一種履帶式挖掘機(jī)行走異常的故障診斷及排除

玉有恩，韋會(huì)周

（1.廣西柳工機(jī)械股份有限公司挖掘機(jī)研究院，廣西 柳州545007；2.廣西柳工機(jī)械股份有限公司國際營銷事業(yè)部，廣西 柳州545007）

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障處理一直是個(gè)難題，服務(wù)人員接到故障信息后，往往根據(jù)自己的主觀判斷而在未進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)的情況下就對(duì)機(jī)器進(jìn)行拆檢。這種方法往往會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至?xí)驗(yàn)楹鷣y拆卸而污染了液壓系統(tǒng)，對(duì)原故障的修復(fù)適得其反。

筆者以自己檢修的一例挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)故障為例，闡述了故障診斷與排除的過程，總結(jié)了一種故障診斷及排除方法。

1 故障現(xiàn)象

下面是一種4噸級(jí)的挖掘機(jī)系統(tǒng)故障現(xiàn)象，其故障表現(xiàn)為：

（1）高速檔直線行走時(shí)速度慢，僅為3 km/h，但行走牽引力正常；

（2）直線行走過程進(jìn)行高速檔和低速檔切換時(shí)，整機(jī)行走速度無明顯變化，速度為3 km/h；

（3）以高速檔直線行走的同時(shí)，操作斗桿或動(dòng)臂或鏟斗，行走速度大大提升，約為4 km/h.

2 液壓系統(tǒng)及液壓元件介紹

該型號(hào)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于開中位節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，主要由泵總成、主控閥、行走馬達(dá)等元件組成，液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)原理圖

泵總成由一個(gè)先導(dǎo)泵和三個(gè)工作泵組成。三個(gè)工作泵中的兩個(gè)泵是排量為20.8 mL/r的變量柱塞泵，另一個(gè)是排量為16.8 mL/r的齒輪泵，泵的功率控制方式為總功率控制[1]，三個(gè)工作泵的出口壓力都參與兩個(gè)變量柱塞泵的排量調(diào)節(jié)，使泵總成的最高輸出功率近似恒定為16 kW.

主控閥為開中位旁通節(jié)流及進(jìn)油節(jié)流調(diào)速片式多路閥[2]，油路連接為串并聯(lián)方式。如圖1，P1回路中右行走閥片與其下游的閥片屬于串聯(lián)關(guān)系；動(dòng)臂閥片與鏟斗閥片屬于并聯(lián)關(guān)系。P2回路中左行走閥片與其下游的閥片屬于串聯(lián)關(guān)系，動(dòng)臂2閥片、斗桿閥片和附屬裝置閥片三者屬于并聯(lián)關(guān)系，動(dòng)臂2閥片用于把P2油液與P1油液合流后流進(jìn)到動(dòng)臂油缸。P3回路較為復(fù)雜，P3油液經(jīng)過直線行走閥片后，除了可供給于回轉(zhuǎn)馬達(dá)外，還可供給于附屬裝置和斗桿油缸；在直線行走閥桿處在下位工作的情況下，P3油液還可供給于動(dòng)臂油缸和鏟斗油缸。

直線行走閥的作用：當(dāng)進(jìn)行直線行走時(shí)P1、P2油液分別全部進(jìn)入右行走馬達(dá)和左行走馬達(dá)，不再被分配給下游的工作機(jī)構(gòu)。此時(shí)如果對(duì)動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、附屬裝置的任何一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，直線行走閥桿變?yōu)橄挛还ぷ?，P3油液可供給于相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。

附屬裝置閥桿的控制方式為機(jī)械式，其它工作機(jī)構(gòu)的閥桿控制方式為先導(dǎo)控制。

行走馬達(dá)為兩級(jí)排量馬達(dá)，大排量對(duì)應(yīng)整機(jī)行走慢速檔，最高車速約3 km/h；小排量對(duì)應(yīng)整機(jī)行走快速檔，最高車速約5 km/h.快速檔和低速檔的切換方式為司機(jī)手動(dòng)切換。

