某型液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)異常的原因排查及改進(jìn)措施

2023-07-27

一、故障現(xiàn)象

某型履帶式液壓挖掘機(jī) 回轉(zhuǎn)馬達(dá)出現(xiàn)異響。維修人員隨即對該機(jī)進(jìn)行測試，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速置于1~7擋，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)速度正常，置于8~10擋回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)出現(xiàn)明顯的抖動(dòng)現(xiàn)象，且回轉(zhuǎn)速度較該機(jī)正常時(shí)的速度快15%。拆檢回轉(zhuǎn)馬達(dá)后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部磨損嚴(yán)重，更換新回轉(zhuǎn)馬達(dá)后試機(jī)，故障現(xiàn)象沒有改善。

二、檢測回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)壓力

根據(jù)該機(jī)回轉(zhuǎn)抖動(dòng)故障現(xiàn)象，懷疑其原因?yàn)榛剞D(zhuǎn)液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)。將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定在8擋，使用和德尼科5060型測試儀監(jiān)測回轉(zhuǎn)時(shí) 回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸入壓力，測試結(jié)果如圖1所示，由測試結(jié)果可知，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)后系統(tǒng)壓力峰谷差值達(dá)0.3MPa，確認(rèn)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定。

三、原因分析

回轉(zhuǎn)馬達(dá)磨損異常、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定及回轉(zhuǎn)速度過快的原因多為回轉(zhuǎn)馬達(dá)流量過大，分析可能是減壓閥、回轉(zhuǎn)電控限速系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

1.減壓閥故障

為了減小挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)沖擊，在回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中設(shè)置了減壓閥，以降低液壓系統(tǒng)至回轉(zhuǎn)分支油路的壓力。此外，減壓閥還可保證該分支油路壓力和流量的穩(wěn)定。若減壓閥失效，將造成回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力波動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置在7擋以下時(shí)，該挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)正常，無抖動(dòng)現(xiàn)象，說明壓力沒有波動(dòng)，可排除減壓閥故障。

2.回轉(zhuǎn)限速系統(tǒng)故障

為了減小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)流量，以與回轉(zhuǎn)速度匹配，該機(jī)采用電控回轉(zhuǎn)限速比例閥，對回轉(zhuǎn)速度進(jìn)行限制。電控回轉(zhuǎn)限速比例閥較電磁換向閥和直動(dòng)式減壓閥在無級(jí)調(diào)壓和階躍響應(yīng)平穩(wěn)性等方面更具優(yōu)點(diǎn)，可有效避免回轉(zhuǎn)限速造成的沖擊和異響，還可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定的轉(zhuǎn)速改變回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸入流量，保證回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸入流量平穩(wěn)且在額定范圍內(nèi)。如果電控回轉(zhuǎn)限速比例閥有故障，可能導(dǎo)致回轉(zhuǎn)時(shí)流量和壓力異常波動(dòng)，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)抖動(dòng)。

分析認(rèn)為，回轉(zhuǎn)馬達(dá)流量大，原因可能是限速系統(tǒng)未起作用。通過查看挖掘機(jī)儀表中回轉(zhuǎn)限速比例閥電流得知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在8~10擋時(shí)，限速比例閥進(jìn)行回轉(zhuǎn)限速時(shí)電流不穩(wěn)定，這與挖掘機(jī)發(fā)生回轉(zhuǎn)不穩(wěn)故障時(shí)的擋位一致。

四、故障排查

1.排查電控比例閥

通過檢查電控比例閥得知，該閥主要由線圈、比例電磁鐵、閥芯等組成。因比例電磁鐵、閥芯、閥體為一體式結(jié)構(gòu)，拆解后修復(fù)難度很大，固采取更換新電控比例閥方法進(jìn)行測試，故障狀態(tài)沒有改善，由此排除回轉(zhuǎn)限速電控比例閥有故障的可能，判斷為電氣系統(tǒng)有故障。

2.排查電氣系統(tǒng)

用萬用電表對回轉(zhuǎn)限速比例閥進(jìn)行電流監(jiān)測，回轉(zhuǎn)過程中電流值波動(dòng)情況與車輛抖動(dòng)情況一致，儀表顯示設(shè)定電流為700mA時(shí)，實(shí)際電流為1.0A，這與回轉(zhuǎn)速度快故障現(xiàn)象相符。

控制系統(tǒng)引發(fā)電流過大故障的原因有控制程序異常、控制器損壞、線束故障等。因該故障為個(gè)案，固暫且排除控制程序問題的可能。依據(jù)排查難度，優(yōu)先檢查整車線束，該挖掘機(jī)控制器與回轉(zhuǎn)限速比例閥線束連接原理如圖2所從該回路電氣連接原理可看出，回轉(zhuǎn)限速比例閥兩端增加了續(xù)流二極管，而控制器調(diào)節(jié)比例閥開度是通過PWM調(diào)制脈寬實(shí)現(xiàn)。

理想化的PWM脈寬調(diào)制波形如圖3所示，在波峰(t1)位置，比例閥線圈得電，在波谷(t2)位置線圈失電。

在波谷時(shí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢將通過續(xù)流二極管放電，使波谷電動(dòng)勢提升，造成PWM輸出電壓大于正常值，體現(xiàn)為輸出電流會(huì)大于目標(biāo)電流，即可造成回轉(zhuǎn)速度變快。

拆除回路中續(xù)流二極管，進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作，8~10擋無明顯抖動(dòng)感，回轉(zhuǎn)速度符合該挖掘機(jī)的設(shè)定。通過萬用電表對回轉(zhuǎn)限速比例閥進(jìn)行電流監(jiān)測，儀表顯示設(shè)定電流為700mA時(shí)，實(shí)際電流為705mA，誤差符合該挖掘機(jī)的設(shè)定值。

使用和德尼科5060型測試儀監(jiān)測8擋回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸入壓力情況，測試結(jié)果圖4所示，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)后系統(tǒng)穩(wěn)定峰谷差值為0.1MPa，曲線趨于平穩(wěn)，說明故障已排除。

該挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)故障原因?yàn)槔m(xù)流二極管應(yīng)用錯(cuò)誤所致。續(xù)流二極管作用是消除電感性負(fù)載在失電瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，防止感應(yīng)電動(dòng)勢擊穿一些敏感的電子元器件，避免造成元器件損壞。當(dāng)在PWM控制系統(tǒng)中，額外增加續(xù)流二極管將改變PWM波形，從而引起所控制的器件工作異常。
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