挖掘機(jī)故障分析及其故障診斷的方法

張雪峰,李 莉

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 常出現(xiàn)故障的原因

(1)人為原因:由于駕駛員對(duì)大宇挖掘機(jī)不了解,非法操作不當(dāng)引起的很多方面原因,很多由于自然反面引起的,如在高山挖礦石過程中高山落石駕駛員,沒有注意或沒有來得及躲避造成人員和機(jī)器的損壞,像這樣情況多數(shù)是可以避免災(zāi)難發(fā)生的。

(2)潛在性:機(jī)械在使用中會(huì)出現(xiàn)各種損傷,損傷引起零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化,當(dāng)損傷發(fā)展到使零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值時(shí),機(jī)械即出現(xiàn)潛在故障。由于機(jī)械設(shè)計(jì)存在一定的裕度(安全系數(shù)),因此即使某些零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值后,機(jī)械的功能輸出參數(shù)仍在允許的范圍內(nèi),也即機(jī)械并未發(fā)生功能故障。

(3)漸發(fā)性:由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程的發(fā)生與時(shí)間關(guān)系密切,因此機(jī)械故障的發(fā)生多半與時(shí)間有關(guān)。在使用中,機(jī)械的損傷是逐步產(chǎn)生的,零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也是緩慢變化的,機(jī)械的性能參數(shù)也是逐漸惡化的。

(4)耗損性:機(jī)械磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程伴隨著能量與質(zhì)量的變化,其過程是不可逆轉(zhuǎn)的。表現(xiàn)為機(jī)械老化程度逐步加劇,故障越來越多。隨著使用時(shí)間的增加,局部故障的排除雖然能恢復(fù)機(jī)械的性能,但機(jī)械的故障率仍不斷上升,新的故障將不斷出現(xiàn)。同時(shí)損傷的消除也是不完全性的,維修不可能使機(jī)械的性能恢復(fù)到使用前的狀態(tài)。

(5)模糊性:機(jī)械使用中,由于受到各種使用及環(huán)境條件的影響,其損傷與輸出參數(shù)的變化都具有一定的隨機(jī)性與分散性。

(6)多樣性:機(jī)械使用中,由于磨損、腐蝕、疲勞、老化過程的同時(shí)作用,同一零部件往往存在多種故障機(jī)理,產(chǎn)生多種故障模式,如軸的彎曲變形、磨損、疲勞斷裂等。

2 國內(nèi)機(jī)械故障診斷方法

2.1 主觀診斷技術(shù)

(1)直覺經(jīng)驗(yàn)法指維修人員憑感官和經(jīng)驗(yàn),通過看、聽、摸、聞、問等方法判斷故障原因。

(2)參數(shù)測量法通過測得系統(tǒng)回路中所需點(diǎn)處工作參數(shù),將其與系統(tǒng)工作正常值比較,即可判斷出參數(shù)是否正常、是否有故障及故障所在部位,適于在線監(jiān)測、定量預(yù)報(bào)和診斷潛在故障。

(3)邏輯分析法根據(jù)元件、系統(tǒng)、設(shè)備三者邏輯關(guān)系和故障現(xiàn)象,通過研究液壓原理圖和元件結(jié)構(gòu),進(jìn)行邏輯分析,找出故障發(fā)生部位。

(4)堵截法指根據(jù)液壓系統(tǒng)的組成及故障現(xiàn)象選擇堵截點(diǎn),堵截觀察系統(tǒng)壓力和流量的變化,從而找出故障點(diǎn)的方法。堵截法快速準(zhǔn)確,但使用較麻煩,拆裝量大,需要整套的堵截工具和元件。

(5)故障樹分析法指對(duì)系統(tǒng)做出故障樹邏輯結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)故障事件畫在故障樹的頂端為頂事件,形成系統(tǒng)故障的基本事件畫在故障樹下為底事件,根據(jù)各元件部件的故障率數(shù)據(jù),最終確定系統(tǒng)故障。適合較大型、較復(fù)雜系統(tǒng)故障的判定和預(yù)測。

2.2 儀器診斷技術(shù)

根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度、噪聲、振動(dòng)、油的污染、泄漏、執(zhí)行部件的速度、力矩等,通過儀器顯示或計(jì)算機(jī)運(yùn)算得出判斷結(jié)果。診斷儀器有通用型、專用型、綜合型,其發(fā)展方向是非接觸式、便攜式、多功能和智能化。

2.3 數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)

指用一定的數(shù)學(xué)手段描述系統(tǒng)某些可測量特征量在幅值、相位、頻率及相關(guān)性上與故障源之間的聯(lián)系,然后通過測量、分析、處理這些信號(hào)來判斷故障源部位。

