ZG3225LC-9C挖掘機液壓系統同步排氣法的應用

一、ZG3225LC-9C挖掘機液壓系統存在的問題及分析

1.ZG3225LC-9C挖掘機液壓系統存在的問題

2008年6月，常林股份公司推出了ZG3225LC-9C型液壓挖掘機。我們對2008年7月至2008年12月期間出廠的221臺整機就故障率進行了用戶回訪統計。統計結果顯示，ZG3225LC-9C液壓挖掘機平均使用5350小時后，液壓系統的效率明顯下降（具體表現為挖掘力明顯下降，經測壓，壓力達不到系統設計壓力）。由于液壓系統主要元器件的單價較高，其使用壽命過短造成挖掘機的使用成本過高，直接影響到市場對ZG3225LC-9C型液壓挖掘機的認可度。為此，我們在專家組的指導下制定了重點解決ZG3225LC-9C液壓挖掘機液壓系統效率下降問題的工作計劃。

2.問題分析

首先，我們隨機調用一臺未出廠且通過調試的挖掘機進行了連續150小時的工作試驗。試驗之前，利用傳統排氣方法對液壓泵、馬達及油缸進行了充分的排氣。試驗結果主要反映出三方面問題。

（1）ZG3225LC-9C液壓挖掘機油溫偏高，大負荷工作時，液壓油油溫高于95℃，有時甚至高達100℃。

（2）液壓系統噪聲偏大。

（3）對從液壓油箱中抽出的液壓油進行試紙試驗，發現液壓油的品質已經下降。

針對上述三方面問題，我們通過對液壓油散熱器供應商提供的ZG3225LC-9C型液壓挖掘機散熱器及液壓油箱的散熱功率計算分析，認為ZG3225LC-9C型液壓挖掘機現有的散熱系統完全滿足液壓系統的散熱需求。根據理論計算，當外部環境溫度為40℃時，系統正常熱平衡溫度為80℃。ZG3225LC-9C液壓挖掘機采用國際著名品牌的工作泵、行走及回轉馬達、主閥。這些挖掘機液壓元器件普遍為各挖掘機生產商使用，因此，這些液壓元器件本身的質量應該是可靠的。常林股份公司ZG3225LC-9C液壓挖掘機使用的液壓油為美孚抗磨液壓油，其質量是有保證的。我們分析后認為，挖掘機工作環境惡劣，可能由于工作泵在工作過程中的吸空現象，及外界環境的污染物通過油箱蓋進入油箱，從而導致工作泵和行走馬達的柱塞磨損及氣蝕，進而造成容積效率下降，功率損耗增加，導致系統發熱量增加及系統噪聲加大，最終導致系統使用壽命降低。

3.問題驗證

為了驗證上述分析結論，決定對ZG3225LC-9C液壓挖掘機上更換下來的工作泵進行拆解驗證。通過拆解，發現工作泵柱塞缸體的磨損及氣蝕情況非常嚴重（見圖1、圖2、圖3）。

標準孔直徑31.21mm，磨損的孔直徑31.33mm。

4.解決措施

ZG3225LC-9C型液壓挖掘機泵、閥、馬達及管路已充分進行了排氣處理，所加注的液壓油已進行二次過濾，造成液壓系統油品污染及系統空氣含量高，導致液壓系統噪聲大。使用壽命低，是由于液壓油箱在挖掘機工作過程中吸入雜質及液壓油箱負壓，工作泵吸油不充分造成的。具體解決措施如下：

（1）在液壓油箱的設計上采用同步排氣法，安裝同步排氣的裝置。

（2）同步排氣裝置上安裝集成空氣過濾器，充分過濾進入液壓油箱的外部空氣。

二、同步排氣法的運用

1.同步排氣裝置的結構及安裝

同步排氣裝置通常安裝在液壓油箱上（圖4），一般由空氣過濾芯、進氣單向閥、排氣單向閥、加油過濾網四部分構成（圖5），與油箱的連接方式有法蘭連接和螺紋連接兩種。

1—蓋形螺母 2—墊片a 3—六角螺母 4—墊片b 5—殼子

6—濾芯 7—底盤ASS’Y(包括進氣單向閥、排氣單向閥、加油過濾網）

8—法蘭盤ASS’Y(加油過濾網)

