裝載機(jī)故障甄別與分析

王志華

（中鐵六局太原鐵路建設(shè)有限公司，山西 太原 030012）

引言

隨著社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展，工程建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)度成為項(xiàng)目評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)，施工隊(duì)伍的效率體現(xiàn)在機(jī)械化程度的高低，工程機(jī)械的出現(xiàn)不僅節(jié)省了勞動(dòng)力，也大大提高了工程建設(shè)的速度，同時(shí)降低了工程建設(shè)的成本。

工程機(jī)械由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等組成。機(jī)械在工作過(guò)程中，長(zhǎng)期的震動(dòng)和磨損以及潤(rùn)滑油等的損耗，使得這些具有一定使用壽命的機(jī)械存在不同程度的損壞，在使用過(guò)程中需要不斷地保養(yǎng)和檢修，對(duì)損壞的部位及時(shí)更換或修補(bǔ)才能延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。由于裝載機(jī)輕巧、靈活、操作簡(jiǎn)單，成為工程機(jī)械主要機(jī)種之一，因此掌握裝載機(jī)工作原理和故障模式以及原因?qū)ρb載機(jī)的使用具有很大的幫助。

裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)一般以柴油機(jī)為主，只有少數(shù)小型以及輕型裝載機(jī)配置汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是柴油機(jī)的壓縮比為14:1，最高可達(dá)25:1，因此作業(yè)效率高，更適合重型機(jī)械。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有五大構(gòu)成部分：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣結(jié)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

變矩器的主要功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩進(jìn)行放大，以便進(jìn)行舉重操作。變矩器一端與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速連接，一端與離合器輸入轉(zhuǎn)速連接。變矩器的基本元件有變速泵、泵輪、渦輪和導(dǎo)向輪，以液壓油為介質(zhì)?；驹頌橥ㄟ^(guò)變速泵從油箱底殼中吸取液壓油，與發(fā)動(dòng)機(jī)剛性連接的泵輪高速旋轉(zhuǎn)后帶動(dòng)液壓油并延切向甩出沖向渦輪，由液壓油的沖力推動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，同時(shí)高速流出的油液沖擊在固定不動(dòng)的導(dǎo)輪上，又增加了渦輪轉(zhuǎn)向推力，渦輪在兩種力的作用下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，變矩器完成了放大扭矩的功能，渦輪在變矩器內(nèi)通過(guò)渦輪葉片和渦輪軸將扭矩輸出至離合器和變速箱。

變速箱的功能主要是變換不同的速度，其基本構(gòu)成主要是直徑不同的齒輪組合，是主要的傳動(dòng)部件之一，以改變發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪之間的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)速度力與發(fā)力之間的匹配。工作泵和水泵原理相似，通過(guò)旋轉(zhuǎn)將液壓油充到活塞油缸內(nèi)推動(dòng)活塞桿伸出和收縮，分配閥的功能主要是將工作泵輸出的液壓油分配到不同的油管以實(shí)現(xiàn)不同的功能?；钊透椎墓δ苤饕菣C(jī)械動(dòng)作，通過(guò)活塞桿的伸縮實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的舉臂和轉(zhuǎn)斗以及轉(zhuǎn)向。

綜述裝載機(jī)的原理通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)變矩器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力放大，再由工作泵和分配閥以及整個(gè)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的各項(xiàng)功能運(yùn)行。

1 裝載機(jī)原理概述

裝載機(jī)具有行走、轉(zhuǎn)斗、舉臂等基本動(dòng)作功能，由動(dòng)力裝置、工作裝置和液力傳動(dòng)系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)這些功能。通過(guò)底盤(pán)將各部分連為一體，并配備指揮系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)。一臺(tái)裝載機(jī)具有的基本構(gòu)件有發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器、變速箱、工作泵、分配閥、活塞油缸等，由這些基本的原件實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)的行走和鏟運(yùn)功能。

2 故障判斷方法與技術(shù)

裝載機(jī)故障的判斷，可根據(jù)裝載機(jī)工作的原理和經(jīng)驗(yàn)的累積進(jìn)行直觀判斷，這種方法快速且有效，并且不影響施工進(jìn)度安排，對(duì)于人為判斷難以消除的故障需要通過(guò)儀器和專(zhuān)業(yè)的診斷方法以及專(zhuān)家診斷。通過(guò)總結(jié)，對(duì)裝載機(jī)故障的判斷類(lèi)型有以下幾種：

2.1 主觀診斷方法

這種方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，不需要儀器，僅憑個(gè)人對(duì)常見(jiàn)故障的記憶，判斷故障位置所在。其優(yōu)點(diǎn)是判斷速度快，恢復(fù)效率高；缺點(diǎn)是出現(xiàn)新故障時(shí)，無(wú)法判斷故障發(fā)生原因，并難以處理。

