履帶起重機(jī)閉式液壓系統(tǒng)故障排查及分析

彭永強(qiáng)，李為民，陳紅波

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 建設(shè)機(jī)械分公司，江蘇 徐州 221004）

PENG Yong-qiang,LI Wei-min,CHEN Hong-bo

液壓油從馬達(dá)、油缸等執(zhí)行元件直接回到液壓泵的系統(tǒng)稱作閉式系統(tǒng)，閉式系統(tǒng)因其節(jié)能性、傳動平穩(wěn)性、便于控制性及系統(tǒng)緊湊性等優(yōu)點[1]在中大型履帶起重機(jī)上被大量采用。閉式泵，作為閉式系統(tǒng)的動力元件，特別需要注意保障其工作條件，否則可能造成閉式泵功能喪失、設(shè)備受損，甚至危及人身安全。

1 閉式系統(tǒng)簡介及故障描述

除泵、馬達(dá)、油缸外，考慮到系統(tǒng)的安全、散熱、泄露、平穩(wěn)等多重需求，能正常運行的閉式系統(tǒng)一般還包含安全閥、沖洗及泄油油路、補(bǔ)油系統(tǒng)等元件及子系統(tǒng)，閉式液壓系統(tǒng)原理見圖1。其中，安全閥限定最高壓力以保護(hù)系統(tǒng)；沖洗油路對泵、馬達(dá)軸承及柱塞等發(fā)熱部位進(jìn)行沖洗降溫；合適通徑的泄油油路將元件內(nèi)部泄露及沖洗至殼體的液壓油排走以防止其殼體壓力過高；補(bǔ)油則能彌補(bǔ)閉式回路的泄露防止泵、馬達(dá)吸空，同時提高系統(tǒng)剛度和系統(tǒng)響應(yīng)快速平穩(wěn)性。

圖1 閉式液壓系統(tǒng)原理

某型履帶起重機(jī)采用分動箱連接5 組閉式泵組，各閉式泵采用單獨的泄油油路，采用相同的沖洗、補(bǔ)油油源。夏季某日氣溫約30℃時，某臺該型履帶起重機(jī)在調(diào)試時出現(xiàn)主臂變幅輕載起升不連貫，有沖擊，重載起升無力的情況，同時分動箱排氣孔滲漏液壓油。而同批次另一臺該型起重機(jī)則在之后出現(xiàn)超起變幅卷揚斷續(xù)轉(zhuǎn)動、沖擊大，小角度重載無動作的現(xiàn)象，同時補(bǔ)油系統(tǒng)無法建壓。

2 故障排查與原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，初步推測第一臺起重機(jī)主泵軸封及分動箱軸封都已損壞，液壓油從主泵軸封處竄入分動箱繼而從分動箱排氣孔處冒出；第二臺起重機(jī)則為補(bǔ)油系統(tǒng)卸壓導(dǎo)致建壓異常。

2.1 故障排查

2.1.1 第一臺起重機(jī)故障排查

造成主泵軸封損壞的原因主要有兩點：①軸封質(zhì)量問題；②主泵殼體回油背壓高。軸封質(zhì)量問題只能通過拆檢確定，因此著重從回油背壓入手查找原因以避免更大的損失。

造成主泵殼體回油背壓高的原因主要有：①主泵泄油管路通徑過小、泄油管路堵塞；②主泵泄油管路存在阻尼接頭；③主泵沖洗流量、壓力過大；④主泵其他零件損壞致高壓油進(jìn)入泵殼體。

遵循由易到難的排查順序，采用“觀察+排除”的方法，對裝配油路檢查核實，發(fā)現(xiàn)：泄油管路通徑合適，管路無堵塞情況，也未錯裝阻尼接頭。沖洗流量匹配合理性方面，設(shè)計單個閉式泵的沖洗壓力為5bar，沖洗流量為15L/min，泄油管路通徑32mm，30℃時主泵殼體壓力理論壓力應(yīng)約為零。

為防止實際裝配狀態(tài)或元件故障造成與理論設(shè)計值的偏離，徹底排除主泵殼體回油背壓過高的可能，采用測試法對另一臺無故障的起重機(jī)主臂變幅泵、超起變幅泵進(jìn)行了泄油回油及沖洗壓力測試。測試結(jié)果表明：發(fā)動機(jī)滿油門1 800rpm時閉式泵殼體穩(wěn)定回油背壓不超過0.2bar，最高沖擊壓力小于0.3bar，遠(yuǎn)低于殼體回油背壓允許值3.5bar，測試結(jié)果如圖2 所示。

圖2 沖洗壓力及殼體背壓曲線

因此第一臺起重機(jī)軸封損壞的最大可能原因為主泵內(nèi)部其他零件損壞。后將該分動箱上的5組閉式泵全部拆下，觀察發(fā)現(xiàn)其中主臂變幅泵軸封存在變形，拆檢發(fā)現(xiàn)，該泵主軸軸端處軸承滾珠保持架斷裂脫落，軸承保持架、滾珠及內(nèi)外圈均嚴(yán)重磨損。