2.4 智能診斷技術(shù)

指模擬人腦機(jī)能,有效獲取、傳遞、處理、再生和利用故障信息,運(yùn)用大量獨(dú)特的專家經(jīng)驗(yàn)和診斷策略,識(shí)別和預(yù)測診斷對(duì)象。包括模糊診斷法、灰色系統(tǒng)診斷法、專家系統(tǒng)診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷法等。目前研究最活躍的是專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),使故障診斷智能化,具有廣闊發(fā)展應(yīng)用前景。

3 液壓系統(tǒng)油料以及性能原因分析

3.1 液壓油油溫過高的危害

黏度、容積效率和液壓系統(tǒng)工作效率均下降,泄漏增加,甚至使機(jī)械設(shè)備無法正常工作。液壓系統(tǒng)的零件因過熱而膨脹,破壞了相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件原來正常的配合間隙,導(dǎo)致摩擦阻力增加、液壓閥容易卡死,同時(shí),使?jié)櫥湍ぷ儽?、機(jī)械磨損增加,結(jié)果造成泵、閥、馬達(dá)等的精密配合面因過早磨損而使其失效或報(bào)廢。速橡膠密封件老化變質(zhì),壽命縮短,甚至喪失其密封性能,使液壓系統(tǒng)嚴(yán)重泄漏。

因此,液壓油油溫過高會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器的正常使用、降低液壓元件的使用壽命,并增加工程機(jī)械的維修成本。

3.2 液壓油油溫過高的原因及預(yù)防措施

(1)油品選擇不當(dāng)。

油的品牌、質(zhì)量和黏度等級(jí)不符合要求,或不同牌號(hào)的液壓油混用,造成液壓油黏度指數(shù)過低或過高。若油液黏度過高,則功率損失增加,油溫上升;如果黏度過低,則泄漏量增加,油溫升高。

預(yù)防措施:選用油液應(yīng)按廠家推薦的牌號(hào)及機(jī)器所處的工作環(huán)境、氣溫因素等來確定。對(duì)一些有特殊要求的機(jī)器,應(yīng)選用專用液壓油;當(dāng)液壓元件和系統(tǒng)保養(yǎng)不便時(shí),應(yīng)選用性能好的抗磨液壓油。

(2)污染嚴(yán)重。

施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣,隨著機(jī)器工作時(shí)間的增加,油中易混入雜質(zhì)和污物,受污染的液壓油進(jìn)入泵、馬達(dá)和閥的配合間隙中,會(huì)劃傷和破壞配合表面的精度和粗糙度,使泄漏增加、油溫升高。

預(yù)防措施:一般在累計(jì)工作1000h后換油。

(3)液壓油箱內(nèi)油位過低。

若液壓油箱內(nèi)油量太少,將使液壓系統(tǒng)沒有足夠的流量帶走其產(chǎn)生的熱量,導(dǎo)致油溫升高。

預(yù)防措施:在實(shí)際操作和保養(yǎng)過程中,嚴(yán)格遵守操作規(guī)程中對(duì)液壓油油位的規(guī)定

(4)液壓系統(tǒng)中混入空氣。

混入液壓油中的空氣,在低壓區(qū)時(shí)會(huì)從油中逸出并形成氣泡,當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到高壓區(qū)時(shí),這些氣泡將被高壓油擊碎,受到急劇壓縮而放出大量的熱量,引起油溫升高。

預(yù)防措施:經(jīng)常檢查進(jìn)油管接口等封處的密封性,防止空氣進(jìn)入;同時(shí),每次換油后要排盡系統(tǒng)中的空氣。

(5)濾油器堵塞。

磨粒、雜質(zhì)和灰塵等通過濾油器時(shí),會(huì)被吸附在濾油器的濾芯上,造成吸油阻力和能耗均增加,引起油溫升高。

預(yù)防措施:定期清洗、更換濾油器,對(duì)有堵塞指示器的濾油器,應(yīng)按指示情況清洗或更換濾芯;濾芯的性能、結(jié)構(gòu)和有效期都必須符合其使用要求。

(6)液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作不良。

通常,采用水冷式或風(fēng)冷式油冷卻器對(duì)液壓系統(tǒng)的油溫進(jìn)行強(qiáng)制性降溫。水冷式冷卻器會(huì)因散熱片太臟或水循環(huán)不暢而使其散熱系數(shù)降低;風(fēng)冷式冷卻器會(huì)因油污過多而將冷卻器的散熱片縫隙堵塞,風(fēng)扇難以對(duì)其散熱,結(jié)果導(dǎo)致油溫升高。

