一種單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的故障碼設(shè)計(jì)探討*

趙煥玲

(貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550023)

0 概述

液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械，在國(guó)家各種重大工程建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)是常見(jiàn)的工程機(jī)械設(shè)備，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及技術(shù)領(lǐng)域廣泛，在使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種不同的技術(shù)故障，影響工程進(jìn)度。為了滿足設(shè)備在發(fā)生故障后，能夠快速定位，排除故障的目的，通過(guò)對(duì)液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)設(shè)計(jì)典型故障碼，在設(shè)備出現(xiàn)故障后，能夠?qū)Φ湫凸收线M(jìn)行自行診斷并快速排除，達(dá)到機(jī)械控制、電氣控制和液壓等系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，縮短維護(hù)時(shí)間，降低維修成本。

1 單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

履帶式單斗液壓挖掘機(jī)為挖掘機(jī)的常用形式，主要包含工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助裝置等系統(tǒng)。單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)按比例縮小、改進(jìn)設(shè)計(jì)制作而成，取消整機(jī)行走裝置，保留工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺(tái)，主要由鏟斗、斗桿、動(dòng)臂及相關(guān)液壓系統(tǒng)等組成，裝有轉(zhuǎn)臺(tái)及液壓馬達(dá)，臺(tái)式結(jié)構(gòu)，控制操作于一體[1]，外形尺寸為1550 mm×650 mm×1800 mm，臺(tái)面采用冷軋鋼板經(jīng)噴塑、防腐處理，液壓站放置于液壓臺(tái)主柜內(nèi)。整體結(jié)構(gòu)緊湊協(xié)調(diào)，實(shí)用性強(qiáng)，單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)結(jié)構(gòu)組成及外形圖如圖1。

圖1 單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)結(jié)構(gòu)組成及外形圖

在工作過(guò)程中，單斗液壓挖掘機(jī)需要完成包含動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)、平臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走等動(dòng)作，在一個(gè)循環(huán)作業(yè)中可以組成復(fù)合動(dòng)作[2]。

2 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)“挖掘→提升、回轉(zhuǎn)→卸載”的自動(dòng)工作循環(huán)，和“挖掘→提升→回轉(zhuǎn)→卸載→自動(dòng)復(fù)位”單獨(dú)按鈕控制，其液壓原理圖如圖2所示。

1-過(guò)濾器；2-葉片泵；3-電動(dòng)機(jī)；4-安全溢流閥；5-壓力表；6，7，8，9-電磁換向閥；10-液壓馬達(dá)；11-回轉(zhuǎn)減速器；12，14，16-液壓缸；13-動(dòng)臂；15-斗桿；17-鏟斗。

關(guān)閉所有的故障開(kāi)關(guān)，打開(kāi)電源，按下啟動(dòng)鍵，調(diào)節(jié)溢流閥3～4 MPa，將切換按鈕調(diào)至“手動(dòng)”，此時(shí)即可用操縱桿控制挖掘機(jī)。

單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)其控制原理圖如圖3所示，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)動(dòng)作如下：

(1)鏟斗單獨(dú)伸出。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X0有輸入信號(hào)，輸出端Y0有輸出信號(hào)，電磁閥6右線圈得電動(dòng)作，右位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥6的A口→液壓缸16的有桿腔→鏟斗伸出，液壓缸16的無(wú)桿腔→電磁換向閥6的B口→油箱。

(2)鏟斗單獨(dú)收回。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X1有輸入信號(hào)，輸出端Y1有輸出信號(hào)，電磁閥6左線圈得電動(dòng)作，左位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥6的B口→液壓缸16的無(wú)桿腔→鏟斗收回，液壓缸16的有桿腔→電磁換向閥6的A口→油箱。

(3)斗臂單獨(dú)伸出。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X2有輸入信號(hào)，輸出端Y2有輸出信號(hào)，電磁閥7右線圈得電動(dòng)作，右位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥7的A口→液壓缸14的有桿腔→斗臂伸出，液壓缸14的無(wú)桿腔→電磁換向閥7的B口→油箱。

(4)斗臂單獨(dú)收回。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X3有輸入信號(hào)，輸出端Y3有輸出信號(hào)，電磁閥7左線圈得電動(dòng)作，左位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥7的B口→液壓缸14的無(wú)桿腔→斗臂收回，液壓缸14的有桿腔→電磁換向閥7的A口—油箱。

(5)動(dòng)臂單獨(dú)提升。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X4有輸入信號(hào)，輸出端Y4有輸出信號(hào)，電磁閥9右線圈得電動(dòng)作，右位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥9的A口→液壓缸12的無(wú)桿腔→動(dòng)臂伸出，液壓缸12的有桿腔→電磁換向閥9的B口—油箱。

(6)動(dòng)臂單獨(dú)下降。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X5有輸入信號(hào)，輸出端Y5有輸出信號(hào)，電磁閥9左線圈得電動(dòng)作，左位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥9的B口→液壓缸12的有桿腔→動(dòng)臂下降，液壓缸12的無(wú)桿腔→電磁換向閥9的A口→油箱。

(7)右旋。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X7有輸入信號(hào)，輸出端Y7有輸出信號(hào)，電磁閥8右線圈得電動(dòng)作，右位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥8的A口→液壓馬達(dá)→電磁換向閥8的B口→油箱。

