24M 平路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與優(yōu)化

趙巧平

（國能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

24M 平路機(jī)是由美國卡特彼勒工程機(jī)械制造公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)，具有出色的可控性[1]。目前，國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦有24M 平路機(jī)共5臺(tái)，平路機(jī)及推土機(jī)是露天煤礦采運(yùn)排開采工藝中的主要排土設(shè)備，主要承擔(dān)黑岱溝露天煤礦主干道及輔路的平整任務(wù)[2]。平路機(jī)工作狀態(tài)如何將直接關(guān)系到整個(gè)露天礦運(yùn)輸?shù)缆返臅惩ò踩?4M 平路機(jī)在露天礦生產(chǎn)中運(yùn)行的高效性、安全性成為露天礦坑下道路暢通的首要問題。因此，工程機(jī)械維修工如何減少24M 平路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)故障，精準(zhǔn)判斷故障，迅速恢復(fù)設(shè)備成為確保露天礦安全生產(chǎn)的重要議題[3]。

1 傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓原理

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)過變矩器和輸入驅(qū)動(dòng)軸傳遞到變速箱。變速箱具有3 個(gè)速度離合器和3 個(gè)方向離合器。2 個(gè)離合器必須同時(shí)接合才能通過變速箱傳遞動(dòng)力。變速箱行星輸出齒輪輸出的動(dòng)力經(jīng)過分動(dòng)器、下驅(qū)動(dòng)軸到達(dá)差速器。差速器通過轉(zhuǎn)動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)終傳動(dòng)的行星齒輪。

1.1 變矩器液壓控制

變矩器出口卸壓閥負(fù)責(zé)控制變矩器內(nèi)的最大油壓，油經(jīng)過來自變矩器的油道進(jìn)入變矩器出口卸壓閥，油流過出口油道到達(dá)變速箱油冷卻器，從油冷卻器流經(jīng)變速箱潤滑系統(tǒng)，最后到達(dá)油底殼。

變矩器鎖止離合器的調(diào)制閥是傳動(dòng)系電子控制模塊（ECM）的輸出。ECM 將會(huì)分析適當(dāng)?shù)目刂戚斎隱4]。當(dāng)ECM 確定條件正確時(shí)，ECM 將會(huì)接合調(diào)制閥。油通過來自傳動(dòng)系油濾清器的供油端口進(jìn)入閥門。閥門隨后將為鎖定離合器注油。閥門隨后調(diào)節(jié)鎖定離合器內(nèi)的壓力。閥門根據(jù)電磁閥內(nèi)的電流大小保持一定的壓力。變速箱電子控制模塊（ECM）決定提供給鎖定離合器閥的電流量。調(diào)制閥接合后，鎖止離合器接合。這可允許變矩器的輸出軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速一致。變矩器鎖止離合器的接合主要提供了從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到變矩器輸出的直接動(dòng)力傳輸。

1.2 變速箱液壓控制

變速箱液壓控制總成負(fù)責(zé)控制到變矩器和變速箱離合器的油壓。變速箱液壓控制總成安裝在變速箱行星齒輪總成的頂部上。變速箱液壓控制總成由以下部件構(gòu)成：6 個(gè)離合器電磁調(diào)節(jié)閥,變速箱液壓控制卸壓閥和變矩器入口卸壓閥。變速箱液壓控制總成工作用高壓油從變速箱油泵流到變速箱油濾清器，油流經(jīng)變速箱液壓控制總成，為變速箱液壓控制卸壓閥供油[5]，油還流到6 個(gè)離合器電磁調(diào)節(jié)閥和鎖定離合器的調(diào)節(jié)閥，6 個(gè)離合器電磁調(diào)節(jié)閥安裝在變速箱頂部，每個(gè)變速箱離合器具有單獨(dú)的離合器電磁調(diào)節(jié)閥，要想移動(dòng)機(jī)器，方向離合器電磁閥和速度離合器電磁閥必須同時(shí)通電，離合器電磁調(diào)節(jié)閥用來直接調(diào)節(jié)輸送給每個(gè)單獨(dú)離合器的油壓。