3 測(cè)試與分析

因?yàn)檎麢C(jī)故障的表現(xiàn)出現(xiàn)在行走系統(tǒng)，所以重點(diǎn)檢測(cè)、分析與行走液壓系統(tǒng)相關(guān)的項(xiàng)目。以下檢測(cè)及分析均處在泵轉(zhuǎn)速為2 200 r/min的情況下進(jìn)行。

（1）測(cè)試先導(dǎo)液壓系統(tǒng)壓力

測(cè)試先導(dǎo)液壓系統(tǒng)壓力的過程如下：

檢測(cè)先導(dǎo)泵出口壓力為3.2 MPa，正常→檢測(cè)行走先導(dǎo)二次壓力為3.2 MPa，正?！鷻z測(cè)行走馬達(dá)排量控制壓力為3.2 MPa，正常。

基于以上的測(cè)試過程，判斷出先導(dǎo)系統(tǒng)無故障。

（2）測(cè)試P1、P2工作液壓系統(tǒng)壓力

測(cè)試P1、P2工作液壓系統(tǒng)壓力的過程如下：

檢測(cè)P1、P2溢流壓力為24 MPa，正?！鷻z測(cè)低速直線行走時(shí)P1、P2壓力為5 MPa，正?！鷻z測(cè)高速直線行走時(shí)P1、P2壓力為8 MPa，正?！鷻z測(cè)單邊低速行走時(shí)P1（P2）壓力為20 MPa，正?！鷻z測(cè)單邊高速行走時(shí)P1（P2）壓力為24 MPa，正常。

基于以上測(cè)試過程，初步判斷P1、P2油路無故障。

（3）測(cè)試P3工作液壓系統(tǒng)壓力

測(cè)試P3工作液壓系統(tǒng)壓力的過程如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)檢測(cè)P3壓力為2 MPa，無明顯異?！本€行走時(shí)檢測(cè)P3壓力為10 MPa，異常，P3油路不參與行走液壓系統(tǒng)工作，應(yīng)無負(fù)荷空流回油箱→單邊右行走時(shí)檢測(cè)P3壓力為2 MPa，無明顯異?！鷨芜呑笮凶邥r(shí)檢測(cè)P3壓力為10 MPa，異常，P3油路不參與行走液壓系統(tǒng)工作，應(yīng)無負(fù)荷空流回油箱。

根據(jù)異常壓力值判斷左行走閥桿切換到工作位置時(shí)影響了P3的正常回路。

（4）分析及故障排除

經(jīng)過對(duì)圖1進(jìn)行分析，左行走閥桿與P3油路唯一有關(guān)聯(lián)的元件是直線行走閥，結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)，判斷為：當(dāng)進(jìn)行左行走操作時(shí)直線行走閥桿切換到了下位工作，導(dǎo)致P3回路在直線行走閥處被節(jié)流，P3有較大的壓力損失，壓力升高達(dá)10 MPa.直線行走閥桿切換到下位工作的條件是Pi3-1和Pi3-2的回路同時(shí)被切斷，根據(jù)圖1分析，當(dāng)單獨(dú)進(jìn)行左行走操作時(shí)Pi3-2回路確定已經(jīng)被切斷，如果以上判斷成立Pi3-1的回路也已經(jīng)被切斷。Pi3-1回路被切斷的條件是油路堵塞或附屬裝置閥桿、斗桿閥桿、動(dòng)臂閥桿、鏟斗閥桿的其中一根或多根閥桿處在工作位置。

至此初步判斷為Pi3-1油路堵塞或者附屬裝置閥桿、斗桿閥桿、動(dòng)臂閥桿、鏟斗閥桿在中位時(shí)其中一根或多根閥桿處在工作位置導(dǎo)致故障現(xiàn)象出現(xiàn)。由于油路堵塞不容易檢查，根據(jù)處理液壓系統(tǒng)故障由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則[3]，決定先檢查各閥桿的工作是否正常。