(8)左旋。扳動(dòng)操縱桿，PLC輸入端X6有輸入信號(hào)，輸出端Y6有輸出信號(hào)，電磁閥8左線圈得電動(dòng)作，左位接入系統(tǒng)，此時(shí)油路走向?yàn)椋河拖洹^(guò)濾器→變量泵→溢流閥4→電磁換向閥8的B口→液壓馬達(dá)→電磁換向閥8的A口→油箱。

電磁換向閥7控制液壓缸14控制拖動(dòng)斗桿15運(yùn)動(dòng)，電磁換向閥9控制液壓缸12控制動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，電磁換向閥8控制馬達(dá)，通過(guò)回轉(zhuǎn)減速器11帶動(dòng)整個(gè)駕駛室回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)臺(tái)采用三相AC380V 50Hz電源，電氣控制采用直流24V電源，可編程序控制器(PLC)電氣控制方式[3]，機(jī)-電-液一體化控制，具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式。PLC是液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)電器控制系統(tǒng)核心模塊，采用的三菱PLC FX3SA-20MR模塊，I/O輸出8點(diǎn)，輸入12點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)臺(tái)遙感、位置開(kāi)關(guān)等操作控制信號(hào)與PLC輸入端相連，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)有效的控制， PLC控制原理圖如圖3，電氣控制原理圖如圖4。

圖3 PLC控制原理圖

圖4 電氣控制原理圖

通過(guò)可編程序控制器(PLC)指令編程、梯形圖編程，與計(jì)算機(jī)的通訊、在線調(diào)試，優(yōu)化挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)控制。同時(shí)，通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)的連接，PC機(jī)端演示實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程，利用PLC軟件編程，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)工作過(guò)程，PLC軟件編程見(jiàn)圖5。

圖5 三菱FX3SA-20MR PLC軟件編程

4 電氣控制系統(tǒng)故障碼設(shè)計(jì)

針對(duì)液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)置故障碼為K1～K10的電源、泵啟動(dòng)等10種典型故障[4]，通過(guò)故障碼對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)控制故障出現(xiàn)、關(guān)閉。具體故障碼設(shè)置如下：

1)故障碼K1：交流電源故障

設(shè)置在急停之后泵停止按鈕之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，三相缺一相，導(dǎo)致相序保護(hù)器不啟動(dòng)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)斷電，交流電發(fā)生故障，PLC無(wú)電源，DC24V電源故障，故障指示燈也會(huì)熄滅。泵站無(wú)法正常啟動(dòng)。

2)故障碼K2：直流電源故障

設(shè)置在急停(交流電源故障)之后，直流電源之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC無(wú)交流電源，DC24V直流電源無(wú)電，失去220V電源來(lái)源，所以故障指示燈也會(huì)熄滅。泵站正常啟動(dòng)。

3)故障碼K3：泵啟動(dòng)故障1

設(shè)置在泵停止按鈕之后，泵啟動(dòng)按鈕之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC工作正常，DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站無(wú)法正常啟動(dòng)。

4)故障碼K4：泵啟動(dòng)故障2

設(shè)置在泵停止按鈕(泵啟動(dòng)故障1)之后，泵自鎖之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC工作正常，DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠點(diǎn)動(dòng)，無(wú)法正常啟動(dòng)。

5)故障碼K5 ：PLC輸入故障

設(shè)置在DC24V輸出之后，PLC輸出公共端S/S之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC無(wú)輸入，DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)[5]。

6)故障碼K6：PLC輸出故障

設(shè)置在DC24V輸出之后，PLC輸出公共端COM之前，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC輸入正常，PLC無(wú)輸出，DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)。

7)故障碼K7：鏟斗故障

設(shè)置在PLC輸出Y1之后，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC輸入正常，PLC輸出Y1故障，鏟斗無(wú)法正常工作。DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)。

8)故障碼K8：回旋故障

設(shè)置在PLC輸出Y7之后，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC輸入正常，PLC輸出Y7故障，回旋馬達(dá)無(wú)法正常工作。DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)。

9)故障碼K9：斗桿故障

設(shè)置在PLC輸出Y3之后，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC輸入正常，PLC輸出Y3故障，斗桿無(wú)法正常工作。DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)。

10)故障碼K10：泵站故障

設(shè)置在PLC輸出Y5之后，打開(kāi)此撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)交流電正常，PLC輸入正常，PLC輸出Y5故障，動(dòng)臂無(wú)法正常工作。DC24V電源正常，對(duì)應(yīng)故障指示燈點(diǎn)亮。泵站能夠正常啟動(dòng)。

5 單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)應(yīng)用

通過(guò)貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院精品開(kāi)放課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并通過(guò)校企合作進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)，同時(shí)與昆山同創(chuàng)科教有限公司合作研制生產(chǎn)一臺(tái)帶有故障碼的液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)，如圖6。

圖6 單斗液壓挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

該實(shí)訓(xùn)臺(tái)能夠完成單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)動(dòng)作以及機(jī)-電-液一體控制實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)，分析液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與液壓控制系統(tǒng)原理，通過(guò)PLC軟件仿真并上傳PLC控制板，并進(jìn)行單斗液壓挖掘機(jī)演示控制。同時(shí)，通過(guò)選擇設(shè)定的典型故障碼，對(duì)單斗液壓挖掘機(jī)在工作過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)典型故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，便于故障分析、排除、維護(hù)和保養(yǎng)。

6 后續(xù)

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)僅設(shè)置故障碼K1～K10等典型故障，為了滿足工程實(shí)踐需要，可以通過(guò)PLC軟件對(duì)故障碼進(jìn)行設(shè)置，完善實(shí)訓(xùn)臺(tái)故障碼的擴(kuò)展模塊功能。