液压维修第16章--装载机液压系统故障的诊断与排除

455第16章装载机液压系统故障的诊断与排除16.1ZL50装载机液压系统高温故障的诊断与排除液压系统的温升发热和污染一样也是一种综合故障和表现形式。某单位的四台ZL50装载机，在用于支援地方建设中，每到炎热的夏天，液压系统的油温就会升高到80～100℃，工作一直不正常，作业逐渐无力，且不能连续作业，严重影响了生产效率，在分析故障原因的基础上，先后对四台ZL50装载机和液压系统进行了技术改造，取得了良好的效果。16.1.1液压系统油温过高的原因分析液压系统的油温过高，其原因很多，有设计方面的，也有加工制造和使用方面的，具体如下：1.液压系统设计不合理，造成先天性不足ZL50装载机液压系统中未安装液压油冷却装置，散热仅靠液压油箱和管路来完成，且油箱总容积也太小，使得散热面积太小，而管路散热十分有限，如果环境温度较高，则很难降低系统温度。2.工作环境温度过高工程机械液压系统最佳工作油温区间35～55℃，允许最大工作温度是65～70℃。而在炎热的夏天，工程机械在停机状态时，系统的温度就已接近40℃，当开始工作时，油温很快超过设计性能指标。油温高，使系统油液粘度下降，破坏了液压元件运动副问油膜，致使金属直接接触，机械运转噪声不断增大，同时增加磨损，导致液压元件出现其它故障和增大泄漏，降低效率，从而又进一步使系统升温。由于温度的继续升高，油液变得更稀，磨损、泄漏更大，则系统温度更加升高，形成恶性循环。16.1.2故障排除液压系统内部增加一个冷却器，从而可加大冷却系统的散热面积。冷却器一般安装在液压系统的总回油管或逆流阀的回油管路中，特别是后者，油液在这些地方发热量最大，对ZL50油路系统进行技术改造时，就将冷却器安装在溢流阀的回油管路中，如图16—1所示。新增冷却器的容量，通过以下系统热平衡计算确定。图16—1冷却器安装方法1.系统发热量计算根据现场油液的温升现状，采用测量法，可按下式求出系统的发热量：P1=VCp△t/10000T(16—1)式中P1—发热功率(kW)；V—原油箱有效容积，取V=300L；T—计算温升的加热时间(h)，现场测试T=1h；△t—油液温升，取△t=50℃；Cp—油液的体积热容积，Cp=0.47Wh／(L·℃)。考虑油箱等的散热作用，应将上述计算结果再加上23％的修正值，故液压系统总发热量P1=8.6kW。2.热平衡计算456该液压系统工作油液的设计温度为60～70℃。若从增大冷却器散热能力、降低系统工作油温出发，使系统的发热量全部由冷却器进行散热，则冷却器的散热面积可按下式计算：A=P2/K△tm(16—2)式中P2—冷却器的散热功率，取P2=P1；K—冷却器的传热系数，取下限值；K=35W／(m2·K)；△tm—油和空气之间的平均温度差。又因为''121222mttttt式中t1—冷却器液压油入口温度；t2—冷却器液压油出口温度；'1t—冷却介质人口温度；'2t—冷却介质出口温度。故得△tm=25℃将P、k、△tm值代入式(16—2)则所需总散热面积A=9.8m2。该机原油箱有效散热面积约为1.8m2，所以需新增加8m2的散热面积，就足以满足系统的工作要求。新增加的冷却器选型为：FLQ0.65×0.46—2×7.2／0.8×16ⅢB3.冷却器风扇驱动功率的计算选用轴流式风扇。风扇的风量应根据新增冷却器的散热量来计算，风扇的风量为：33600apPQCt式中aQ—风扇的风量(m3／s)；P3—冷却器散热器(w)，按散热面积等值分配，新增冷却器的散热量：P3=7kW；pC—空气的定压比热容，取pC=0.28Wh／(kg·℃)；—空气密度，取=1.29kg／m3。散热温差△t=10℃，故aQ=0.54m3／s又风扇的驱动功率表达式为：41000aaPQP式中4P—风扇的驱动功率(kW)；aP—自由排风时的风压，一般可取aP=100～l000Pa，本文选取aP=500Pa；—轴流式风扇的效率，取=0.4。