2.2 視覺(jué)診斷方法

視覺(jué)診斷主要是觀察裝載機(jī)各部位的情況，包括速度表、壓力表、溫度表等儀表數(shù)據(jù)，以及裝載機(jī)各部位的漏油情況，如變矩器、活塞油缸、油管和變速箱等，還可觀察排氣筒尾部氣體顏色，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)漏油情況，根據(jù)活塞伸縮速度判斷是否存在故障。

2.3 聽(tīng)覺(jué)診斷

這一診斷方法主要是通過(guò)聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在異常，以及聽(tīng)各部件換向的沖擊聲、泄漏聲來(lái)確定系統(tǒng)噪聲、沖擊聲是否過(guò)大，以此來(lái)判斷裝載機(jī)是否存在故障。

2.4 觸覺(jué)判斷

觸覺(jué)判斷主要是通過(guò)觸摸，感覺(jué)裝載機(jī)的油溫、振動(dòng)等來(lái)確定油溫是否過(guò)高，運(yùn)行部件和油管有無(wú)振動(dòng)，從而判斷裝載機(jī)有無(wú)故障。

2.5 基于信號(hào)處理的故障診斷方法

這種技術(shù)方法是一種科技手段，以動(dòng)態(tài)測(cè)試和傳感技術(shù)為方法，通過(guò)處理所得信號(hào)，判斷裝載機(jī)故障類(lèi)型及發(fā)生位置，這種診斷技術(shù)是在裝載機(jī)上安裝傳感器，收集裝載機(jī)工作狀態(tài)時(shí)各部位的參數(shù)，然后進(jìn)行分析處理，其關(guān)鍵之處是對(duì)信號(hào)的處理，包括振動(dòng)時(shí)域、頻域分析等。此方法雖然具有一定的科學(xué)性，但是不具有普遍性和推廣性，適合專(zhuān)業(yè)的售后服務(wù)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工的工程機(jī)械而言，更適合人為主觀的判斷方法。當(dāng)人的經(jīng)驗(yàn)與理論無(wú)法克服裝載機(jī)產(chǎn)生的故障時(shí)，本方法方可排上用場(chǎng)。

2.6 基于人工智能的診斷方法

這種診斷方法結(jié)合人與設(shè)備所長(zhǎng)，所謂人工智能是指將裝載機(jī)故障的表征特點(diǎn)變化為一種編碼語(yǔ)言，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可識(shí)別的語(yǔ)言，輸入到智能軟件中，這種軟件根據(jù)該研究領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家長(zhǎng)期大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和充分的理論研究推導(dǎo)規(guī)則，根據(jù)表征特點(diǎn)，快速推理出系統(tǒng)可能存在的故障。這個(gè)系統(tǒng)由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、用戶(hù)接口、學(xué)習(xí)系統(tǒng)、推理解釋器和上下文（黑板）等組成，基于專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷的特點(diǎn)是利用專(zhuān)家的領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為故障診斷服務(wù)，但這種依賴(lài)于專(zhuān)家的領(lǐng)域知識(shí)獲取方法已逐漸成為專(zhuān)家系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)中的瓶頸，目前專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)通常和其他診斷方法相結(jié)合，以提高系統(tǒng)診斷能力。

隨著社會(huì)科學(xué)的發(fā)展，裝載機(jī)故障的偵測(cè)手段除上述方法外還有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型和基于模糊聚類(lèi)信息融合的診斷模型兩大類(lèi)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型是將傳感器分布于裝載機(jī)的各個(gè)部位，通過(guò)采集各部位傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的預(yù)處理，提取特征，對(duì)故障有模糊的初步結(jié)論，將每個(gè)部位的特征進(jìn)行綜合，并考慮各部位故障對(duì)總故障的貢獻(xiàn)程度，進(jìn)而判斷出故障根源所在。所謂模糊模型的診斷方法是對(duì)故障樣本中的特征參數(shù)進(jìn)行融合分類(lèi)的過(guò)程，其分析方法主要為基于模糊等價(jià)關(guān)系的動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法。這兩種方法均是依據(jù)現(xiàn)代科學(xué)，編譯人工智能系統(tǒng)的方法模型，目的在于快速找出故障問(wèn)題所在，缺點(diǎn)是忽視了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，且判斷效果難以達(dá)到較高的可靠度。

每種診斷方法都具有一定的依據(jù)和優(yōu)點(diǎn)，人的主觀診斷方法快速有效且成本低下，但是不能形成體系，難以普遍推廣；其他診斷方法雖具有一定的推廣性，目前還處于開(kāi)發(fā)研究階段，不具有實(shí)用性，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，裝載機(jī)故障甄別手段會(huì)越來(lái)越先進(jìn)和智能，并且具有廣泛性和實(shí)用性。

