裝載機故障甄別與分析

王志華

（中鐵六局太原鐵路建設有限公司，山西 太原 030012）

引言

隨著社會基礎建設的迅速發展，工程建設的質量和進度成為項目評估的關鍵指標，施工隊伍的效率體現在機械化程度的高低，工程機械的出現不僅節省了勞動力，也大大提高了工程建設的速度，同時降低了工程建設的成本。

工程機械由動力系統、傳動系統以及液壓系統等組成。機械在工作過程中，長期的震動和磨損以及潤滑油等的損耗，使得這些具有一定使用壽命的機械存在不同程度的損壞，在使用過程中需要不斷地保養和檢修，對損壞的部位及時更換或修補才能延長機械的使用壽命。由于裝載機輕巧、靈活、操作簡單，成為工程機械主要機種之一，因此掌握裝載機工作原理和故障模式以及原因對裝載機的使用具有很大的幫助。

裝載機的發動機一般以柴油機為主，只有少數小型以及輕型裝載機配置汽油發動機，使用柴油發動機的優點是柴油機的壓縮比為14:1，最高可達25:1，因此作業效率高，更適合重型機械。柴油發動機有五大構成部分：曲柄連桿機構、配氣結構、燃油供給系統、潤滑系統和冷卻系統。

變矩器的主要功能是將發動機的扭矩進行放大，以便進行舉重操作。變矩器一端與發動機輸出轉速連接，一端與離合器輸入轉速連接。變矩器的基本元件有變速泵、泵輪、渦輪和導向輪，以液壓油為介質。基本原理為通過變速泵從油箱底殼中吸取液壓油，與發動機剛性連接的泵輪高速旋轉后帶動液壓油并延切向甩出沖向渦輪，由液壓油的沖力推動渦輪葉片旋轉，同時高速流出的油液沖擊在固定不動的導輪上，又增加了渦輪轉向推力，渦輪在兩種力的作用下實現轉動，變矩器完成了放大扭矩的功能，渦輪在變矩器內通過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，其基本構成主要是直徑不同的齒輪組合，是主要的傳動部件之一，以改變發動機和車輪之間的傳動比，實現裝載機速度力與發力之間的匹配。工作泵和水泵原理相似，通過旋轉將液壓油充到活塞油缸內推動活塞桿伸出和收縮，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現不同的功能。活塞油缸的功能主要是機械動作，通過活塞桿的伸縮實現裝載機的舉臂和轉斗以及轉向。

綜述裝載機的原理通過發動機提供動力，經過變矩器實現動力放大，再由工作泵和分配閥以及整個液壓系統實現裝載機的各項功能運行。

1 裝載機原理概述

裝載機具有行走、轉斗、舉臂等基本動作功能，由動力裝置、工作裝置和液力傳動系統裝置實現這些功能。通過底盤將各部分連為一體，并配備指揮系統以及電力系統。一臺裝載機具有的基本構件有發動機、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現了裝載機的行走和鏟運功能。

2 故障判斷方法與技術

裝載機故障的判斷，可根據裝載機工作的原理和經驗的累積進行直觀判斷，這種方法快速且有效，并且不影響施工進度安排，對于人為判斷難以消除的故障需要通過儀器和專業的診斷方法以及專家診斷。通過總結，對裝載機故障的判斷類型有以下幾種：

2.1 主觀診斷方法

這種方法主要依靠經驗的總結，不需要儀器，僅憑個人對常見故障的記憶，判斷故障位置所在。其優點是判斷速度快，恢復效率高；缺點是出現新故障時，無法判斷故障發生原因，并難以處理。

2.2 視覺診斷方法

視覺診斷主要是觀察裝載機各部位的情況，包括速度表、壓力表、溫度表等儀表數據，以及裝載機各部位的漏油情況，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，判斷發動機漏油情況，根據活塞伸縮速度判斷是否存在故障。

