220 t 卡车“451”液压故障诊断法的应用

2020-02-21单小丹

设备管理与维修 2020年6期

单小丹，范超

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特 026000）

0 引言

随着露天煤炭剥离技术的不断革新，机械设备向人性化、大型化方向发展，对设备的操作技术和维护技能提出更高要求。220 t 运输设备在神华北电胜利能源公司露天开采中占据着重要地位，随着其使用年限的延长，设备液压系统性能逐年衰退，故障率呈阶梯式上升，生产效率逐年下降。多数与液压系统阀件老化有密切关系，若不能及时确定故障点会造成反复故障，成为设备故障率攀升的重要因素。因此，摸索一种220 t 卡车液压故障快速诊断方法对促进卡车高效、安全生产有着重大意义。

“451”是指“4 区5 看1 断”，“4 区”即将220 t 卡车液压系统划分为转向控制系统、举升控制系统、制动控制系统、压力循环系统，每个系统划分为一个区域；“5 看”即泵看加压、循环系统看保压、转向系统看动压、举升系统看下降压、制动系统看对比压；“1 断”即将每个区域内的单向阀、溢流阀、减压阀单独划分为一段，从而与其他部位分隔、断开。

1 220 t 卡车液压系统的构成及作用

完整的220 t 矿用运输卡车液压系统由五大元件组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油；根据使用功能通常将其划分为四大系统，转向控制系统、举升控制系统、制动控制系统、压力循环系统。

1.1 液压系统5 个组成元件

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等。

1.2 220 t 卡车液压四大系统

压力循环系统是液压系统的供调压机构部分，由动力机、液压柱塞泵、转向能量储存器、调压机构、排放歧管阀、压力传感器等（220 t 卡车泵到排放歧管阀部分）组成。转向控制系统由流量放大阀、方向阀、供油歧管阀、转向油缸及管路（流量放大阀至转向缸）组成，通过辅助汽车驾驶员的操作控制转向油缸的伸缩拉动转向臂，根据需要改变汽车行驶的方向。制动控制系统是由制动歧管阀、制动能量储存器、压力传感器、制动先导阀、制动双路控制阀、制动器、文氏里阀和流量控制总成、装载制动阀、杆和拉索等组成，通过车辆驾驶人员对双路制动控制阀的操作将系统压力油导通至制动器，将压力能转换成机械能实现卡车制动，达到将行驶中的卡车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车的目的。举升控制系统是由双联齿轮泵、定量泵、举升油缸、多级、举升先导阀、举升滑阀、2 个耐压滤芯、限位阀、救援举升接头等组成，通过司机操作举升先导控制阀导通系统压力油至举升油缸，将液体的压力能转换为机械能，获得需要的直线往复运动，实现卡车厢斗举升达到排卸物料的目的。

2 液压系统常见故障

2.1 进入油液介质中的污染杂质、污染源

（1）液压系统外部不清洁。污染杂质在加油或维修时被带入系统，通过更换管路或破损的油箱呼吸器进入液压系统。

（2）内部清洗不彻底。更换油箱滤芯时清洗油箱不彻底，或更换系统阀件时内留下少量污染物质。

（3）加油容器或用具不洁。

（4）更换长时间存放的金属制品，管路受潮而在管内产生锈皮。

（5）加注的油液在注入液压系统前人为污染或超出保质期。

（6）变质油液润滑不良造成阀件磨损或变质，油液腐蚀系统阀件产生细小的金属颗粒，悬浮在油中并随油液流动。

2.2 系统高温

液压系统高温主要有以下5 种因素：

（1）油液中混入气体或水分，当液压泵对油液进行加压时，气体和水分会导致系统持续加热造成高温。

（2）油箱内的油超过标准高度，油液搅动过大、摩擦系数增大，不断产生热量引起高温。

（3）加注黏度无法满足技术要求的油液，黏度过高或过低，都会引起系统高温。

（4）野蛮操作未遵守液压系统的设计参数，因而产生高温。

（5）阀件老化或回油通道受阻，也是产生高温的因素。

高温将导致油液氧化，氧化的油液会产生树脂、酸类物质和污泥等，这些物质会造成阀件的加速磨损和老化，且它们粘附在阀芯光洁面上还会导致阀件出现间歇性故障。油液因高温变稀会使系统动作变迟缓，常反映在操作时部件动作迟缓和阀件被卡死。