變速箱液壓控制卸壓閥負(fù)責(zé)控制提供給離合器電磁調(diào)節(jié)閥和變矩器的油壓。油壓必須克服主卸壓閥的彈簧力。這將保持離合器電磁調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定的供應(yīng)壓力。變速箱液壓控制卸壓閥的供油壓力由主卸壓閥保持。油通過入口油室進(jìn)入變速箱液壓控制卸壓閥。油流過主卸壓閥進(jìn)入變速箱控制油道，直到超過主卸壓閥的壓力設(shè)定值為止。主卸壓閥將向右移動(dòng)。從而使過量的油流入油道和變矩器。最大變矩器入口壓力由變矩器入口卸壓閥控制。當(dāng)變矩器入口壓力達(dá)到最大值時(shí)，變矩器入口卸壓閥打開，將過量的油返回油底殼。

1.3 離合器電磁調(diào)節(jié)閥工作原理

離合器電磁調(diào)節(jié)閥是傳動(dòng)系電子控制模塊（ECM）的輸出。離合器電磁調(diào)節(jié)閥為比例控制電磁閥。離合器電磁調(diào)節(jié)閥被傳動(dòng)系ECM 用來直接調(diào)節(jié)輸送給每個(gè)離合器的油壓。當(dāng)操作員選擇方向或速度時(shí)，傳動(dòng)系ECM 將通過發(fā)送脈沖寬度調(diào)制信號（PWM）改變離合器電磁閥的電流。電磁閥柱塞（閥）的移動(dòng)距離與電磁閥的電流成比例。電磁閥柱塞（閥）的位置控制選定離合器的油壓。由流過離合器電磁閥調(diào)節(jié)閥的電流量調(diào)節(jié)輸送至選定離合器的油壓大小。當(dāng)傳動(dòng)系ECM 發(fā)送最大電流到離合器電磁閥調(diào)節(jié)閥時(shí)，離合器內(nèi)的油壓達(dá)到最大。離合器電磁調(diào)節(jié)閥的最大油壓等于變速箱液壓控制卸壓閥的最大油壓。當(dāng)沒有電流發(fā)送到離合器電磁調(diào)節(jié)閥時(shí)，離合器內(nèi)的油壓應(yīng)當(dāng)為0。

1.4 傳動(dòng)系ECM 工作原理

傳動(dòng)系ECM 將啟動(dòng)操作員選定的變速箱離合器電磁調(diào)節(jié)閥。3 個(gè)離合器電磁調(diào)節(jié)閥為方向離合器供油。3 個(gè)離合器電磁調(diào)節(jié)閥為速度離合器供油。要使機(jī)器移動(dòng)，1 個(gè)速度離合器電磁閥和1 個(gè)方向離合器電磁閥必須同時(shí)通電。

1.5 傳動(dòng)系統(tǒng)潤滑

1）輸入分動(dòng)器通過變速箱行星齒輪獲得潤滑油。其中1 個(gè)離合器內(nèi)的2 條油道為分動(dòng)器輸送潤滑油。每條油道負(fù)責(zé)為1 個(gè)輸入齒輪輸送潤滑油。

2）輸出分動(dòng)器通過分動(dòng)器殼體內(nèi)甩起的油得到潤滑。由于分動(dòng)器殼體也是變速箱油路的儲(chǔ)油箱，因此所有回油流入殼體的底部。通過齒輪在油內(nèi)的運(yùn)動(dòng)將油甩到所有部件上。

3）差速器和傘齒輪潤滑。差速器從傘齒輪殼體內(nèi)濺出來的油得到潤滑。橫軸每側(cè)的平面允許潤滑油進(jìn)入小齒輪和止推墊圈[6]。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)的故障分析

