輪式裝載機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)原理和常見故障分析

柳 威，王 一，趙清晴

（煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司，山東煙臺(tái) 264001）

0 引言

目前常見的輪式裝載機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩類：①氣—液制動(dòng)系統(tǒng)，常見于國(guó)產(chǎn)小噸位裝載機(jī)，例如臨工、雷沃、山工等5 t 以下裝載機(jī)；②全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)，常見于進(jìn)口大噸位裝載機(jī)，例如沃爾沃、卡特等7.5 t 以上裝載機(jī)[1]。

1 氣—液制動(dòng)系統(tǒng)工作原理和常見故障

1.1 工作原理

氣—液制動(dòng)系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、腳制動(dòng)閥、加力泵、車橋制動(dòng)器、安全閥等部件組成。目前國(guó)內(nèi)小噸位裝載機(jī)普遍采用氣—液制動(dòng)，只是在駐車制動(dòng)方式和系統(tǒng)管路布局上略有不同，但基本工作原理都是一致的（圖1）。

圖1 氣—液制動(dòng)系統(tǒng)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)工作，將空氣壓縮加壓，經(jīng)油水分離器干燥后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。油水分離器組合閥裝有泄壓閥，泄壓值一般在0.6～0.8 MPa。當(dāng)儲(chǔ)氣罐中氣體壓力超過泄壓值時(shí)，泄壓閥打開進(jìn)行泄壓，以維持制動(dòng)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定[2]。當(dāng)駕駛員踩下腳制動(dòng)閥時(shí)，壓縮空氣由儲(chǔ)氣罐進(jìn)入前后車橋的加力泵，高壓氣體推動(dòng)加力泵一端的氣室活塞運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)另一端的液壓總泵活塞運(yùn)動(dòng)，輸出高壓制動(dòng)液推動(dòng)車橋制動(dòng)器的活塞，將制動(dòng)片壓緊在制動(dòng)盤上，實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)。當(dāng)司機(jī)松開腳制動(dòng)閥時(shí)，氣路斷開，加力泵氣室在回位彈簧的作用下，使氣室活塞、總泵活塞歸位，車橋制動(dòng)器的剎車油回到加力泵油杯，摩擦片和制動(dòng)盤分離，制動(dòng)終止。

在氣—液制動(dòng)系統(tǒng)中常見的駐車制動(dòng)主要有鉗式制動(dòng)和鼓式制動(dòng)兩種形式，其工作原理都是通過將變速箱輸出軸抱死，以禁止其轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)。當(dāng)裝載機(jī)熄火停車后，駕駛員提起駐車制動(dòng)閥，儲(chǔ)氣罐中高壓氣體通過加力泵將制動(dòng)鉗與制動(dòng)盤夾緊，或者通過氣缸將制動(dòng)蹄撐開與制動(dòng)鼓貼合，使傳動(dòng)軸無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.2 常見故障分析

氣—液制動(dòng)系統(tǒng)故障可分為氣路故障和油路故障，無論哪種故障都會(huì)影響裝載機(jī)的制動(dòng)性能。司機(jī)在出車作業(yè)前，必須對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)氣壓、剎車油進(jìn)行檢查，并測(cè)試車輛的制動(dòng)性能，確認(rèn)制動(dòng)系統(tǒng)正常后方能出車作業(yè)。

1.2.1 氣路故障

（1）各支路氣管、接頭漏氣：氣管、接頭長(zhǎng)期工作正常磨損會(huì)導(dǎo)致漏氣，此外，支路氣管線路安排不合理，氣管與其他部件接觸磨蹭同樣會(huì)導(dǎo)致氣管磨損漏氣。

（2）各氣路零部件漏氣：油水分離器（空氣干燥罐）、腳制動(dòng)閥長(zhǎng)期工作正常磨損后，也會(huì)造成漏氣，導(dǎo)致氣壓不足。

（3）氣管堵塞：在冬季氣溫較低的情況下，儲(chǔ)氣罐排水不及時(shí)，會(huì)使水流入氣管結(jié)凍，堵塞氣管，導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐有壓力情況下車橋無法制動(dòng)。因此，入冬前設(shè)備管理人員必須及時(shí)安排裝載機(jī)檢修或者更換干燥罐，以確保水汽能完全過濾，同時(shí)定期對(duì)儲(chǔ)氣罐排水檢查，以保證行車安全。

（4）空氣壓縮機(jī)損壞：空壓機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，氣泵內(nèi)閥片、活塞環(huán)會(huì)出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致氣泵工作不良。此外，空濾清潔不及時(shí)、進(jìn)氣管漏氣、機(jī)油不及時(shí)保養(yǎng)、更換，都會(huì)加劇氣泵活塞的磨損，降低氣泵工作壽命。

