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轴承知识

挖掘机行走制动液压系统的改进

2020-03-18
赵向荣
(广东省广州市广园西路107号中铁二十五局集团第一工程有限公司机械分公司)
  1.故障现象
  1台某型挖掘机在倾斜25°坡道下坡,当操作人员将行走手柄置于中位时,挖掘机先加速下滑,滑行约0.8m后方能缓慢停止,其制动动作明显延迟。
  2.工作原理
  该型挖掘机行走制动液压系统主要由行走换向阀1、减压阀2、前进制动单向阀3、平衡阀4、后退制动单向阀5、溢流阀6、高低速阀7、高低速缸8、制动缸9、减速器10、行走马达11等组成,如图1所示。
  挖掘机在坡道上行驶时,驾驶员将行走手柄置于下坡行驶方向,挖掘机在行走马达11驱动下下坡行驶。挖掘机下坡时,在其自身质量作用下会加速行驶。若下坡速度过快,会使行走马达11供油侧压力降低,行走马达11供油侧平衡阀4的压力随之降低。平衡阀4在其内部弹簧作用下,将行走马达11回油侧油路通径减小,使挖掘机下坡速度减慢至行走手柄控制速度。挖掘机制动时,驾驶员将行走手柄置于中位,行走手柄通过先导油路控制,行走换向阀1的阀芯回到中位,行走马达11油压下降。当油压下降到低于平衡阀4关闭的压力时,在平衡阀4内弹簧的作用下,平衡阀4阀口关闭,行走马达11回油油路切断,行走马达停止转动,挖掘机停止行驶。
  3.故障排查
  检测该挖掘机先导油路压力正常。拆检行走换向阀阀芯滑动正常,阀芯到达中位时能将行走换向阀关闭。拆检平衡阀弹簧完好,平衡阀关闭正常。
  拆检行走马达时发现其缸体与柱塞之间摩擦面、缸体与配流盘之间密封面上有较多的划痕及气蚀点,行走马达输出轴骨架油封处严重损坏,这说明行走马达内泄漏严重。行走马达损坏情况如图2所示。
  该挖掘机使用时间较短,为了找出行走马达早期损坏的原因,我们将新行走马达更换在该挖掘机上,对行走制动液压系统进行检测,在测压点A、B和T1处安装检测仪(见图1),对行走马达主油口A、B和泄油口T1的压力进行检测。
  将挖掘机开至坡道并下坡行驶,在下坡状态下检测制动状况。检测结果如下:当行走手柄向中位拉动时,行走马达的回油侧(B油口)压力随即增大,约0.45s后,挖掘机行走马达回油油路形成制动。行走手柄置于中位2s后,行走马达出口侧油压最高可达60MPa,远远超过规定的38MPa压力值。而行走马达的入口侧(A油口)压力较低,处于吸空状态,行走马达泄油口(T1油口)为4MPa,远超过行走马达泄油口规定的0.2~2.88MPa压力。检测结果如图3所示。
  4.原因分析
  分析认为,该挖掘机从坡道下坡行驶时,挖掘机滑行的动能转换成了势能,斜面坡度越大、挖掘机质量越大,下滑的动能越大,行走马达出口侧的压力越大。若坡道距离越长,动能转化的势能较大,会使挖掘机的滑动速度增大,行走马达的出口侧压力很大。行走马达的出口侧在高压状态下,容易造成柱塞与配流盘发生变形及磨损。挖掘机下滑速度过快,行走马达柱塞伸缩频率跟不上缸体旋转的频率,柱塞会将缸体划伤,从而造成行走马达缸体及柱塞划痕。
  行走手柄置于中位后,行走换向阀关闭,行走马达回油腔内失去供油,而入口侧补油又不能及时供油。由于入口侧油腔内处于吸空状态,进而造成气蚀。
  若行走马达配流盘、柱塞、缸体发生变形、磨损、气蚀后,泄漏量增大,泄油压力过高,则会造成骨架油封损坏。
  分析认为行走马达压力过高、转速过快的原因是平衡阀没有起到限压、限速作用,即平衡阀关闭时间过晚。
  5.改进方法
  针对平衡阀关闭时间过晚问题,我们采取了2项改进方法,如下所述。
  (1)改进平衡阀
  平衡阀控制腔节流孔通径是影响平衡阀阀口关闭时长的关键部位。该挖掘机行走马达的技术资料表明,平衡阀控制腔节流孔通径为0.3mm,远远小于同类挖掘机平衡阀控制腔节流孔通径。
  为此,我们将平衡阀控制腔节流孔通径由0.3mm改为为1.4mm,平衡阀控制腔节流孔位置如图4所示。改进后平衡阀可迅速换向,行走制动比较灵敏。
  (2)改进先导控制油路
  在行走换向阀两侧先导控制油路上加装通径为1.0mm的单向节流阀。加装单向节流阀后,先导控制油通过单向阀迅速进入行走换向阀阀芯控制腔,驱动行走换向阀阀芯迅速移动。行走换向阀阀芯另一侧回油,则经过通径为1.0mm的节流孔流出。这样可在保证行走马达入口侧制动保持一定延时,使制动更加平稳。改进后的行走换向阀如图5所示。
  6.改进效果
  该挖掘机行走制动液压系统经上述改进后,在下坡过程中进行测试时制动迅速、有力;检测其行走马达出口侧最高压力小于27MPa,入口侧压力在标准范围内,基本没有吸空现象;检测其行走马达壳体泄油压力平稳,压力均在0.08MPa以内。改进后的制动过程压力曲线如图6所示。
  该挖掘机经过上述改进后,其行走制动系统故障现象大为减少,提高了挖掘机制动性能,挖掘机行走制动液压系统工作更加稳定。
本文选自《工程机械与维修》杂志2016年第7期

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