1）變矩器故障現(xiàn)象及可能原因。變矩器壓力高，變矩器內(nèi)部有阻力，油道或油冷卻器中有阻力，變矩器入口卸壓閥卡死在關(guān)閉位置[7]；變矩器壓力低，變矩器入口卸壓閥卡死在打開位置，變矩器出口卸壓閥的調(diào)整不當(dāng)，變矩器出口卸壓閥內(nèi)的滑閥不動(dòng)；變矩器過熱，當(dāng)前的變速箱檔位與機(jī)器的負(fù)載不匹配，降至較低檔位，變速箱中的油位過高或過低，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的冷卻液液位偏低，油冷卻器或油路堵塞，流過變矩器的油流太低；鎖止離合器不接合，鎖止離合器的通/斷開關(guān)不處于通位置，鎖止離合器的通/斷開關(guān)故障或開關(guān)失效，葉輪離合器電磁線圈或葉輪離合器電磁閥故障，葉輪離合器電磁線圈或葉輪離合器電磁閥失效，電路有故障，鎖止離合器未啟用。

2）變速箱故障現(xiàn)象及可能原因。變速箱在所有速度下都不能工作或在所有速度下都出現(xiàn)滑動(dòng)，電路有故障，機(jī)油壓力低，機(jī)油濾網(wǎng)臟污，機(jī)油流路有阻力，油泵故障[8]，變速箱內(nèi)部有泄漏，離合器活塞周圍的密封損壞，變矩器入口卸壓閥卡在打開位置，變矩器有故障，變速箱中有機(jī)械故障，離合器盤和離合器片出現(xiàn)過度磨損；變速箱發(fā)出異常噪聲，變速箱部件磨損或損壞，齒輪損壞，離合器片或離合器盤的齒磨損，離合器片打滑且離合器盤會(huì)發(fā)出噪聲，其它變速箱部件磨損或有損壞的變速箱部件[9]；變速箱在特定檔位不工作，此檔位的調(diào)節(jié)閥不工作，電路有故障，因活塞密封泄漏而導(dǎo)致油壓低，離合器盤和離合器片磨損太嚴(yán)重，離合器組件已損壞；離合器接合緩慢，機(jī)油壓力低，變矩器入口卸壓閥卡死，變矩器的調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障。

3）傳動(dòng)系統(tǒng)零部件機(jī)械故障現(xiàn)象及可能原因。傳動(dòng)鏈條裂紋、折斷、變形，鏈條疲勞、鏈條箱油位低潤滑不良，操作人員操作不當(dāng)；分動(dòng)箱異響，軸承間隙調(diào)整不當(dāng)，分動(dòng)箱內(nèi)部齒輪或其他零部件松動(dòng)，分動(dòng)箱內(nèi)部有影響正常運(yùn)行的雜質(zhì)，分動(dòng)箱內(nèi)部機(jī)械損壞；差速器和傘齒輪異響，嚙合齒輪間隙異常，軸承間隙異常，內(nèi)部機(jī)械故障，內(nèi)部零部件松動(dòng)；終傳動(dòng)異響，軸承間隙調(diào)整不當(dāng)，軸承磨損嚴(yán)重，終傳動(dòng)內(nèi)部零部件松動(dòng)，終傳動(dòng)內(nèi)部機(jī)械故障。

3 傳動(dòng)系統(tǒng)存在缺陷及優(yōu)化

1）存在缺陷。分動(dòng)箱（PTO）潤滑不良，造成5 臺(tái)24M 平路機(jī)傳動(dòng)泵聯(lián)軸器處軸承頻繁出現(xiàn)高溫，燒壞。故障點(diǎn)隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)，泵的運(yùn)行需要的負(fù)荷增加，引起發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，隱蔽的故障持續(xù)作業(yè)造成傳動(dòng)泵徹底損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼上的后齒輪和軸承損壞，分動(dòng)箱出現(xiàn)機(jī)械損壞等故障。

2）優(yōu)化原理及方案。優(yōu)化原理：由于分動(dòng)箱的潤滑油來源于傳動(dòng)泵回油壓力，壓力太低不能達(dá)到很好的潤滑效果，從變矩器出口壓力油處增加到分動(dòng)器的潤滑油管替代原有的潤滑管路，使得潤滑油壓力達(dá)到變矩器出口油壓力值，達(dá)到很好的潤滑效果；優(yōu)化方案：拆卸油管2 下端及法蘭4，油管3 右端去掉法蘭4 直接安裝在原接口處，法蘭4 安裝在管1的右端，管2 的下端安裝在管1 右端的法蘭上，由于管1 右端和管3 右端安裝距離發(fā)生變化，在實(shí)際安裝過程中需要互換安裝螺栓。管路改造前后對比如圖1。