（5）加力泵氣室故障：氣室最常見損壞部位是活塞以及密封圈，剎車頻繁或駕駛員野蠻操作會(huì)導(dǎo)致密封圈磨損、活塞變形，導(dǎo)致剎車不良。此外，氣室彈簧疲勞斷裂會(huì)導(dǎo)致在氣壓、剎車油正常的情況下制動(dòng)完全失靈。

1.2.2 油路故障

（1）剎車油不足：剎車油管破裂、接頭或油杯漏油都會(huì)導(dǎo)致剎車油不足，需要及時(shí)維修或添加。剎車油儲(chǔ)存在加力泵剎車油杯中，油杯一般為半透明塑料材料，并標(biāo)有最低和最高液位線。駕駛員在每次出車前都需要對(duì)剎車油液位進(jìn)行檢查，以確保制動(dòng)系統(tǒng)正常。

（2）加力泵液壓總泵故障：液壓總泵腔體磨損、回油閥、出油閥損壞會(huì)導(dǎo)致液壓總泵失效。總泵活塞磨損會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)，液壓總泵內(nèi)剎車油進(jìn)入氣室。長(zhǎng)期密封不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致剎車油不足，液壓總泵銹蝕失效。

（3）車橋制動(dòng)器漲剎車：加力泵總泵使用時(shí)間過長(zhǎng)，液壓泵閥芯、彈簧不回位、泵腔銹蝕，都會(huì)造成前橋或者后橋兩輪漲剎車。同時(shí)，如果車橋制動(dòng)器活塞的防塵圈破損，灰塵雜質(zhì)等會(huì)侵入沉積，導(dǎo)致活塞卡滯，車輪出現(xiàn)漲剎車的情況。如果長(zhǎng)時(shí)間不用，制動(dòng)器活塞受到雨雪侵蝕，也會(huì)出現(xiàn)銹蝕卡滯的情況，導(dǎo)致車輪漲剎車。所以對(duì)于氣—液制動(dòng)系統(tǒng)的裝載機(jī)，如果長(zhǎng)時(shí)間不使用，建議對(duì)車輛遮蓋封存，減少雨雪對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)部件的侵蝕，同時(shí)也要定期對(duì)車輛進(jìn)行發(fā)動(dòng)跑車，防止車橋制動(dòng)器活塞銹蝕卡滯，導(dǎo)致出現(xiàn)漲剎車。

2 全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)工作原理和常見故障

2.1 工作原理

裝載機(jī)全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)通常包含制動(dòng)液壓泵、蓄能器、制動(dòng)閥、車橋制動(dòng)器、駐車制動(dòng)器、制動(dòng)管路、各類傳感器和電磁閥等部件。蓄能器主要有氣囊式、隔膜式和活塞式三種形式，其作用都是儲(chǔ)存液壓油壓力，以供制動(dòng)時(shí)使用。全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)一般采用雙單向回路設(shè)計(jì)，兩條制動(dòng)回路相互獨(dú)立互不干擾，當(dāng)其中一條制動(dòng)回路出現(xiàn)故障失效時(shí)，另一條制動(dòng)回路可以仍維持正常工作。其系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)液壓泵輸出的液壓油經(jīng)過充液閥控制，以穩(wěn)定的流量向蓄能器充壓。當(dāng)蓄能器中的壓力達(dá)到上限時(shí)，充壓停止，此時(shí)制動(dòng)液壓泵的出油主要在液壓系統(tǒng)循環(huán)散熱。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)閥閥芯移動(dòng)，蓄能器進(jìn)行壓力釋放，高壓液壓油經(jīng)制動(dòng)閥進(jìn)入前后橋濕式制動(dòng)器，壓緊制動(dòng)片，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在制動(dòng)過程中蓄能器中的高壓液壓油被消耗。當(dāng)蓄能器壓力低于設(shè)定值時(shí)，充液閥控制制動(dòng)系統(tǒng)以設(shè)定流量進(jìn)行充壓，從而形成充壓、制動(dòng)、充壓的循環(huán)往復(fù)過程。當(dāng)駕駛員松開腳制動(dòng)踏板時(shí)，車橋制動(dòng)器內(nèi)液壓油泄壓，制動(dòng)片在回位彈簧的作用下分離，制動(dòng)停止，車橋制動(dòng)器內(nèi)的液壓油經(jīng)雙路控制閥流回液壓油箱[3]。