2.1.2 第二臺起重機(jī)故障排查

鑒于2 臺起重機(jī)出現(xiàn)相同的輕載不連貫、重載無力情況，推測第二臺車主泵內(nèi)部零件損壞，補(bǔ)油壓力從主泵內(nèi)部泄壓的可能性高。但秉承故障排查的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，仍需逐一排查補(bǔ)油系統(tǒng)中可能泄壓的各條油路才能進(jìn)一步找到故障元件。該起重機(jī)主泵補(bǔ)油系統(tǒng)子油路有：①補(bǔ)油泵+補(bǔ)油溢流閥的建壓油路；②各馬達(dá)的制動器控制油路；③各變幅卷揚的棘輪鎖止油路；④各馬達(dá)的補(bǔ)油油路；⑤各閉式泵的補(bǔ)油油路。

采用排除法，首先斷開第②、③、④3 條子油路快插接頭，屏蔽其與補(bǔ)油系統(tǒng)的連接，補(bǔ)油壓力仍舊無法建立；其次觀察、觸摸建壓油路①，管路既無熱油溫感，也無過油感，且調(diào)節(jié)、更換補(bǔ)油溢流閥、補(bǔ)油泵，補(bǔ)油系統(tǒng)依然低壓，因此建壓油路①也被排除。最終基本鎖定子油路⑤，補(bǔ)油壓力從閉式泵泄走，也印證了初始的推測。

進(jìn)一步通過測試發(fā)現(xiàn)超起變幅主泵補(bǔ)油壓力為1bar，其余主泵5～6bar，結(jié)合超起變幅動作的異常，首先排查超起變幅泵。為避免故障排查的過程中損壞主泵，采用新增補(bǔ)油油源給超起變幅泵單獨補(bǔ)油，其余泵仍舊連接原補(bǔ)油系統(tǒng)的方案，結(jié)果超起變幅泵補(bǔ)油油路壓力為1bar，原補(bǔ)油系統(tǒng)正常建壓30bar，從而確定了補(bǔ)油壓力無法建壓的原因：超起變幅泵損壞，補(bǔ)油壓力從其內(nèi)部泄壓。

后對該車超起變幅泵拆檢，結(jié)果與第一臺車的主臂變幅泵一樣，主軸軸端處軸承滾珠嚴(yán)重磨損、內(nèi)外圈斷裂脫落。

2.2 原因分析

2 臺履帶起重機(jī)2 個不同功能的閉式泵拆檢結(jié)果呈現(xiàn)了相同的故障：軸承磨損燒毀。造成主泵軸承磨損燒毀的原因，如圖3 所示。

圖3 軸承磨損原因分析圖

因此，為進(jìn)一步落實具體原因，按以下步驟開展了排查工作。

1）核查主泵安裝尺寸及尺寸鏈 發(fā)現(xiàn)無頂軸及平面度、同軸度超差情況。

2）落實裝配要點把控 現(xiàn)場實際未對閉式泵組進(jìn)行專門的注油排氣，僅通過給液壓油箱加油長期靜置滲入泵殼體的方式注油；存在泄油管路連接殼體低處泄油口情況，但泄油管路油箱回油口高于殼體泄油口（以上兩點都可能造成泵殼體存在空氣，未充滿油源的隱患）。

3）液壓油清潔度隱患控制分析 沖洗進(jìn)泵殼體的液壓油為經(jīng)散熱器冷卻后的回油，其中含未經(jīng)過濾的液壓油（在元件清潔度控制不足時，存在引入雜質(zhì)的可能）。

4）內(nèi)外部引入雜質(zhì)查找 拆檢未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)異物，無法證實。

5）軸承質(zhì)量問題 理化分析表明無質(zhì)量問題。

通過以上排查分析可知，軸承損壞的原因非安裝尺寸及軸承質(zhì)量問題，大概率為軸承潤滑不良或雜質(zhì)侵入所致。

3 防范對策

結(jié)合原因分析結(jié)果，在保證安裝尺寸正確、主軸不受外力的前提下，還需從以下3 個方面改進(jìn)完善，為主泵創(chuàng)造良好的工作條件，從而最大限度地降低主泵軸承損壞的可能。

1）優(yōu)化泄油油路設(shè)布局 主泵殼體兩處泄油口，采用低處油口作沖洗油，高處油口作泄油的管路布局，防止發(fā)動機(jī)啟動后泵殼體內(nèi)液壓油“入不敷出”，潤滑不良。

2）完善裝配工藝流程 發(fā)動機(jī)啟動前，提前給主泵殼體注油排氣，防止啟動前潤滑不良；啟動時，分多次短時啟動、低速空載運行，無異常后再逐漸嘗試提高轉(zhuǎn)速。

3）加強(qiáng)液壓清潔度控制 沖洗油源，確保主泵殼體的沖洗油為經(jīng)過濾的液壓油，杜絕內(nèi)外部引入的雜質(zhì)進(jìn)入泵殼體的可能。

另外，對于常見的主泵軸封損壞故障，除合理匹配沖洗流量外，在選擇泄油油路管路接頭通徑時需綜合考慮低溫因素影響，同時對于可能錯裝的接頭，考慮防錯選型設(shè)計，從而避免殼體回油背壓過大沖毀軸封。

4 結(jié)論

本文針對2 臺某型閉式系統(tǒng)履帶起重機(jī)卷揚輕載動作不連貫、重載無力的故障現(xiàn)象，從設(shè)計、裝配角度入手，系統(tǒng)地排查了故障疑點，鎖定了故障元件及原因：閉式泵軸承磨損燒毀、軸封損壞。詳細(xì)地分析了造成主泵軸承及軸封損壞的具體原因，并就各種原因給出了針對性的改進(jìn)措施與建議，對閉式液壓系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計、主泵故障排查與規(guī)避提供參考。O