2.3 聽覺診斷

這一診斷方法主要是通過聽發動機的聲音，判斷發動機是否存在異常，以及聽各部件換向的沖擊聲、泄漏聲來確定系統噪聲、沖擊聲是否過大，以此來判斷裝載機是否存在故障。

2.4 觸覺判斷

觸覺判斷主要是通過觸摸，感覺裝載機的油溫、振動等來確定油溫是否過高，運行部件和油管有無振動，從而判斷裝載機有無故障。

2.5 基于信號處理的故障診斷方法

這種技術方法是一種科技手段，以動態測試和傳感技術為方法，通過處理所得信號，判斷裝載機故障類型及發生位置，這種診斷技術是在裝載機上安裝傳感器，收集裝載機工作狀態時各部位的參數，然后進行分析處理，其關鍵之處是對信號的處理，包括振動時域、頻域分析等。此方法雖然具有一定的科學性，但是不具有普遍性和推廣性，適合專業的售后服務，對于現場施工的工程機械而言，更適合人為主觀的判斷方法。當人的經驗與理論無法克服裝載機產生的故障時，本方法方可排上用場。

2.6 基于人工智能的診斷方法

這種診斷方法結合人與設備所長，所謂人工智能是指將裝載機故障的表征特點變化為一種編碼語言，即計算機系統可識別的語言，輸入到智能軟件中，這種軟件根據該研究領域內專家長期大量的實踐經驗和充分的理論研究推導規則，根據表征特點，快速推理出系統可能存在的故障。這個系統由知識庫、推理機、用戶接口、學習系統、推理解釋器和上下文（黑板）等組成，基于專家系統故障診斷的特點是利用專家的領域知識和經驗為故障診斷服務，但這種依賴于專家的領域知識獲取方法已逐漸成為專家系統研究開發中的瓶頸，目前專家系統的開發通常和其他診斷方法相結合，以提高系統診斷能力。

隨著社會科學的發展，裝載機故障的偵測手段除上述方法外還有基于神經網絡的故障診斷模型和基于模糊聚類信息融合的診斷模型兩大類。神經網絡的模型是將傳感器分布于裝載機的各個部位，通過采集各部位傳感器的數據進行一定的預處理，提取特征，對故障有模糊的初步結論，將每個部位的特征進行綜合，并考慮各部位故障對總故障的貢獻程度，進而判斷出故障根源所在。所謂模糊模型的診斷方法是對故障樣本中的特征參數進行融合分類的過程，其分析方法主要為基于模糊等價關系的動態聚類法。這兩種方法均是依據現代科學，編譯人工智能系統的方法模型，目的在于快速找出故障問題所在，缺點是忽視了領域專家的經驗知識，且判斷效果難以達到較高的可靠度。

每種診斷方法都具有一定的依據和優點，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，目前還處于開發研究階段，不具有實用性，隨著科技的進一步發展，裝載機故障甄別手段會越來越先進和智能，并且具有廣泛性和實用性。

3 故障類型及分析

裝載機內部結構是復雜和精細的，在使用過程中，一些不合理的操作方法以及過載超限物體、使用過程的保養維護以及裝載機制作材料使得裝載機在使用一段時間后會出現不同程度和不同類型的故障，通過對工作原理的掌握以及對故障的分析，可以在使用過程中迅速修復故障，恢復工作狀態，避免因機械故障導致施工作業的嚴重滯后。裝載機不同部位發生故障時，表現形式也各有不同。

3.1 裝載機的轉向、舉臂和轉斗

根據裝載機工作原理，轉向泵、工作泵、行走泵的驅動由變矩器齒輪驅動，若三項功能全部停止，表明3個泵不在工作狀態，由于3個泵同時不工作，可以判定是變矩器動力傳輸的問題，首先觀察變矩器是否有漏油或油溫過高等現象；若無這些現象，一般為發動機動力未傳輸到變矩器，故障發生在彈性連接板處，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部問題，液壓油出現嚴重泄漏，難以起到動力傳遞的作用；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。造成隔離閥桿切斷的原因是隔離閥桿氣控端沒有壓縮空氣的供應或者隔離閥桿本身的原因。

3.3 裝載機的行走

1）發動機正常，任一檔位行走無力基本處于不行走狀態。

發動機正常表明動力輸出正常，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液壓油油量是否足夠。方法是使發動機處于怠速狀態，觀察油位應在變速箱側面的油標中部，如看不到油面應補足油液，若故障為突然發生一般為減壓閥故障，通過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，一般屬于行走系統零部件逐漸磨損或油液清潔度差造成的故障，若有漏油現象，可判定為變矩器故障，檢查機械油回油濾清器，看是否有鋁沫，由此可判斷變矩器內故障為漏油還是零部件磨耗。