裝載機(jī)全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)為全封閉控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)氣—液制動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：①無需空壓機(jī)氣路，系統(tǒng)介質(zhì)單一，而且獨(dú)立雙回路控制，可靠性較強(qiáng)；②液壓油的可壓縮性比空氣低得多，無需等待氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再動(dòng)車，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間短；③蓄能器在發(fā)動(dòng)機(jī)或液壓泵停止工作后仍然可以釋放壓力進(jìn)行制動(dòng)，操作安全性較高；④車橋制動(dòng)器制動(dòng)摩擦片位于封閉的冷卻油內(nèi)，不受外界天氣、灰塵、雜質(zhì)等環(huán)境因素影響，穩(wěn)定性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)[4]。雖然全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)突出，但相比傳統(tǒng)氣—液制動(dòng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、故障診斷時(shí)間長(zhǎng)的劣勢(shì)也很明顯。

2.2 常見故障分析

裝載機(jī)全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)故障率相對(duì)較低，但一旦出現(xiàn)故障，診斷比較費(fèi)時(shí)。本文以常見的兩種故障進(jìn)行分析研究。

2.2.1 系統(tǒng)制動(dòng)壓力低

造成系統(tǒng)制動(dòng)壓力低故障原因有很多，蓄能器、制動(dòng)液壓泵、雙路制動(dòng)閥等部件都是可能的故障點(diǎn)。

（1）對(duì)于蓄能器，可以通過在停車狀態(tài)下對(duì)蓄能器釋放壓力進(jìn)行測(cè)試。如果無釋放壓力或者壓力低，說明蓄能器失效，需要更換。蓄能器屬于壓力容器，存在一定的危險(xiǎn)性，對(duì)其進(jìn)行拆檢維修需要由專業(yè)機(jī)構(gòu)和人員進(jìn)行。

（2）制動(dòng)液壓泵如果沒有異響，則需要對(duì)液壓泵壓力進(jìn)行檢測(cè)。如果測(cè)試壓力低，需要對(duì)調(diào)節(jié)器等部件進(jìn)行拆檢。

（3）如果制動(dòng)液壓泵和蓄能器工作正常，系統(tǒng)仍存在制動(dòng)壓力低報(bào)警，需要對(duì)系統(tǒng)控制閥進(jìn)行檢查。控制閥控制著制動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量，如果閥芯因?yàn)楣收峡谀骋晃恢茫矔?huì)造成系統(tǒng)壓力低情況。

2.2.2 行車制動(dòng)力不足

造成行車制動(dòng)力不足的原因除了制動(dòng)液壓泵、蓄能器、控制閥故障外，還有以下可能原因：

（1）剛維修安裝的車橋輪邊內(nèi)部充滿空氣，如果未進(jìn)行排氣操作，會(huì)使輪邊制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)摩擦片無法壓實(shí)，造成車橋維修側(cè)制動(dòng)力不足。

（2）裝載機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷作業(yè)時(shí)需要頻繁制動(dòng)，輪邊制動(dòng)器摩擦片會(huì)出現(xiàn)磨損情況。特別是前橋負(fù)荷載重較大，摩擦片磨損嚴(yán)重后會(huì)出現(xiàn)打滑的情況，導(dǎo)致行車制動(dòng)力不足。

（3）車橋制動(dòng)器使用是的液壓油，而車橋內(nèi)部差速器使用的是齒輪油，輪邊處有密封隔離。密封長(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓油液的侵蝕下，會(huì)出現(xiàn)老化、密封性能降低等情況，使輪邊在制動(dòng)時(shí)液壓油因?yàn)閴毫^高而出現(xiàn)泄壓竄到車橋齒輪油中的情況，造成行車制動(dòng)力不足。此時(shí)，需要對(duì)裝載機(jī)液壓油、車橋齒輪油油量油位進(jìn)行檢查，并對(duì)輪邊制動(dòng)器進(jìn)行拆檢，定期更換密封。

3 結(jié)束語

氣—液制動(dòng)系統(tǒng)和全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)各有優(yōu)劣。當(dāng)制動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)，要認(rèn)真檢測(cè)排查故障點(diǎn)，分析故障原因。維修固然重要，但駕駛員的操作和保養(yǎng)習(xí)慣更為重要。作為一名設(shè)備管理者，要始終堅(jiān)持“防大于修”的管理理念。駕駛員的良好操作和保養(yǎng)習(xí)慣，可以預(yù)防異常故障發(fā)生、避免故障擴(kuò)大化、降低維修成本和故障率、延長(zhǎng)裝載機(jī)的使用壽命、保障安全生產(chǎn)。