因此，分別對(duì)動(dòng)臂、斗桿、鏟斗進(jìn)行操作感受測(cè)試，所有工作裝置運(yùn)行過程無異常，判斷動(dòng)臂閥桿、斗桿閥桿、鏟斗閥桿無異常。附屬裝置的油路未安裝工作機(jī)構(gòu)無法進(jìn)行操作感受測(cè)試，因此直接對(duì)附屬裝置閥桿進(jìn)行檢查。

附屬裝置閥桿的控制方式為機(jī)械操作控制，通過軟軸把腳踏板與閥桿進(jìn)行連接，對(duì)腳踏板進(jìn)行踩踏以推拉附屬裝置閥桿進(jìn)行附屬裝置的操作。腳踏板機(jī)構(gòu)有中位鎖定銷，不對(duì)附屬裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作的情況下要求把中位鎖定銷卡入鎖定銷卡槽，防止誤操作（見圖2）。對(duì)附屬裝置閥桿連接機(jī)構(gòu)檢查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鎖定銷卡入鎖定銷卡槽時(shí)因連接機(jī)構(gòu)未調(diào)整好，導(dǎo)致此時(shí)附屬裝置閥桿已經(jīng)有一定的移動(dòng)量，導(dǎo)致附屬裝置閥桿中位時(shí)即已經(jīng)處在工作位置，Pi3-1回路已被切斷。經(jīng)過對(duì)連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新調(diào)整后所有故障消除。至此，故障原因已找出，證實(shí)了以上的判斷。

圖2 腳踏板機(jī)構(gòu)圖

4 結(jié)合故障原因分析故障現(xiàn)象

（1）整機(jī)以高速檔直線行走時(shí)速度慢，但行走牽引力正常

當(dāng)整機(jī)以高速檔進(jìn)行直線行走時(shí)P1、P2壓力為8 MPa.因?yàn)橐簤合到y(tǒng)存在故障導(dǎo)致直線行走閥下位工作，P3回路在直線行走閥處被節(jié)流導(dǎo)致壓力升高到10 MPa，消耗了大量的功率，經(jīng)計(jì)算消耗的功率約為6.5 kW.該泵為恒功率泵，泵總成很大一部分功率消耗在P3油路的直線行走閥節(jié)流口處；左、右行走馬達(dá)只是吸收了泵總成剩下的功率，約為9.5 kW，不能全部吸收泵總成功率，泵1、泵2排量下降較多，所以表現(xiàn)出來行走速度慢。

因?yàn)樾凶咭簤合到y(tǒng)最高壓力正常，行走馬達(dá)的最高輸出扭矩正常，所以行走牽引力正常。

（2）直線行走過程進(jìn)行高速檔和低速檔的切換，整機(jī)速度無明顯變化

由于故障的存在，整機(jī)以低速檔直線行走時(shí)泵總成6.5 kW的功率消耗在直線行走閥，P3壓力高，達(dá)10 MPa.因馬達(dá)排量大，P1、P2壓力低，僅為5 MPa，需要吸收的功率小，為7.6 kW，所以即使直線行走閥消耗了泵總成6.5 kW的功率，但對(duì)行走系統(tǒng)的功率吸收影響不大，泵1、泵2仍以最大排量運(yùn)行，整機(jī)行走速度無變化，以正常的低速行駛，速度為3 km/h.當(dāng)此時(shí)操作斗桿或動(dòng)臂或鏟斗，P3的液壓油通過直線行走閥的油道輸送到對(duì)應(yīng)工作機(jī)構(gòu)，P3的功率不再消耗于直線行走閥，而是消耗于工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)，工作機(jī)構(gòu)空運(yùn)行時(shí)負(fù)載不高，P3壓力約為5 MPa，消耗的功率較低，約為3 kW，大幅度小于單獨(dú)進(jìn)行高速檔直線行走時(shí)在直線行走閥的消耗量。P3功率消耗量減小的部分，被行走液壓系統(tǒng)吸收，所以當(dāng)整機(jī)以高速檔直線行走過程操作斗桿或動(dòng)臂或鏟斗，整機(jī)行走速度大幅度提升。