3 故障類(lèi)型及分析

裝載機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是復(fù)雜和精細(xì)的，在使用過(guò)程中，一些不合理的操作方法以及過(guò)載超限物體、使用過(guò)程的保養(yǎng)維護(hù)以及裝載機(jī)制作材料使得裝載機(jī)在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)不同程度和不同類(lèi)型的故障，通過(guò)對(duì)工作原理的掌握以及對(duì)故障的分析，可以在使用過(guò)程中迅速修復(fù)故障，恢復(fù)工作狀態(tài)，避免因機(jī)械故障導(dǎo)致施工作業(yè)的嚴(yán)重滯后。裝載機(jī)不同部位發(fā)生故障時(shí)，表現(xiàn)形式也各有不同。

3.1 裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向、舉臂和轉(zhuǎn)斗

根據(jù)裝載機(jī)工作原理，轉(zhuǎn)向泵、工作泵、行走泵的驅(qū)動(dòng)由變矩器齒輪驅(qū)動(dòng)，若三項(xiàng)功能全部停止，表明3個(gè)泵不在工作狀態(tài)，由于3個(gè)泵同時(shí)不工作，可以判定是變矩器動(dòng)力傳輸?shù)膯?wèn)題，首先觀察變矩器是否有漏油或油溫過(guò)高等現(xiàn)象；若無(wú)這些現(xiàn)象，一般為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力未傳輸?shù)阶兙仄?，故障發(fā)生在彈性連接板處，可能為連接板斷裂或連接輪打齒。

3.2 裝載機(jī)的突然停止

這種故障首先觀察工作壓力，若工作壓力下降很大，可基本判定變矩器內(nèi)部問(wèn)題，液壓油出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏，難以起到動(dòng)力傳遞的作用；若工作壓力正常，一般為變速箱和離合器等控制變速位置的故障，試踩離合器若無(wú)力或有阻礙，可判定是變速分配閥氣孔隔離閥桿處于切斷位置，并難以恢復(fù)。造成隔離閥桿切斷的原因是隔離閥桿氣控端沒(méi)有壓縮空氣的供應(yīng)或者隔離閥桿本身的原因。

3.3 裝載機(jī)的行走

1）發(fā)動(dòng)機(jī)正常，任一檔位行走無(wú)力基本處于不行走狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)正常表明動(dòng)力輸出正常，可首先判斷變矩器故障，觀察是否有漏油跡象以及變速箱內(nèi)液壓油油量是否足夠。方法是使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，觀察油位應(yīng)在變速箱側(cè)面的油標(biāo)中部，如看不到油面應(yīng)補(bǔ)足油液，若故障為突然發(fā)生一般為減壓閥故障，通過(guò)拆檢減壓閥觀察是否臟污，閥芯表面是否劃傷卡死在最小供油位置，若故障是逐漸緩慢出現(xiàn)，一般屬于行走系統(tǒng)零部件逐漸磨損或油液清潔度差造成的故障，若有漏油現(xiàn)象，可判定為變矩器故障，檢查機(jī)械油回油濾清器，看是否有鋁沫，由此可判斷變矩器內(nèi)故障為漏油還是零部件磨耗。

對(duì)于裝載機(jī)行走無(wú)力或舉升無(wú)力等故障可首先觀察變矩器，因?yàn)樽兙仄髟诠ぷ鳡顟B(tài)時(shí)，其內(nèi)部液壓油須保持充滿狀態(tài)，若油量不足，沖擊在變矩器內(nèi)渦輪葉片上的流量減少，產(chǎn)生的渦輪動(dòng)能減少，致使輸出的扭矩降低，使主從動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)無(wú)力或停止旋轉(zhuǎn)，檢查時(shí)脫開(kāi)變矩器至變速箱的回油（變矩器溢流）低壓膠管，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下回油管的溢流量。正常狀態(tài)下只有很少的流量，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高、變矩器減壓閥內(nèi)的溢流閥突然開(kāi)啟時(shí)流量會(huì)突然增大。如果發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)此流量也較大，則可判定變矩器內(nèi)的密封環(huán)嚴(yán)重磨損導(dǎo)致內(nèi)漏。若變矩器檢查無(wú)任何問(wèn)題，可觀察變矩器與變速箱的回油是否正常，如果回油量較少，說(shuō)明油管存在堵塞或者變速泵吸油能力降低；若以上均都正常，基本可以確定為行走泵存在故障，可考慮更換。

