挖掘机液压缸掉缸故障探讨

2023-01-03喻革

中国设备工程 2022年10期

喻革

（湖南三一工业职业技术学院，湖南长沙 410000）

液压缸是挖掘机上最核心的组成部件之一，它主要分布在挖掘机的各个力量传动部位，促进挖掘机将发动机的能量转换为挖掘势能。常见的液压缸分布在铲斗、手臂连杆、转动臂等位置。挖掘机的正常挖掘作业需要这几种液压缸的相互配合才能完成整个挖掘工作，当其中某一个缸体发生故障时，都会影响挖掘机的正常作业。因此避免挖掘机的液压杆发生故障，可以在一定程度上提高挖掘机的作业效率。

常见的挖掘机液压缸故障最多的是掉缸。造成掉缸的原因主要有液压元件堵塞造成液压油无法通过，器件之间的液压油封由于老化等原因被破坏，液压缸的阀芯出现磨损等。很多因素都会造成液压系统泄漏导致液压缸产生漂移造成液压缸体无法发力，或缸体出现晃动状况，这种情况被称之为掉缸。对于液压机的掉缸有一定的数量标准，液压机在静止状态下往往不存在掉缸现象，但是当液压机在工作中吊起数吨重的物资时，会导致其钢铁受力因此或多或少均存在一定的掉缸情况，当掉缸量处于较低水平时，该种状态是可接受的，不影响挖掘机的正常工作，当吊杆量达到一定的范围，导致挖掘机无法正常工作或影响工作效率时，才被称为掉缸故障。由于挖掘机的吨位不同，体量不同或挖掘机的型号不同，对掉缸的极限要求存在较大的差别。本文主要从液压缸自身的因素、液压系统的因素等方面来对液压缸的掉缸故障进行分析研究。

1 液压故障的常见表现

由于作业环境以及机械比较复杂，因此有很多种原因会导致液压系统出现故障。由于液压传动的特性，比如液压元件和辅助装置因工作介质（油液）的关系，液压系统的核心部位都是在铁壳内部，无法像其他机械设备一样通过简单观察和外部监查来寻找故障出现部位和故障的具体情况，因此在出现故障时，可能不止一种，而是多种故障同时出现，且电气、液压等因素都会导致出现故障。通常来讲，液压方面主要是元件安全故障和系统安全故障，运行噪音高、系统压力值波动大、震动频率异常等都是常见的故障表现。常见造成汽车起重机液压故障的原因大概分为三种。一是泄漏引起系统工作压力下降过大。外泄漏可凭眼睛直观观察到，一般检查元件壳体、管道破损和密封问题。内泄漏只能通过仪器测量压力、流量来确定。一般检查配合间隙是否过大、油封密封性是否良好、工作介质粘度过小、温度过高等原因。二是系统中混入空气引起的高频振动，进而产生较大噪音。一是油泵进油不畅引起的，产生原因：进油管管径太小、弯头太多、管路太长引起阻尼过大，滤油器过小或阻塞，补油泵故障，液压泵距油箱液面过高、转速过高等。二是工作介质中混入了空气。产生原因：油箱设计不合理、油箱液面过低、软管有气孔、液压泵油封损坏、工作介质选择不合理、管接头有漏气、系统排气不畅等。三是使用的元器件质量较差，耐久度低，在工作过程中容易出现异常，导致机器运行故障。

2 液压缸自身因素造成掉缸

由于液压缸经常承受比较大的压力，因此其密封性能必须要良好才能在使用是承受较大压力。在液压缸的零部件选配加工过程中必须要严格控制装配精度在一定精度范围内时，会存在一定的漏油，但是该部分油液会起到一定的减小摩擦的作用，但是漏油仅限于工作状态下，在静止状态下液压杆不应该存在漏油情况。

（1）液压缸装配。当液压缸在装配时，由于差活塞杆与筒定心存在偏差，会导致活塞杆在伸缩时与周边的密封原件存在较大的摩擦力，造成元件摩擦损坏等。当密封原件的性能较差，导致密封件容易老化损伤或尺寸公差达不到需要的精度也会导致液压缸存在漏液现象，也会间接的造成液压缸掉缸。