對于裝載機行走無力或舉升無力等故障可首先觀察變矩器，因為變矩器在工作狀態時，其內部液壓油須保持充滿狀態，若油量不足，沖擊在變矩器內渦輪葉片上的流量減少，產生的渦輪動能減少，致使輸出的扭矩降低，使主從動軸旋轉無力或停止旋轉，檢查時脫開變矩器至變速箱的回油（變矩器溢流）低壓膠管，觀察發動機怠速狀態下回油管的溢流量。正常狀態下只有很少的流量，隨著發動機轉速的升高、變矩器減壓閥內的溢流閥突然開啟時流量會突然增大。如果發動機怠速時此流量也較大，則可判定變矩器內的密封環嚴重磨損導致內漏。若變矩器檢查無任何問題，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）僅有某一個檔位行走不力，其他檔位正常工作。

裝載機能夠在其他檔位行走并能正常工作，說明故障的出現是由這一個檔位導致的，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。因為只有本檔位導致行車問題，可判定該擋位離合器軸承蓋或尼龍套嚴重磨損，或者該擋離合器內外封環密封不良，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，離合器出現打滑現象。

變速箱和離合器是裝載機機械動作較為頻繁的位置之一，因此故障出現也較多，除此之外，空擋可自行前進，倒檔不能行走的故障為離合器未能按操作命令結合和脫開，當離合器軸斷時裝載機會突然停止。隨著個人操作手法的不同，作業項目的區別，裝載機故障類型各有不同，且形式多種多樣，但在掌握其原理及構造的基礎上，對故障進行分析，可迅速判斷出故障發生的位置，并進一步判斷出故障來源。經過總結，對于行走系列的故障，在發動機正常的情況下一般故障發生在變矩器、離合器以及變速箱等位置，判斷方式可通過啟動裝載機，觀察變矩器主從傳動軸的的轉動情況，可識別是否為變矩器原因，進而可判斷為變速器或者離合器故障，根據故障形式可判斷離合器為液壓油或者機械構造的故障。

當裝載機舉升或轉斗無力時，根據其舉升原理可界定范圍為液壓系統故障，而液壓系統的工作泵由變矩器驅動，鏟斗的舉升由活塞桿的伸縮完成，因此故障出現在油液管路上，包括工作泵、分配閥和安全閥、操縱桿、活塞油缸等。對故障的分析首先從其工作原理上分析其出現的系列位置，進一步根據具體情況將故障范圍縮小，進一步排查。故障的判斷不僅依靠理論知識的掌握，同時與實踐相結合。當發現油溫過高時，基本判斷有機械部件相互磨損；當發現舉升無力時，可首先考慮是否有漏油現象，當油壓不足時，活塞桿就難以伸縮。通過經驗的不斷積累，可快速判斷故障原因出現的位置，有時需要簡單的機械操作順利解決，如通過踩踏制動放氣，有時需要拆檢機械構件，通過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 結語

當前工程建設項目遍地開花，工程機械的使用將進一步加大，作為工程機械的主要機種之一的裝載機在使用過程中難免會出現各種各樣的故障，發現故障并及時處理并不是裝載機故障分析的真正目的，對故障的研究和分析在于早期發現故障，防患于未然，提前消除隱患，保證裝載機持續、恒久、安全的運行。除此之外對裝載機的維修需要從以時間為基礎的定期維修方式轉換為以狀態為基礎的狀態檢測維修制度，對裝載機故障進行甄別和分析，可使得裝載機整體設計水平得到優化，提高其運行可靠性，防止裝載機事故的發生，保證裝載機的安全生產和經濟效益的提高。目前因工程建設力度大，工程機械用量大，進入中國市場的裝載機企業也琳瑯滿目，裝載機行業市場形成了一定的競爭格局，國外工程機械的引入，在一定程度上促進了中國裝載機行業的管理及質量、技術、服務水平的提高，形成自己的核心競爭力，因此開展裝載機故障甄別與分析是不可或缺的一環。同時，為大量的裝載機故障處理提供了寶貴的經驗和良好的思路。