裝載機(jī)怠速提升動(dòng)臂抖動(dòng)故障的分析與解決

周進(jìn)平，雷 念，王 允，韋茂志

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司 裝載機(jī)研究院，廣西 柳州 545005）

0 引言

工程機(jī)械是國家建設(shè)的主要設(shè)備，裝載機(jī)作為其中一員已廣泛應(yīng)用于礦山、公路、鐵路、港口、機(jī)場、房地產(chǎn)及其他公共設(shè)施的建設(shè)[1]。裝載機(jī)發(fā)揮作用主要依靠其工作裝置，而工作裝置的工作穩(wěn)定性又與液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著直接關(guān)系[2]。轉(zhuǎn)載機(jī)怠速提升動(dòng)臂的過程中發(fā)生抖動(dòng)，將影響整機(jī)的穩(wěn)定性和用戶體驗(yàn)，長時(shí)間積累可能對整機(jī)的結(jié)構(gòu)件造成疲勞破壞、對螺栓等緊固件的使用狀況造成不良影響。本文以某型裝載機(jī)樣機(jī)故障為例，對出現(xiàn)問題的裝載機(jī)進(jìn)行故障排查和理論分析，從而解決問題。

1 工作原理

該裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)屬于定量合流系統(tǒng)，主要由工作液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)原理

工作泵和轉(zhuǎn)向泵作為動(dòng)力元件主要向液壓系統(tǒng)中的油缸提供壓力油[2]。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一個(gè)定量合流系統(tǒng)，因此當(dāng)司機(jī)不轉(zhuǎn)向的時(shí)候，無論是工作泵還是轉(zhuǎn)向泵的油都會直接供給工作液壓系統(tǒng)，即工作泵和轉(zhuǎn)向泵都將壓力油供給分配閥。同理，當(dāng)司機(jī)操縱方向盤使整機(jī)轉(zhuǎn)向的時(shí)候，此時(shí)的工作泵給工作液壓系統(tǒng)供油，轉(zhuǎn)向泵給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，此時(shí)的兩個(gè)系統(tǒng)分別獨(dú)立供油，這是合流系統(tǒng)最大的一個(gè)特征。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

據(jù)司機(jī)反饋，某新開發(fā)的裝載機(jī)樣機(jī)在怠速狀態(tài)下提升動(dòng)臂，提升過程整機(jī)會發(fā)生劇烈的抖動(dòng)，當(dāng)在提升動(dòng)臂的過程中轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，抖動(dòng)便會消除。

根據(jù)司機(jī)反饋的故障現(xiàn)象和該機(jī)型工作原理分析：動(dòng)臂在怠速提升的過程中發(fā)生抖動(dòng)的原因可能是：液壓系統(tǒng)某處出現(xiàn)故障，導(dǎo)致流入到動(dòng)臂油缸大腔的油量變化很大，在動(dòng)臂油缸舉升的過程中，即動(dòng)臂油缸活塞桿在拉伸過程中，活塞桿的行程速度瞬間變化很大而且交替變化?；钊麠U瞬間移動(dòng)速度忽快忽慢，由慢到快的過程產(chǎn)生瞬間沖擊產(chǎn)生劇烈震動(dòng)。可以從以下可能原因進(jìn)行分析及排查：

A.液壓油箱內(nèi)的油量不夠，齒輪泵吸油過程斷續(xù)不連貫[3]。

B.液壓油含有大量的氣泡或發(fā)黑，嚴(yán)重變質(zhì)，喪失應(yīng)有的黏度。

C.齒輪泵發(fā)生磨損或內(nèi)漏，造成其輸出的液壓油流量不穩(wěn)定。

D.分配閥的動(dòng)臂聯(lián)彈簧不穩(wěn)定，通過動(dòng)臂油缸的液壓油斷續(xù)不連貫；先導(dǎo)閥的供油壓力不穩(wěn)定，推動(dòng)分配閥動(dòng)臂聯(lián)閥桿竄動(dòng)。

E.卸荷閥的安全壓力低于設(shè)定值，在怠速提升的時(shí)候，處于卸荷的臨界點(diǎn)，導(dǎo)致抖動(dòng)。

F.優(yōu)先閥桿在高壓油及彈簧力作用下會發(fā)生竄動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵輸出液壓油合流過程中不穩(wěn)定。

G.從轉(zhuǎn)向泵到合流法蘭之間的管路存在堵塞物，導(dǎo)致流量供油不穩(wěn)定。

3 故障排查

針對以上分析及排查方案，采用由簡到繁，由表及里的方法逐一排查，步驟有：

（1）觀察液壓油箱的液位計(jì)，發(fā)現(xiàn)液壓油處于油箱液位計(jì)中位偏上，符合理論加注量，因此判斷液壓油足夠，并不是產(chǎn)生故障的2對，排除掉2對A同時(shí)觀察液壓油的顏色，液壓油呈現(xiàn)為正常的黃色并未發(fā)黑，判定為液壓油品質(zhì)良好，排除掉2對B。

