬,密封不严,杂质进入 液压油,加剧了磨料磨损。 磷、 锌等元素的减少,是因为 高温氧化的结果。经过拆检发现,柱塞副磨损严重,配 油盘磨损已出现沟槽,滑阀和斜盘也有不同程度的磨 损。 经过更换柱塞副和研磨加工配油盘等处理,装机使 用,一切正常,故障排除。 应用此方法时,要具备一定的 数据积累和分析判断。 例如某种元素增加速率与极限 值,与某零部件的磨损、 速率和失效极限相对应,相应 判断标准的建立需要这些特征值,而这些标准是少见 的和不健全的。 我们正在做这方面的数据积累,根据这 些数据结合实际经验,制订出企业标准,用于指导此方 法的故障诊断。 3 仪器测量分析法 工程机械液压系统主要用来进行能量和运动的传 递,因此,液压系统的传递介质的物理特征量主要为压 力、 流量、 温度和振动等,借助于这些特征也能进行故 障诊断。例如有一台美国产RS2425路拌机,故障现象 为行走无力。我们用小松公司生产的液压系统测试仪 进行了检测,检测结果如表3。 表3 检测结果 泵PM Pa510152025303540 QLm in- 16964615958565552 马达前PM Pa11 转速rm in- 10 从表中可看出当液压马达压力为P 10M Pa,流 量Q 0时,驱动轮是不动的,也就是说,液压马达不 转动,这部分流量在液压马达内部泄漏掉,也说明液压 马达的内泄漏比较严重,拆检结果表明,判断是完全正 确的。液压马达的配油盘和柱塞副磨损很严重。将配 油盘磨削处理,更换柱塞副,装机试用,一切正常。 经测 试压力、 流量也都达到额定值。通常对这种闭式系统, 测量仪器安装在图 3a 位置。液压泵和液压马达的故 障,一般都能准确诊断。 如果借助液压泵动力装置的突 然加速,仪器读数变化不大,这说明补油系统工作不正 常也可借助振动分析补油系统的故障。若液压系统 是开式系统,测试仪器安装不同的位置,可以判断不同 的液压元件是否发生故障。 如图4所示仪器装在a点, 可判断液压泵的工作状况,装在b点可判断液压阀的 工作状况,装在c点,可判断液压马达的工作状况。 图3 测量仪器安装 图4 测量仪器安装 综上所述,可通过不同的方法来诊断液压系统的 故障,当然快速准确诊断液压系统故障,不是一件简单 的事情,如果从事液压系统故障诊断分析的人员熟练 掌握液压系统传动的理论和原理,精于推理,借助于先 进的测试方法和手段,一定会取得事半功倍的效果。 中国公路学会筑路机械学会第十二次年会优秀论文 收稿日期 1999210210 42 Vol . 17 Sum. 85 Road Machine ryConstructionMechaniza tion No. 2 2000