圖1 管路改造前后對比

3）優(yōu)化后傳動(dòng)系統(tǒng)壓力測試。變矩器閉鎖離合器壓力：在停車制動(dòng)器接合的同時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，松開停車制動(dòng)器，將變速箱操縱桿置于任何前進(jìn)檔位上，待機(jī)器行駛速度超過6 km/h 后接合閉鎖離合器，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定到1 500 r/min，檢查變矩器閉鎖離合器的壓力為1 720 kPa 。經(jīng)過測壓，壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。主卸壓閥壓力：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并在低怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，壓力為1 930 kPa，以高怠速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，壓力為2 210 kPa。經(jīng)過測壓，壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。變速箱離合器電磁調(diào)節(jié)閥壓力：將變速箱置于空檔，讓發(fā)動(dòng)機(jī)以高怠速運(yùn)行，壓力為2 120 kPa，將變速箱置于后退一檔，讓發(fā)動(dòng)機(jī)以高怠速運(yùn)行，壓力為2 120 kPa，將變速箱置于前進(jìn)二檔，讓發(fā)動(dòng)機(jī)以高怠速運(yùn)行，壓力為2 115 kPa，將變速箱置于前進(jìn)三檔，讓發(fā)動(dòng)機(jī)以高怠速運(yùn)行，壓力為2 172 kPa。經(jīng)過測壓，壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。差速鎖卸壓閥壓力：連續(xù)運(yùn)行機(jī)器，直到變速箱油的溫度達(dá)到80～90 °C 為止，將機(jī)器放在光滑、水平的表面上，將變速箱操縱裝置掛入空檔位置，將鏟斗降至地面，將機(jī)具鎖止開關(guān)轉(zhuǎn)到ON 位置，把停車制動(dòng)器開關(guān)按到ON 位置，把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到OFF（關(guān)閉），輪子前后都塞上墊塊，啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過按下差速器控制開關(guān)將差速器電磁閥轉(zhuǎn)到ON 的位置，壓力為2 400 kPa。經(jīng)過測壓，壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化后設(shè)備的運(yùn)行情況

在未優(yōu)化前24M 平路機(jī)傳動(dòng)泵和分動(dòng)箱頻繁出現(xiàn)故障，故障原因80%都是由于分動(dòng)箱潤滑不良，傳動(dòng)泵軸承高溫，駕駛員及檢修人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在這種情況下行車，進(jìn)而傳動(dòng)泵軸承徹底損壞，造成故障點(diǎn)擴(kuò)散，出現(xiàn)傳動(dòng)泵機(jī)械損壞，甚至分動(dòng)箱殼體機(jī)械損壞。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成分動(dòng)箱里的其他零部件損壞，維修分動(dòng)箱需要2 d，嚴(yán)重影響設(shè)備出動(dòng)率，增加維修成本。優(yōu)化后的潤滑方式在更換潤滑油管后，就可以避免了傳動(dòng)泵軸承高溫，延長了傳動(dòng)泵及分動(dòng)箱使用壽命。根據(jù)設(shè)備遠(yuǎn)行情況跟蹤，分動(dòng)箱潤滑方式優(yōu)化后傳動(dòng)泵的使用壽命是優(yōu)化前的2倍，同時(shí)分動(dòng)箱避免了機(jī)械故障的發(fā)生。

5 結(jié)語

對24M 平路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)液壓原理、傳動(dòng)系統(tǒng)故障分析及分動(dòng)箱潤滑系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，指出了傳動(dòng)系統(tǒng)分動(dòng)箱潤滑所存在的缺陷，并提出了優(yōu)化的原理與方法。從設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況上可以看到，優(yōu)化后的設(shè)備，傳動(dòng)泵的使用壽命增加到原來的2 倍，并消除設(shè)備的分動(dòng)箱機(jī)械故障。