2.3 油液中进入气体

油液中进入气体的原因有以下3 种：①加油时泵在盛油器皿中吸空，致使气泡混入油箱或管路中；②吸油管道或油封破损，气体被吸入；③系统氮气储气筒活塞密封老化，气体窜入液压系统。

空气进入油液中会导致高温，并在压力下溶于油液内。当受压溶解的气体占总体积约10%，压力降低时便会形成大量带有气体的泡沫，而工作中液压油缸回油时，泡沫会形成“弹簧”的作用。此外，油中含有泡沫会使体积增大，出现油箱或储油器皿的溢油现象。含有气体的油液介质，在传递动力时会产生间歇性停顿现象，使动力传递产生波动，由此产生的冲击会导致部件损坏，偶尔会出现较大的系统故障。此外，还会发生气穴，造成液压泵产生更大的吸力，把更多的气体连同其他物质带入系统内。

3 液压故障成因分析

3.1 人员的不规范操作

（1）人员违规操作。大型运输自卸卡车作为大型露天煤矿最便捷的运输方式，有效率高、机动灵活等优点。为发挥卡车的生产效能编制有设备操作手册，确保操作人员按章使用好设备。但部分操作人员存在简化及违反设备操作程序的现象，不仅对设备的结构部件发起挑战，同时也加大了卡车液压系统的负载，加快了液压部件的磨损，造成故障高发、作业效率低下。

（2）人员操作技能不足。运输设备的智能化、大型化对设备的使用操作和维护技能提出了更高要求，职业培训成为提升操作人员运用设备能力的手段，但由于学习能力的差异，人员技能参差不齐。在设备操作过程中对各部件的结构、原理不够了解，导致卡车运行过程中部件及液压系统工作异常或故障不能及时被发现并反馈信息，导致液压故障扩大，损坏其他部件。

3.2 设备的状态老化

随着设备使用年限的增长，卡车液压系统阀件由于频繁做工出现不同程度磨损，导致阀件逐步老化，出现阀件卡滞、内泄、密封失效、弹簧断裂、疲软等功能失效故障，造成卡车液压故障逐年攀升，影响使用效率。

3.3 环境温度对液压系统的影响

锡林浩特气候较极端，春秋两季气候变化剧烈，夏季短促而炎热，冬季不仅昼夜温差大而且恶劣时段温度可达-40 ℃左右，阀芯与阀体的收缩率不同，有导致卡滞的可能；夏季气温较高，地表温度达到60 ℃左右，卡车液压系统散热能力降低，过热将使油液迅速氧化、功能失效，如产生杂质、润滑不良造成阀件的加速磨损和腐蚀，产生的杂质使零件失去自身功能，油液因过热变稀还会使系统工作速度放缓。设备液压系统高温，导致阀内密封管路内胶层高温硬化后脱落，污染系统，卡滞、堵塞阀件及滤网，造成流量下降、压力异常。

3.4 管理不到位

（1）人为对液压系统的污染。维修人员在维修设备时拆卸阀件、替换管路，将泥土及沙尘颗粒带入系统。杂物进入液压系统后会导致阀件的磨损、老化甚至损坏，或者导致阀的功能失效、噪声增大；污染物会堵塞阀件的细孔或阀芯与阀体间隙，导致液压系统的功能失效，引起间歇性动作失灵，产生错误动作而导致故障；颗粒物在液压缸内会破坏密封件的性能，拉伤油缸内壁，使压力油液发生泄漏，导致推力下降或者间歇性动作、爬行、慢速，产生气穴与振动；同时导致滤网堵塞，液压泵吸油不畅，回油受阻而产生气蚀、抖动和异响，堵塞严重时会因阻力过大而将滤网破坏，彻底失去过滤功能，导致液压系统故障不断。

（2）未按标准维护。大型220 t 卡车拥有一套科学的维护标准，但在日常维护保养过程中由于人的技能、责任心差异造成相应的工艺流程在维修过程中未能得到严格落实，存在简化维修工艺、蛮干的现象，长久下去将使液压系统低标准维修造成卡车的整体性能不断下降，最终故障由量变到质变，卡车液压系统状态失控，故障率攀升。

