浅析履带式挖掘机液压系统的特点及故障分析

2022-09-12

挖掘机是一种全液压机械,由于液压传动能量的输送是在管道和液压元件内部进行的,能量的输送过程看不见摸不到,因而传统的维修方式对液压系统来讲是不适用的,同时液压传动的这个特点也给预防性维护增加了难度[1]。为了适应目前生产实践的需要,进一步提高挖掘机液压系统的使用可靠性,很有必要系统研究履带式挖掘机液压系统的特点及故障分析。

1 履带式挖掘机的功用及液压系统的特点

1.1 挖掘机行走液压系统工作原理

履带式挖掘机的行走速度较慢,一般为3.0~5.5km/h,行驶速度较低,而且通常不作长距离转场。整个系统集成为两大部分,液压泵集成块和液压马达集成块。不仅减小了系统所占的空间,而且由于油流长度的减小,压力损失减小,系统效率较高;同时大大的减少了连接管路,提高了系统的可靠度。该系统中的伺服阀、轴向柱塞泵和轴向柱塞马达对油液的清洁度的要求较高。这是由于液体中的杂质对伺服阀芯产生的液压卡紧力,会使伺服系统响应性变坏,甚至将阀芯卡死,使系统失效;轴向柱塞泵和轴向柱塞马达中配流盘与缸底、滑靴与与斜盘、柱塞与缸孔三大摩擦副中进入固体颗粒。会造成这些精密的配合副中的零件表面划伤,造成泄漏量增大,元件和液压系统的寿命缩短,严重的划伤甚至造成系统直接失效[2]。

1.2 挖掘机动臂液压系统工作原理

带式挖掘机动臂液压系统的工作原理包括如下两个回路:

(1)主回路:从主泵排出的高压油到达动臂的途径(主泵-主控阀-动臂油缸)主回路比较简单。

(2)控制回路:控制回路比较复杂,动臂控制回路由PPC回路、泵控制回路、安全回路和电控回路组成。

1.3 挖掘机回转液压系统工作原理

履带式挖掘机的回转速度一般为10~12rpm,回转马达为高速马达,通过二级行星减速器进行减速,输出齿轮与回转支撑轴承啮合减速,达到挖掘机工作时的回转速度。其工作原理为:在回转锁紧开关0FF状态下,操作手柄移动时,PPC油压开关将信号传输至调速器泵控制器,然后调速器泵控制器输出驱动信号使回转制动电磁阀励磁,电磁阀励磁后,先导油压通过回转电磁阀进入回转马达制动器油室,克服弹簧压力将制动活塞打开;当操作手柄停在中立位置4秒钟以后,调速器、泵控制器通过感知PPC油压开关信号将输出的驱动信号切断,使回转制动电磁阀消磁,实现停车制动。在回转锁紧开关ON状态,回转制动电磁阀励磁线路断路,电磁阀消磁,消磁后的回转电磁阀将回转马达制动器油室与卸油回路接通,在制动器弹簧力作用下,制动活塞推动连接盘与制动片接合,实现制动功能。回转锁紧开关在ON时,主控制阀的溢流压力上升为38.0MPa,若调速器泵控制器出现故障,则不能输出驱动信号,回转制动电磁阀不能励磁,回转制动将不能解除。此时,将回转锁紧备用开关打在0N,便可打开回转电磁阀,解除制动功能,实现回转。

2 液压系统故障及故障的分类

液压系统早期故障的模式往往为突发式,使系统或某一分支系统动作失效。其故障的原因通常是由于油液中含有较大的固体颗粒将阀芯卡柱,或者由于设计、制造时系统有缺陷等。液压系统所产生的故障和失效可按不同的特征进行分类。其中最重要的特征是:产生的原因、重复次数、按时间的增长速度、对系统输出参数的影响程度等[3]。

2.1 根据产生原因液压故障的分类

按产生原因,故障可分为设计故障、生产故障及使用故障。

(1)设计故障。设计故障包括由于设计错误而产生的故障或与错误给定使用条件有关的故障。

(2)生产故障。生产故障是与生产工艺不完善或违反生产工艺有关的故障。在这种情况下,同一元件的故障率由于制造厂家不同或产品批量不同而异。

(3)使用故障。使用故障是由于违反使用规程、技术维护操作规程的工艺,或发生了未预料的情况(如野蛮操作)而产生的。

2.2 根据重复次数系统故障的分类

按重复次数,液压系统分为一次性故障和重复性故障。当存在重复性故障时,必须确定其产生的原因并采取排除措施。

2.3 根据增长速度系统故障的分类

液压系统在使用过程中,组成系统的液压元件中发生着可逆、不可逆的变化。可逆变化是在使用因素作用下产生,并在作用停止后消失。不可逆变化与液压元件中的损坏积累有关,并在使用停止后仍旧保持。

按失效的增长速度,故障分为退化故障和突然故障。退化故障是元件不可逆变化的结果,即元件逐渐磨损、老化或其他结构参数变化的结果。退化故障包括以下故障:由于液压泵内部泄漏加大使输出减小而造成的故障;由于磨损,而造成的诸如液压缸动作故障及其他类似的故障。退化故障本身分为可预测的和不可预测的。这种划分完全是人为规定的,它也取决于对液压元件故障的研究水平。液压系统输出参数超出技术条件极限,元件的功能由于油管的破裂、电磁阀电路中断、液压缸损坏等,导致整个液压系统或部分系统工作能力的丧失,也是产生故障的原因。根据以上原因,液压系统的故障又可分为参数故障和功能故障。

功能故障可能导致系统工作能力的全部丧失或部分丧失。液压元件中的可逆变化及快速不可逆变化可引起突然参数失效。突然参数失效是不可预测的。如由于污物使溢流阀溢流口密封失效而造成液压系统高压管路压力调不上去;由于节流阀节流口阻塞而使工作液体温度升高,使液压泵过热等,这些都是突然参数失效的典型例子。

退化功能失效是不可逆变化造成的,这些不可逆变化与液压元件的疲劳损坏有关。在冲击载荷的作用下,液压元件的损坏将导致突然功能失效,如在冲击载荷的作用下液压系统软管的损坏。