（2）液压缸内泄漏与外泄漏。当液压缸发生泄漏时，内部的油液会溢出会环境和造成一定的污染，当液压系统发生故障的时候会造成机械设备无法正常工作，影响施工效率和工程进度。液压系统泄漏可以根据泄露方向不同分外漏和内漏两种。外泄漏是压力油在承压状态下由于密封达不到要求造成油液从系统中泄露出来，由于密封失效或老化等一些原因，造成液压油从高压内侧流向低压内侧影响机械的使用。常见的外泄故障不需要非常专业的检测手段就可以发现，当机器处于满载和空载时，依然有油液沿着机械臂外流或在地上有明显的液压油痕迹，则我们需要关注是否存在压油外泄的情况。当挖掘机在作业时无法发力，但外部机械又很干净，不明显的渗漏液现象，地面也无漏油现象，改种情况下要考虑是否存在液压缸内泄漏情况发生。这种情况下去检查主控阀，挖掘机，主泵等若一切正常，而系统压力又不够稳定，则可以判定为液压缸内泄。

（3）根据液压缸温升判断。温度是我们常用的对机械健康程度进行监测的指标，因此在挖机使用前通常需要对机器进行预热，这时候要用专业的监测温度计对缸体的横向和纵向温度变化情况进行密切监测。如果出现缸筒各个部件的温度都大于常规值时，可能的原因是密封存在问题，造成机械负载过大，过载溢流频繁从而引起设备温度大幅升高。如果出现液压缸的温度上升不均匀，一种原因可能是活塞密封损坏造成油液内泄，另一种可能是缸筒被拉伤或者被卡太紧，造成发生变形，摩擦力增大，阻力也增大，造成温度不均匀升高。

（4）环境及其他因素。挖掘机通常被用于施工现场，工作环境往往比较恶劣，施工中湿度大、尘土大，周边还会存在大量的沙石、铁屑等坚固物质。这些坚固物质在活塞运动时容易对液压缸的活塞造成磨损或撞击，同时由于环境中湿度较高，活塞杆在运动时摩擦产生热量，容易与空气中的氧气进行反应，造成活塞杆被氧化腐蚀，影响其刚度。因此需要在活塞杆上安装可以根据活塞运动而随着可伸缩的外部保护套，来防止活塞杆被外部物理损伤。

3 液压系统引起液压缸掉缸

（1）液压系统控制阀压力调整过低或密封不严。通常情况下，液压系统在工作时的工作压力影响着整机的工作运行状态和性能，一旦液压系统的工作压力发生异常情况，就会造成挖掘机处于异常工作状态，这时候应及时查看挖掘机的液压系统主泵的工作压力是否符合相关要求以及其先导压力是否符合要求。如果液压泵在工作状态过程中造成内部磨损严重，液体的泄漏量增大，就会使得液压系统到工作时压力降低。在某种情况下液压系统内控制阀被迫停留在全开的状态时，液压泵输出的液压油就会从溢流阀直接流入液压油箱，从而使液压系统在工作时无压力。

（2）液压油品质。由于不同的机械设备使用环境不同，承受的压力不同，机械型号不同等原因，会导致不同的工作场所所需要的液压油型号具有很大的差异，因此根据实际情况选用合适的液压油并且按照机器的最佳添加量来加注液压油非常重要，同时应根据使用频率以及负载情况定期对液压油进行检查，确保液压油的清洁程度处于可接受范围内。在加注液压油的时候需要专业的操作人员来实施，避免由于加注不科学或方式不对等原因对机械设备造成伤害，在加注时千万避免在油液中混入了水分和一些其他杂质导致油液不纯。在日常维护中要定期对油液的颜色、状态等进行检查，查看是否已经变色，是否存在杂质，是否有泡沫等非正常情况，要对情况进行分析，找出原因及时解决，避免出现重大事故或对机械造成重大损害。