2.同步排氣裝置的基本原理

圖6中，A部分為同步排氣裝置的工作原理圖。當液壓系統中回到液壓油箱的液壓油體積大于液壓油泵在相同時間內從油箱吸油體積時，油箱內部形成正壓力，當壓力超過0.3公斤時，油箱內空氣從同步排氣裝置的排氣單向閥中排出。系統初啟動時，油箱液面下降，液壓油箱上同步排氣裝置的進氣單向閥開啟，保證油箱與大氣相通，減小吸油阻力。通過安裝液壓油箱同步排氣裝置，系統正常工作時保持液壓油箱0.3公斤背壓，有利于減小吸油阻力，從而避免液壓系統中工作泵的吸空。同時，由于同步排氣裝置中設置了空氣過濾及加油過濾網，這樣就保證了外界環境中的污染物不能進入油箱。

3.同步排氣裝置的設計原則

一般情況下，同步排氣裝置在工作時，空氣流速越低，抗污染過濾能力及液壓油箱背壓的保證就越好。故在設計時，空氣流量應為油泵排量的1.5倍左右。如果空氣流量小于油泵排量的1.5倍，液壓油箱中的空氣將不能及時與外界空氣進行交換，導致液壓油箱油溫升高，油箱內形成油氣。當液壓系統中回到液壓油箱的液壓油體積大于液壓油泵在相同時間內的從油箱吸油體積時，油箱內部形成正壓力，當壓力超過0.3公斤時，油氣會從排氣單向閥中排出，排除的油氣冷卻附著在液壓油箱上，不但對環境造成了污染，而且遇到火源時還容易著火，引起安全事故。

對于工程機械、車輛、移動機械，以及需要具有壓力的液壓系統，可采用帶預壓空氣的同步排氣裝置。常林股份公司ZG3225LC-9C液壓挖掘機采用的同步排氣裝置中的單向閥能保持油箱的預定壓力，同時提高了油泵的吸入性能，維持油箱內液體平衡，避免了油箱內液體因震蕩或擺動而產生工作泵的吸空等問題，從而延長了挖掘機液壓系統的使用壽命。

4.維護與保養

同步排氣裝置同樣需要定期維護與保養，否則會引起一些意想不到的故障，如油溫升高、工作泵吸空等現象。在使用一定的時間后，濾芯上逐漸黏上塵埃，因而使空氣阻力增加。當阻塞面積過大時，可采用反吹法減小空氣阻力。如果嚴重時，需更換濾芯。常林股份公司ZG3225LC-9C液壓挖掘機采用的同步排氣裝置使用法蘭連接，并帶有保險鏈以預防跌落和丟失。具體參數為：過濾精度40μm、加油網直徑38mm、長100mm、空氣預壓0.35bar，1bar=105Pa。

三、安裝同步排氣裝置的挖掘機試驗跟蹤調查

1.安裝同步排氣裝置挖掘機液壓系統油溫測試

雖然所測液壓油溫超過理論油溫平衡點80℃，專家組經過分析認為這是由于環境溫度、系統本身元器件節流以及理論計算與實際情況有偏差等因素造成的，且液壓油溫仍然處于正常范圍，所以挖掘機完全可以正常工作。

2.安裝同步排氣裝置挖掘機市場跟蹤

根據對2010年3月至2010年4月期間出廠的152臺ZG3225LC-9C型液壓挖掘機（安裝了同步排氣裝置）用戶回訪的統計，其挖掘機平均使用6923小時后，液壓系統的效率才出現明顯下降，比未安裝同步排氣裝置的挖掘機平均增加了1573小時。

四、結論

通過對改進后的常林股份公司ZG3225LC-9C液壓挖掘機進行試驗及后期出廠產品的跟蹤調查，在液壓油箱上安裝使用同步排氣裝置可明顯降低液壓系統油泵的吸空現象，降低工作液壓油受污染程度，進而減小了系統噪聲，延長了液壓系統使用壽命，證明了同步排氣裝置的有效性。目前，常林股份公司已經在壓路機和平地機上推廣使用同步排氣裝置。

另外，在跟蹤調查過程中也發現，同步排氣裝置的維護與保養非常重要，如果不注意維護保養，同步排氣裝置的使用效果就會明顯下降。

（作者單位：周小偉，江蘇省常州技師學院；

黃紅武，常州林業機械股份有限公司）