457故4P=0.7kW。16.2ZL系列装载机液压系统典型故障的诊断与排除ZL系列装载机的液压系统如图16—2所示(以ZI40型为例)，其工作装置液压传动系统与转向液压系统采用流量转换阀连接，用以分配工作压力油的流量，即将工作泵输出的压力油分配给两个系统工作。1.转向缸；2.动臂杆；3.转斗缸；4.后双作用安全阀；5.前双作用安全阀；6.转向阀；7.分配阀；8.量转换阀；9.溢流阀；10.转向泵；11.双联泵图16—2ZI40装载机液压系统原理图16.2.1故障l1.故障现象液压系统外部泄漏。2.故障诊断与排除这是该机最常见的故障，外漏的部位有大臂缸、转斗缸的缸头密封件、分配阀的密封件及油管接头等处。主要原因是密封件老化、损坏、油管接头松动、脱扣或接头加工工艺差、接触面不严密和喇叭口锥度不精确。人为故障原因是：使用的液压油不洁净、牌号不符或油管接头密封圈规格不符。16.2.2故障21.故障现象液压系统油温过高。2.故障诊断与排除油温过高主要是液压泵齿轮副磨损、侧板磨损、泵体磨损和泵内密封件损坏，导致泵的容积效率下降所致；同时，也存在使用油牌号不符和油液清洁度差等原因。可视情况更换不同零件或油液。16.2.3故障31.故障现象动臂承载上升迟缓。2.故障诊断与排除该种机型使用一段时间后，普遍出现动臂承载上升迟缓现象。由于动臂缸受分配阀控制，因此参照图16—2知，其故障原因可能有：(1)双联泵的齿轮副、侧板磨损严重，导致内漏。(2)吸油管及油滤清器堵塞或吸油管老化、扭曲，导致流量不足。(3)管路接头封闭不严，导致漏气、漏油。(4)液压缸和活塞密封件磨损、损坏或装反，导致内漏。(5)分配阀磨损过量，阀杆与阀体配合间隙过大，导致内漏。(6)工作油箱油量不足或油液变质。其诊断程序如图16—3所示。图16—3动臂承载上升迟缓故障的诊断程序框图经验证明，这一故障主要来自低压系统油路，上述(1)、(2)、(4)和(6)项原因最常见。16.2.4故障41.故障现象458转向沉重。2.故障诊断与排除该系列机型大都采用CBG2型泵，经常出现转向沉重现象。对比CBG2型泵的工作液压系统与转向液压系统压力的匹配情况知，对于ZI40、ZI50两种机型，采用GBG2080泵比较理想。此故障的原因可能有：(1)转向泵磨损，流量不足。(2)转向溢流阀调定压力过低。(3)转向泵吸油管及滤网堵塞，吸油管老化、扭曲和流量不足。(4)转向阀严重内漏或滑阀卡死。(5)流量转换阀阀杆卡住，系统流量小。(6)流量转换阀调速弹簧失效或折断。(7)系统漏气、漏油。其诊断程序如图16—4所示。图16—4转向沉重故障的诊断程序框图16.2.5故障51.故障现象动臂缸不工作。2.故障诊断与排除施工过程中经常出现转斗缸能工作，而动臂在满载时升不起来的现象。维修人员一般按故障3的诊断方法检查，但找不出原因所在。根据该机液压系统的特点诊断，此故障的主要原因是转向系统溢流阀主阀芯阻尼孔堵塞，造成主阀芯开启，系统卸荷。卸荷回路如图16—5所示，该机出现此故障时，按此法诊断即可。图16—5卸荷回路图16.2.6故障61.故障现象工作油箱的油液窜入变速箱。2.故障诊断与排除工作液压系统与变速箱无任何管路连接，但该机常常出现此故障。经诊断检查知，故障的原因是转向泵前泵盖内的骨架油封损坏，导致泵内压力油经前泵盖轴承腔外漏，沿泵轴与变速箱壳体孔间隙窜入变速箱。为什么会发生这种故障呢?经过对多台出现这种故障的装载机检查发现，主要是由于转向系统溢流阀调压手轮锁片松动或转向泵内侧板卸荷槽方向装反所致。16.2.7故障71.故障现象工作泵损坏或不工作。2.故障诊断与排除出现此故障时，可按故障2的诊断方法查找原因。此外，还应注意下述可能的原因：(1)泵轴键与驱动轴键槽的配合磨损过甚或损坏，使泵时转时停。(2)吸油管堵塞使泵吸不上油，导致泵烧坏。(3)法兰盘连接螺栓的拧紧力矩不均，导致泵工作时损坏。