裝載機怠速提升動臂抖動故障的分析與解決

周進平，雷 念，王 允，韋茂志

（廣西柳工機械股份有限公司 裝載機研究院，廣西 柳州 545005）

0 引言

工程機械是國家建設的主要設備，裝載機作為其中一員已廣泛應用于礦山、公路、鐵路、港口、機場、房地產及其他公共設施的建設[1]。裝載機發揮作用主要依靠其工作裝置，而工作裝置的工作穩定性又與液壓系統的穩定性有著直接關系[2]。轉載機怠速提升動臂的過程中發生抖動，將影響整機的穩定性和用戶體驗，長時間積累可能對整機的結構件造成疲勞破壞、對螺栓等緊固件的使用狀況造成不良影響。本文以某型裝載機樣機故障為例，對出現問題的裝載機進行故障排查和理論分析，從而解決問題。

1 工作原理

該裝載機工作液壓系統屬于定量合流系統，主要由工作液壓系統和轉向液壓系統組成，如圖1所示。

圖1 液壓系統原理

工作泵和轉向泵作為動力元件主要向液壓系統中的油缸提供壓力油[2]。因為該系統是一個定量合流系統，因此當司機不轉向的時候，無論是工作泵還是轉向泵的油都會直接供給工作液壓系統，即工作泵和轉向泵都將壓力油供給分配閥。同理，當司機操縱方向盤使整機轉向的時候，此時的工作泵給工作液壓系統供油，轉向泵給轉向系統供油，此時的兩個系統分別獨立供油，這是合流系統最大的一個特征。

2 故障現象及原因分析

據司機反饋，某新開發的裝載機樣機在怠速狀態下提升動臂，提升過程整機會發生劇烈的抖動，當在提升動臂的過程中轉動方向盤，抖動便會消除。

根據司機反饋的故障現象和該機型工作原理分析：動臂在怠速提升的過程中發生抖動的原因可能是：液壓系統某處出現故障，導致流入到動臂油缸大腔的油量變化很大，在動臂油缸舉升的過程中，即動臂油缸活塞桿在拉伸過程中，活塞桿的行程速度瞬間變化很大而且交替變化。活塞桿瞬間移動速度忽快忽慢，由慢到快的過程產生瞬間沖擊產生劇烈震動。可以從以下可能原因進行分析及排查：

A.液壓油箱內的油量不夠，齒輪泵吸油過程斷續不連貫[3]。

B.液壓油含有大量的氣泡或發黑，嚴重變質，喪失應有的黏度。

C.齒輪泵發生磨損或內漏，造成其輸出的液壓油流量不穩定。

D.分配閥的動臂聯彈簧不穩定，通過動臂油缸的液壓油斷續不連貫；先導閥的供油壓力不穩定，推動分配閥動臂聯閥桿竄動。

E.卸荷閥的安全壓力低于設定值，在怠速提升的時候，處于卸荷的臨界點，導致抖動。

F.優先閥桿在高壓油及彈簧力作用下會發生竄動，導致轉向泵輸出液壓油合流過程中不穩定。

G.從轉向泵到合流法蘭之間的管路存在堵塞物，導致流量供油不穩定。

3 故障排查

針對以上分析及排查方案，采用由簡到繁，由表及里的方法逐一排查，步驟有：

（1）觀察液壓油箱的液位計，發現液壓油處于油箱液位計中位偏上，符合理論加注量，因此判斷液壓油足夠，并不是產生故障的2對，排除掉2對A同時觀察液壓油的顏色，液壓油呈現為正常的黃色并未發黑，判定為液壓油品質良好，排除掉2對B。

（2）檢測卸荷壓力，將量程為0～25 MPa的壓力表連接到測壓點，然后啟動整機，怠速下測得卸荷壓力符合設計值，也就并不會出現2對E中提到的故障現象，因此也排除掉2對E。

同時，嘗試將卸荷閥壓力逐漸調低，直到壓力低至3 MPa的時候，發現怠速提升動臂過程中，整機不再發生抖動。3 MPa是一個卸荷壓力臨界點，怠速下的轉向泵供油卸荷了，不為工作液壓系統供油，即轉向系統供油并不合流。同時結合司機的反饋信息：怠速提升動臂的同時打轉向，抖動也會消除。我們分析認為當系統實現合流的時候，抖動便會發生，當系統不合流的時候，抖動便會消除。為證實分析，我們將卸荷壓力調高至5 MPa，如圖2所示。

同時滿載荷怠速提升動臂，發現此時也不會發生抖動。因為當卸荷壓力調至5 MPa的時候，滿載荷怠速提升動臂，此時轉向泵的供油已經實現卸荷了，即并不合流至工作液壓系統。通過驗證，我們認為系統故障發生在轉向液壓系統，與工作液壓系統無關，因此我們很快排除掉2對D并且也不再排查與工作液壓系統有關的液壓元件及管路。

（3）排查優先閥，因為如果優先閥閥桿在系統合流過程中發生頻繁竄動，勢必會影響合流過程中轉向泵供油的穩定性。拆卸了流量放大閥中的優先閥桿并觀察清洗，如圖2所示。

圖2 清洗優先閥

把閥桿裝回原處啟動機器測試，發現抖動仍然存在。于是將優先閥桿拆卸下來，取出里面的彈簧并使用墊片墊在閥體和閥桿之間，使閥桿徹底失去活動性而又不影響其合流特性，將優先閥桿裝回原處再啟動整機測試，發現抖動依舊存在，因此排除掉優先閥，即排除掉2對F。

（4）將液壓油箱內的壓力卸掉，并將液壓油放掉存儲起來，然后將轉向泵拆卸下來，仔細觀察轉向泵泵齒，發現其主動軸的齒片已經磨損掉一大片，如圖3所示。

圖3 轉向泵泵齒損壞

我們推斷認為轉向泵泵齒損壞極大可能是故障根源，因為泵齒損壞，在怠速下提動臂，轉向泵提供液壓油的壓力不足，造成流量放大閥中的優先閥的EF口處于開啟與閉合相互變化的臨界點，那么合流去工作液壓系統的液壓油便會斷續，與前面的分析相吻合。為佐證推測，取出液壓油箱回油濾芯，觀察到濾芯內確實存在一些鐵屑，如圖4所示。這些鐵屑很有可能是泵齒損壞后，隨著液壓系統存留在濾芯內的。

圖4 濾筒內的鐵塊

基于上述推測，我們更換了轉向泵，然后將液壓油重新加注，并將卸荷壓力調至設計值，最后啟動整機后怠速再次提升動臂，發現抖動已經不再出現，機器工作恢復正常。同時遣返故障齒輪泵，協同供方進行原因分析，避免再次出現類似故障或質量問題。

4 結語

液壓系統出現故障的根本原因是：壓力和流量二者之一達不到系統的要求[3]。一旦機器出現與液壓系統相關的故障，需結合故障現象和液壓系統的工作原理，有邏輯性和判斷性的進行原因分析和故障排查，才能準確而又高效的處理問題。

以上處理抖動問題的分析和排查過程嚴密結合故障現象和液壓系統工作原理，因此才能順利找到故障根源，避免不必要的測試和排查，對后續服務工作者在處理類似問題時具有很好的借鑒和參考意義。