（2）檢測卸荷壓力，將量程為0～25 MPa的壓力表連接到測壓點(diǎn)，然后啟動(dòng)整機(jī)，怠速下測得卸荷壓力符合設(shè)計(jì)值，也就并不會出現(xiàn)2對E中提到的故障現(xiàn)象，因此也排除掉2對E。

同時(shí)，嘗試將卸荷閥壓力逐漸調(diào)低，直到壓力低至3 MPa的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)怠速提升動(dòng)臂過程中，整機(jī)不再發(fā)生抖動(dòng)。3 MPa是一個(gè)卸荷壓力臨界點(diǎn)，怠速下的轉(zhuǎn)向泵供油卸荷了，不為工作液壓系統(tǒng)供油，即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油并不合流。同時(shí)結(jié)合司機(jī)的反饋信息：怠速提升動(dòng)臂的同時(shí)打轉(zhuǎn)向，抖動(dòng)也會消除。我們分析認(rèn)為當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合流的時(shí)候，抖動(dòng)便會發(fā)生，當(dāng)系統(tǒng)不合流的時(shí)候，抖動(dòng)便會消除。為證實(shí)分析，我們將卸荷壓力調(diào)高至5 MPa，如圖2所示。

同時(shí)滿載荷怠速提升動(dòng)臂，發(fā)現(xiàn)此時(shí)也不會發(fā)生抖動(dòng)。因?yàn)楫?dāng)卸荷壓力調(diào)至5 MPa的時(shí)候，滿載荷怠速提升動(dòng)臂，此時(shí)轉(zhuǎn)向泵的供油已經(jīng)實(shí)現(xiàn)卸荷了，即并不合流至工作液壓系統(tǒng)。通過驗(yàn)證，我們認(rèn)為系統(tǒng)故障發(fā)生在轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，與工作液壓系統(tǒng)無關(guān)，因此我們很快排除掉2對D并且也不再排查與工作液壓系統(tǒng)有關(guān)的液壓元件及管路。

（3）排查優(yōu)先閥，因?yàn)槿绻麅?yōu)先閥閥桿在系統(tǒng)合流過程中發(fā)生頻繁竄動(dòng)，勢必會影響合流過程中轉(zhuǎn)向泵供油的穩(wěn)定性。拆卸了流量放大閥中的優(yōu)先閥桿并觀察清洗，如圖2所示。

圖2 清洗優(yōu)先閥

把閥桿裝回原處啟動(dòng)機(jī)器測試，發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)仍然存在。于是將優(yōu)先閥桿拆卸下來，取出里面的彈簧并使用墊片墊在閥體和閥桿之間，使閥桿徹底失去活動(dòng)性而又不影響其合流特性，將優(yōu)先閥桿裝回原處再啟動(dòng)整機(jī)測試，發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)依舊存在，因此排除掉優(yōu)先閥，即排除掉2對F。

（4）將液壓油箱內(nèi)的壓力卸掉，并將液壓油放掉存儲起來，然后將轉(zhuǎn)向泵拆卸下來，仔細(xì)觀察轉(zhuǎn)向泵泵齒，發(fā)現(xiàn)其主動(dòng)軸的齒片已經(jīng)磨損掉一大片，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)向泵泵齒損壞

我們推斷認(rèn)為轉(zhuǎn)向泵泵齒損壞極大可能是故障根源，因?yàn)楸谬X損壞，在怠速下提動(dòng)臂，轉(zhuǎn)向泵提供液壓油的壓力不足，造成流量放大閥中的優(yōu)先閥的EF口處于開啟與閉合相互變化的臨界點(diǎn)，那么合流去工作液壓系統(tǒng)的液壓油便會斷續(xù)，與前面的分析相吻合。為佐證推測，取出液壓油箱回油濾芯，觀察到濾芯內(nèi)確實(shí)存在一些鐵屑，如圖4所示。這些鐵屑很有可能是泵齒損壞后，隨著液壓系統(tǒng)存留在濾芯內(nèi)的。

圖4 濾筒內(nèi)的鐵塊

基于上述推測，我們更換了轉(zhuǎn)向泵，然后將液壓油重新加注，并將卸荷壓力調(diào)至設(shè)計(jì)值，最后啟動(dòng)整機(jī)后怠速再次提升動(dòng)臂，發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)已經(jīng)不再出現(xiàn)，機(jī)器工作恢復(fù)正常。同時(shí)遣返故障齒輪泵，協(xié)同供方進(jìn)行原因分析，避免再次出現(xiàn)類似故障或質(zhì)量問題。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的根本原因是：壓力和流量二者之一達(dá)不到系統(tǒng)的要求[3]。一旦機(jī)器出現(xiàn)與液壓系統(tǒng)相關(guān)的故障，需結(jié)合故障現(xiàn)象和液壓系統(tǒng)的工作原理，有邏輯性和判斷性的進(jìn)行原因分析和故障排查，才能準(zhǔn)確而又高效的處理問題。

以上處理抖動(dòng)問題的分析和排查過程嚴(yán)密結(jié)合故障現(xiàn)象和液壓系統(tǒng)工作原理，因此才能順利找到故障根源，避免不必要的測試和排查，對后續(xù)服務(wù)工作者在處理類似問題時(shí)具有很好的借鑒和參考意義。