16.3卡特彼勒953装载机静液压传动系统故障的诊断与排除459美国卡特彼勒公司生产的943、953、963、972型装载机之所以具有较高的生产率和使用性能，一个非常重要的原因是它采用了一个独具特色的静液压传动系统。然而该系统的故障诊断比较复杂和困难。如果静液压传动系统出现故障，尤其是当故障出在系统内的静液压动力控制装置(以下简称变速箱)内部时，修理技术人员要具备较高的测试技术，并使用专门的液压测试仪器才能把故障诊断出来。目前不少使用该型装载机的单位，在机器的静液压传动系统出现故障时，要求助于卡特彼勒公司技术服务部门来诊断故障。通过在修理该型装载机的实践中，可以发现静液压传动系统出现的故障有半数以上是出现在系统内变速箱以外的部分。如果掌握了几个故障诊断的原则和一些操作测试方法，即使没有专门的液压测试仪器，也能把这些故障诊断出来，通过这些方法，也可以把变速箱内出现的某些故障诊断出来，这里以953装载机静液压传动系统为例，介绍该系统的故障诊断原则、操作测试方法、几种常见故障的原因，并列举几个故障诊断实例。16.3.1故障诊断原则在对静液压传动系统进行故障诊断分析时，要始终记住：系统正确的工作，需要正确的流量和压力；液压泵的输出流量是发动机转速的函数；油压是因油流遇到阻力而产生的。掌握下面几个原则有助于迅速诊断分析故障：(1)系统回油的油位，如黏度不符合规定的要求，系统的性能会迅速下降。油位太高会引起过热，油位太低会使系统完全失控；油的黏度太大会引起滤清器旁通阀打开，使供液泵输出的油部分或全部流回油箱，从而造成机器速度和工作性能的损耗。(2)发动机转速与传动系统的性能有直接的关系。如果调速器控制杆扳到高怠速位置，而发动机转速达不到高怠速，则液压传动系统的性能下降或完全停止正常工作。(3)机械杆系统(变速箱内部的)失控或损坏会引起机器行走跑偏或者机器停止运动。(4)机器其它系统的问题也能引起静液压传动系统性能下降。如果机器的工作装置安全阀打开且卡住，也会引起机器行走缓慢。为了简便而迅速地诊断出故障和确定故障的所在位置，可把一个完整的液压传动系统分解成几个独立的前后相联的子系统：(1)供液泵和滤清器系统；(2)降速和超速系统：(3)运行一制动滑阀系统；(4)伺服控制系统；(5)柱塞泵、马达和安全阀系统；(6)传动油冷却器系统。对这些子系统出现的故障进行诊断，一般需要使用专用测试仪器进行系统测试。在没有专用测试仪器的情况下，掌握下面几条原则，也能大概把故障分析出来。(1)供液泵和滤清器系统的任何故障会同等地影响两侧履带的运转，因为所有其他系统均由它提供流量；(2)降速和超速系统也会同等地影响两侧履带的运转；(3)运行和制动滑阀系统也会同等地影响两侧履带的运转；(4)伺服控制系统的作用是使机器作直线运动和使机器转向，如该系统功能不正常时，不能同等地影响两侧履带的运转，当铲斗进行装载时，如果机器不走直线或只有左边履带继续转动，故障可能就出在此系统；(5)在柱塞泵、马达和安全阀系统中，供油安全阀的调定值调得太低时，一般会同等地影响两侧履带的运行。一个马达损坏时会影响一侧或两侧履带的运行。功能不正常的驱动系统，安全阀不会造成低的供油压力。16.3.2用操作测试的方法来诊断故障460在进行操作测试时，首先要做好下列准备工作：(1)检查机器的油位、水位；(2)顺时针拧紧同步断流阀的调整螺钉，直到将阀关闭，然后拧紧锁死螺母。(测试检查完后，将此调整螺钉拧三圈)；(3)检查液压传动系统和工作装置系统的所有控制杠杆是否都在停车位置。然后开始进行操作测试。(1)将调速器控制手柄扳到高怠速位置，然后观察：发动机起动是否顺利，发动机运转是否平稳；分析：如果与调速器控制手柄相连的降速超越阀连杆调整是正确的，而发动机工况有问题，则检修发动机。(2)关闭发动机。将变速控制手柄打在最大前进或后退位置，然后再次起动发动机，并操纵调速器控制手柄缓慢进入高怠速位置，此时观察机器是否按控制手柄的操作向前或向后移动；分析：如果变速控制手柄打在除“停车”外的任何位置，然后起动发动机，此时机器应该不会移动。这是