（3）液压油内杂质。由于液压缸存在运动部件，因此在作业时缸体会存在摩擦情况，会有一些金属物质进入到液压油中，这些杂质容易导致阀孔阻塞、阀芯磨损、密封圈磨损，从而导致液压油发生泄漏。液压油中出现杂质是正常的也是无法避免的，造成原因也是多方面的，但是我们可以采取一定的措施减少杂质发生，减少对机械的损害。在使用机器前要对机器进行清理和检查，将运动部件上的沙石、泥土等清理干净，定期对液压系统中的部件进行检查，对于老化损坏部件及时更换，密封圈检查是否存在漏液情况，当密封不严密时，要立即进行更换，避免杂质进入液压系统。

4 常见液压系统检修方法

（1）元件故障检测法。对于液压系统出现的故障，我们可以从故障的现象依据经验判断问题出现在哪个元件，然后对相应元件进行检查。比如，对于动力元件液压泵，不出油、油量不足、压力上不去。我们可以从以下几个方面考虑：电动机是不是反转了；吸油管或过滤器堵塞了、轴向间隙过大、连接处混入空气、液压油粘度太大或温度过高引起供油压力上不去等。对于控制元件，根据阀的类型，对于压力阀，检修时最常见的就是压力波动，溢流阀可能是由于弹簧的刚度不足引起弹簧力不足等；减压阀可能是由于油液中混入空气、阻尼孔堵塞、阀芯在阀体中卡住等。对于执行元件液压缸，推力不足或工作速度逐渐下降甚至停止。最常见的是密封出现了问题，在进行检修时，需要确保活塞顶到头，且排油接头处处于开启状态，借助外力强行制动活塞，当供油压力到达阈值时，观察活塞情况。若活塞无变化，却有少量的油液排出，则证明了其密封性较差，在运行过程中会出现油液渗漏情况。需要注意的是，在对液压缸进行检修时，要确保检测次数，通过反复检测来提升检测结果的准确性。

（2）感官检修法。感官检修法是专业的维修工程师利用看、摸、闻、听、查的方式，根据个人积累的实践经验，找到故障可能产生的原因和产生的地点，并提出经济合理的维修方案。

①通过直接观察液压系统运行过程来判断。一看工作介质，观察油液的状态，表面是否有泡沫，粘度是否过大或过小，里面是否混有杂质，油液是否低油标线等；二是看泄漏，看管道接头处、液压缸、液压泵等一些结合的地方是否有液压油渗漏出来；三是看速度，看液压缸等执行元件的伸出或者缩回的速度是否正常；四是看压力，要对机械作业过程中对各个测压点的压力情况进行检查，查看压力情况是否一直在波动，波动是否存在一定的规律，是否在波动允许范围内，系统的压力是否足够稳定，流量是否均匀等；五看振动，在作业过程中看各个运动部件在承受压力后是否存在不规则或较大的震动情况。

②通过摸的方式，前提一定是要保证足够的安全，直接接触部件。一是用手摸液压泵、油箱和控制阀等元件的外表面，若短时间接触能明显感觉到烫手，超出了正常的温度范围，就应检查是元件故障还是冷却等方面出现了问题；二是触摸液压管和运动元件，看是否存在不规则的高频率振动情况，要对其进行仔细检查，找出故障原因；三是闻，通过对液压油是否存在刺鼻气味或臭味来判别液压油是否已经完全变质，是否存在橡胶焦味来判断橡胶件是否已经老化或存在过度磨损的情况。

③通过声音来判断液压系统的工作是否正常，快速找出发生故障的位置并及时进行维修。一般有四听：一听噪声，可以听液压泵、溢流阀、顺序阀等元件工作状态下发出的噪声，和正常运行状态下的噪音进行比较，判断是否过大；耳听声音，仔细听换向阀等控制元件是否会发生敲击缸体缸盖发出的巨大声音，然后和正常运行状态进行比较，查看是否声音不对来找出故障。

④通过查，针对经常性出现的故障，查阅以前的维修记录，判定原因，是维护保养不到位、使用环境过于恶劣、还是操作不当引起的。感官检修法比较简单，可以不借助外界仪器设备来实现对故障的判断和寻找，但对人员的实践经验要求较高，一般初学者很难使用该方法来寻找故障。