（3）计划执行监管不到位。设备管理人员在设备计划维修、现场过程检查、设备维修质量验收等工作中未有效履行检查验收职责，不能发现问题，采取相应措施，致使相关人员责任心不断下降。

4 220 t 卡车液压故障预防措施

（1）强化人员责任心。制定相应的维修质量监督检查奖惩细则，对人员责任心不强造成的故障严格进行考核；对发现问题、避免出现重大机械故障的人员则进行奖励。提高员工责任心，调动员工积极性，避免出现“该修不修”“该换的不换”的现象。

（2）强化技能培训。通过走出去和请进来相结合的方式强化技能培训，如邀请厂家技术人员对员工进行专业技能培训，外派人员到各兄弟单位及厂家进行学习交流等；对遇到的液压系统故障分析总结并知识共享，长此以往可有效提升全员技术水平。对故障进行统计、分析、总结的过程中，能够摸清其脾性、对症下药，打破制约卡车出动的瓶颈，提高卡车的整体出动率。

（3）强化计划与执行。保障设备高效运转降低液压故障的必要保障措施就是建立一套详细的设备部件跟踪记录并制定配件寿命统计表对各种阀件及配件进行有计划的更换，避免故障扩大。利用科学的检测分析手段，加强对油样品质的监测、系统压力检查将设备隐患消灭在萌芽状态。

（4）强化设备维修质量验收。相关管理人员加强设备液压系统换油维护过程及维修细节的检查：是否有污染杂质在加油或维修时被带入系统，有无通过更换管路或破损的油箱呼吸器进入液压系统；内部杂质清洗是否达标；更换油箱滤芯、清洗油箱是否彻底或更换系统阀件时内部是否留有少量污染物质；是否有颗粒物；加油容器或用具有无被污染；发现作业不规范，不清洁的行为及时进行纠正整改，确保维护保养质量。对卡车液压系统维护保养完毕后，相关管理人员要及时进行外观及性能验收，对相关区域进行压力测试，确保达到标准要求。

5 “451”液压故障快速诊断法的应用与成效

5.1 “451”故障诊断法的具体应用

根据操作人员对故障现象的描述，维修人员确定故障出现在4 大区域的某一区域（大致故障区域），利用检查仪表对相关区域进行压力检测：①泵检测看卡车怠速加压的压力值是否达到系统设定值3500 psi（24.132 MPa）；②循环系统检测看卡车液压系统的循环保压时间是否达到设计要求2.5～5 min，一般达到60 s 以上即可满足系统工作需要；③转向系统检测看卡车转向时油缸伸缩达到极限时，产生的最大压力值与设计压力进行对比2500 psi1（7.237 MPa）；④举升系统检测看卡车发动机怠速1900 r/min 举升操作手柄在下降位时下降压是否达到设计压力1900 psi（13.100 MPa）；⑤制动系统检测看对比压将驻车制动、工作制动、轮制动测试得到的压力与卡车制动设计压力进行对比（驻车制动2500 psi、工作制动1500 psi（10.342 MPa）、轮制动1580 psi（10.893 MPa）某一区域压力比对异常即可断定该系统出现故障，此时维修人员要根据该部位的阀件组成进行分段，通常将液压系统中支路上的单向阀、减压阀、限压阀、溢流阀等作为一段功能油路进行断开，通过分析各阀件在相关油路中的作用判断故障点（例如使用仪表测试驻车制动压力＜2500 psi 或压力不稳定即可断定驻车制动减压阀故障）。

5.2 “451”故障诊断法取得的成效

“451”液压故障诊断法的应用使卡车液压故障排除速度提升50%以上，有效消除了制约220 t 卡车使用效率的一大不利因素，车间所承修的设备在逐年老化的情况下出动率不断攀升，同时也为维修人员到达现场快速排除故障提供了指导思路。使维修人员在液压故障处理过程中准确找到故障点，提高维修人员工作效率，消除了广大员工处理故障时的技术难点，避免重复故障的出现，确保液压故障不过夜，当日出现当日排除。同时避免故障扩大、造成相关部件的损坏，降低维修成本，该诊断法现已在汽修车间范围内全面推广应用。