預(yù)防措施:定期檢查和維護(hù)液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng),一旦發(fā)現(xiàn)故障,必須立即停機(jī)排除。

(7)零部件磨損嚴(yán)重。

齒輪泵的齒輪與泵體和側(cè)板,柱塞泵和馬達(dá)的缸體與配流盤、缸體孔與柱塞,換向閥的閥桿與閥體等都是靠間隙密封的,這些元件的磨損將會(huì)引起其內(nèi)泄漏的增加和油溫的升高。

預(yù)防措施:及時(shí)檢修或更換磨損過大的零部件,據(jù)統(tǒng)計(jì),在正常情況下,進(jìn)口的液壓泵、馬達(dá)工作 5～6a后,國產(chǎn)產(chǎn)品工作 2～3a后,其磨損都已相當(dāng)嚴(yán)重,須及時(shí)進(jìn)行檢修。

(8)環(huán)境溫度過高。

環(huán)境溫度過高,并且高負(fù)荷使用的時(shí)間又長,都會(huì)使油溫太高。

預(yù)防措施:應(yīng)避免長時(shí)間連續(xù)大負(fù)荷地工作;若油溫太高可使設(shè)備空載動(dòng)轉(zhuǎn)10min左右,待其油溫降下來。

4 液壓系統(tǒng)的泄露

4.1 液壓系統(tǒng)泄露的危害

近年來液壓技術(shù)滲透各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域,它在為提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大生產(chǎn)能力方面發(fā)揮了巨大的作用。但是液壓介質(zhì)泄漏是液壓維護(hù)最重要的難題,其泄漏不但影響到設(shè)備產(chǎn)品的性能、有效性和產(chǎn)品的形象,而且還會(huì)造成很大的浪費(fèi)和環(huán)境污染,更嚴(yán)重給生產(chǎn)帶來停工停產(chǎn)。

4.2 液壓系統(tǒng)的泄露的形式

液壓系統(tǒng)的泄露主要有縫隙泄露、多孔隙泄露、粘附泄露和動(dòng)力泄露等形式。

4.3 液壓系統(tǒng)防漏、治漏基本準(zhǔn)則

(1)正確設(shè)計(jì):正確設(shè)計(jì)安全、可靠、節(jié)能、清潔的液壓系統(tǒng),增加必要的防漏措施和防漏結(jié)構(gòu)。正確選用密封裝置,選用合適的密封材料;正確選用管接頭、管材和螺紋;合理布置液壓管道系統(tǒng);控制液壓系統(tǒng)油溫,適宜的溫度為 30～50℃;正確選用元件;液壓系統(tǒng)所用的元件及附件(管接頭、軟管等)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)名牌產(chǎn)品。

(2)正確裝配:正確制定液壓系統(tǒng)的裝配工藝文件,配置必要的裝配工具,并嚴(yán)格按裝配工藝執(zhí)行。液壓系統(tǒng)裝配前,應(yīng)檢驗(yàn)元件的耐壓性能,檢查元件各結(jié)合面有無外滲漏現(xiàn)象,若有則應(yīng)采取相應(yīng)措施。

(3)保持系統(tǒng)清潔:液壓系統(tǒng)不清潔,不僅影響液壓系統(tǒng)的可靠性,而且會(huì)影響密封性能,縮短密封壽命。

4.4 液壓系統(tǒng)泄露的原因及解方案

幾乎所有的液壓系統(tǒng)的泄漏都是由于以下幾個(gè)原因引起的:設(shè)計(jì)及制造的缺陷所造成的;沖擊和振動(dòng)造成管接頭松動(dòng)動(dòng)密封件及配合件相互磨損(液壓缸尤甚);油溫過高及橡膠密封與液壓油不相容而變質(zhì)。

4.5 液壓系統(tǒng)的泄露排除

液壓系統(tǒng)防漏與治漏的主要措施有以下幾點(diǎn)。

(1)盡量減少油路管接頭及法蘭的數(shù)量,在設(shè)計(jì)中廣泛選用疊加閥、插裝閥、板式閥,采用集成塊組合的形式,減少管路泄漏點(diǎn),是防漏的有效措施之一。

(2)將液壓系統(tǒng)中的液壓閥臺(tái)安裝在與執(zhí)行元件較近的地方,可以大大縮短液壓管路的總長度,從而減少管接頭的數(shù)量。

(3)液壓沖擊和機(jī)械振動(dòng)直接或間接地影響系統(tǒng),造成管路接頭松動(dòng),產(chǎn)生泄漏。液壓沖擊往往是由于快速換向所造成的。

(4)定期檢查、定期維護(hù)、及時(shí)處理是防止泄漏、減少故障最基本保障。