2）僅有某一個(gè)檔位行走不力，其他檔位正常工作。

裝載機(jī)能夠在其他檔位行走并能正常工作，說(shuō)明故障的出現(xiàn)是由這一個(gè)檔位導(dǎo)致的，由檔位造成的故障由離合器和變速箱故障造成，從而界定故障范圍。因?yàn)橹挥斜緳n位導(dǎo)致行車(chē)問(wèn)題，可判定該擋位離合器軸承蓋或尼龍?zhí)讎?yán)重磨損，或者該擋離合器內(nèi)外封環(huán)密封不良，密封不良致使油液從磨損部位大量泄露，從而造成控制油壓降低，離合器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

變速箱和離合器是裝載機(jī)機(jī)械動(dòng)作較為頻繁的位置之一，因此故障出現(xiàn)也較多，除此之外，空擋可自行前進(jìn)，倒檔不能行走的故障為離合器未能按操作命令結(jié)合和脫開(kāi)，當(dāng)離合器軸斷時(shí)裝載機(jī)會(huì)突然停止。隨著個(gè)人操作手法的不同，作業(yè)項(xiàng)目的區(qū)別，裝載機(jī)故障類(lèi)型各有不同，且形式多種多樣，但在掌握其原理及構(gòu)造的基礎(chǔ)上，對(duì)故障進(jìn)行分析，可迅速判斷出故障發(fā)生的位置，并進(jìn)一步判斷出故障來(lái)源。經(jīng)過(guò)總結(jié)，對(duì)于行走系列的故障，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的情況下一般故障發(fā)生在變矩器、離合器以及變速箱等位置，判斷方式可通過(guò)啟動(dòng)裝載機(jī)，觀察變矩器主從傳動(dòng)軸的的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，可識(shí)別是否為變矩器原因，進(jìn)而可判斷為變速器或者離合器故障，根據(jù)故障形式可判斷離合器為液壓油或者機(jī)械構(gòu)造的故障。

當(dāng)裝載機(jī)舉升或轉(zhuǎn)斗無(wú)力時(shí)，根據(jù)其舉升原理可界定范圍為液壓系統(tǒng)故障，而液壓系統(tǒng)的工作泵由變矩器驅(qū)動(dòng)，鏟斗的舉升由活塞桿的伸縮完成，因此故障出現(xiàn)在油液管路上，包括工作泵、分配閥和安全閥、操縱桿、活塞油缸等。對(duì)故障的分析首先從其工作原理上分析其出現(xiàn)的系列位置，進(jìn)一步根據(jù)具體情況將故障范圍縮小，進(jìn)一步排查。故障的判斷不僅依靠理論知識(shí)的掌握，同時(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。當(dāng)發(fā)現(xiàn)油溫過(guò)高時(shí)，基本判斷有機(jī)械部件相互磨損；當(dāng)發(fā)現(xiàn)舉升無(wú)力時(shí)，可首先考慮是否有漏油現(xiàn)象，當(dāng)油壓不足時(shí)，活塞桿就難以伸縮。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，可快速判斷故障原因出現(xiàn)的位置，有時(shí)需要簡(jiǎn)單的機(jī)械操作順利解決，如通過(guò)踩踏制動(dòng)放氣，有時(shí)需要拆檢機(jī)械構(gòu)件，通過(guò)合理的分析不僅能快速判斷故障位置，還可找到有效的解決辦法。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前工程建設(shè)項(xiàng)目遍地開(kāi)花，工程機(jī)械的使用將進(jìn)一步加大，作為工程機(jī)械的主要機(jī)種之一的裝載機(jī)在使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理并不是裝載機(jī)故障分析的真正目的，對(duì)故障的研究和分析在于早期發(fā)現(xiàn)故障，防患于未然，提前消除隱患，保證裝載機(jī)持續(xù)、恒久、安全的運(yùn)行。除此之外對(duì)裝載機(jī)的維修需要從以時(shí)間為基礎(chǔ)的定期維修方式轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢測(cè)維修制度，對(duì)裝載機(jī)故障進(jìn)行甄別和分析，可使得裝載機(jī)整體設(shè)計(jì)水平得到優(yōu)化，提高其運(yùn)行可靠性，防止裝載機(jī)事故的發(fā)生，保證裝載機(jī)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的提高。目前因工程建設(shè)力度大，工程機(jī)械用量大，進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的裝載機(jī)企業(yè)也琳瑯滿目，裝載機(jī)行業(yè)市場(chǎng)形成了一定的競(jìng)爭(zhēng)格局，國(guó)外工程機(jī)械的引入，在一定程度上促進(jìn)了中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的管理及質(zhì)量、技術(shù)、服務(wù)水平的提高，形成自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，因此開(kāi)展裝載機(jī)故障甄別與分析是不可或缺的一環(huán)。同時(shí)，為大量的裝載機(jī)故障處理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和良好的思路。