24M 平路机传动系统的分析与优化

2023-09-21赵巧平

露天采矿技术 2023年4期

赵巧平

（国能准能集团有限责任公司设备维修中心，内蒙古鄂尔多斯 010300）

24M 平路机是由美国卡特彼勒工程机械制造公司设计并生产，具有出色的可控性[1]。目前，国家能源集团准能公司黑岱沟露天煤矿有24M 平路机共5台，平路机及推土机是露天煤矿采运排开采工艺中的主要排土设备，主要承担黑岱沟露天煤矿主干道及辅路的平整任务[2]。平路机工作状态如何将直接关系到整个露天矿运输道路的畅通安全，24M 平路机在露天矿生产中运行的高效性、安全性成为露天矿坑下道路畅通的首要问题。因此，工程机械维修工如何减少24M 平路机传动系统故障，精准判断故障，迅速恢复设备成为确保露天矿安全生产的重要议题[3]。

1 传动系统的液压原理

柴油发动机产生的动力经过变矩器和输入驱动轴传递到变速箱。变速箱具有3 个速度离合器和3 个方向离合器。2 个离合器必须同时接合才能通过变速箱传递动力。变速箱行星输出齿轮输出的动力经过分动器、下驱动轴到达差速器。差速器通过转动车轴转动终传动的行星齿轮。

1.1 变矩器液压控制

变矩器出口卸压阀负责控制变矩器内的最大油压，油经过来自变矩器的油道进入变矩器出口卸压阀，油流过出口油道到达变速箱油冷却器，从油冷却器流经变速箱润滑系统，最后到达油底壳。

变矩器锁止离合器的调制阀是传动系电子控制模块（ECM）的输出。ECM 将会分析适当的控制输入[4]。当ECM 确定条件正确时，ECM 将会接合调制阀。油通过来自传动系油滤清器的供油端口进入阀门。阀门随后将为锁定离合器注油。阀门随后调节锁定离合器内的压力。阀门根据电磁阀内的电流大小保持一定的压力。变速箱电子控制模块（ECM）决定提供给锁定离合器阀的电流量。调制阀接合后，锁止离合器接合。这可允许变矩器的输出轴转速与发动机输出转速一致。变矩器锁止离合器的接合主要提供了从发动机输出到变矩器输出的直接动力传输。

1.2 变速箱液压控制

变速箱液压控制总成负责控制到变矩器和变速箱离合器的油压。变速箱液压控制总成安装在变速箱行星齿轮总成的顶部上。变速箱液压控制总成由以下部件构成：6 个离合器电磁调节阀,变速箱液压控制卸压阀和变矩器入口卸压阀。变速箱液压控制总成工作用高压油从变速箱油泵流到变速箱油滤清器，油流经变速箱液压控制总成，为变速箱液压控制卸压阀供油[5]，油还流到6 个离合器电磁调节阀和锁定离合器的调节阀，6 个离合器电磁调节阀安装在变速箱顶部，每个变速箱离合器具有单独的离合器电磁调节阀，要想移动机器，方向离合器电磁阀和速度离合器电磁阀必须同时通电，离合器电磁调节阀用来直接调节输送给每个单独离合器的油压。

变速箱液压控制卸压阀负责控制提供给离合器电磁调节阀和变矩器的油压。油压必须克服主卸压阀的弹簧力。这将保持离合器电磁调节阀稳定的供应压力。变速箱液压控制卸压阀的供油压力由主卸压阀保持。油通过入口油室进入变速箱液压控制卸压阀。油流过主卸压阀进入变速箱控制油道，直到超过主卸压阀的压力设定值为止。主卸压阀将向右移动。从而使过量的油流入油道和变矩器。最大变矩器入口压力由变矩器入口卸压阀控制。当变矩器入口压力达到最大值时，变矩器入口卸压阀打开，将过量的油返回油底壳。

1.3 离合器电磁调节阀工作原理

离合器电磁调节阀是传动系电子控制模块（ECM）的输出。离合器电磁调节阀为比例控制电磁阀。离合器电磁调节阀被传动系ECM 用来直接调节输送给每个离合器的油压。当操作员选择方向或速度时，传动系ECM 将通过发送脉冲宽度调制信号（PWM）改变离合器电磁阀的电流。电磁阀柱塞（阀）的移动距离与电磁阀的电流成比例。电磁阀柱塞（阀）的位置控制选定离合器的油压。由流过离合器电磁阀调节阀的电流量调节输送至选定离合器的油压大小。当传动系ECM 发送最大电流到离合器电磁阀调节阀时，离合器内的油压达到最大。离合器电磁调节阀的最大油压等于变速箱液压控制卸压阀的最大油压。当没有电流发送到离合器电磁调节阀时，离合器内的油压应当为0。

1.4 传动系ECM 工作原理

传动系ECM 将启动操作员选定的变速箱离合器电磁调节阀。3 个离合器电磁调节阀为方向离合器供油。3 个离合器电磁调节阀为速度离合器供油。要使机器移动，1 个速度离合器电磁阀和1 个方向离合器电磁阀必须同时通电。

1.5 传动系统润滑

1）输入分动器通过变速箱行星齿轮获得润滑油。其中1 个离合器内的2 条油道为分动器输送润滑油。每条油道负责为1 个输入齿轮输送润滑油。

2）输出分动器通过分动器壳体内甩起的油得到润滑。由于分动器壳体也是变速箱油路的储油箱，因此所有回油流入壳体的底部。通过齿轮在油内的运动将油甩到所有部件上。

3）差速器和伞齿轮润滑。差速器从伞齿轮壳体内溅出来的油得到润滑。横轴每侧的平面允许润滑油进入小齿轮和止推垫圈[6]。

2 传动系统的故障分析

1）变矩器故障现象及可能原因。变矩器压力高，变矩器内部有阻力，油道或油冷却器中有阻力，变矩器入口卸压阀卡死在关闭位置[7]；变矩器压力低，变矩器入口卸压阀卡死在打开位置，变矩器出口卸压阀的调整不当，变矩器出口卸压阀内的滑阀不动；变矩器过热，当前的变速箱档位与机器的负载不匹配，降至较低档位，变速箱中的油位过高或过低，发动机散热器的冷却液液位偏低，油冷却器或油路堵塞，流过变矩器的油流太低；锁止离合器不接合，锁止离合器的通/断开关不处于通位置，锁止离合器的通/断开关故障或开关失效，叶轮离合器电磁线圈或叶轮离合器电磁阀故障，叶轮离合器电磁线圈或叶轮离合器电磁阀失效，电路有故障，锁止离合器未启用。

2）变速箱故障现象及可能原因。变速箱在所有速度下都不能工作或在所有速度下都出现滑动，电路有故障，机油压力低，机油滤网脏污，机油流路有阻力，油泵故障[8]，变速箱内部有泄漏，离合器活塞周围的密封损坏，变矩器入口卸压阀卡在打开位置，变矩器有故障，变速箱中有机械故障，离合器盘和离合器片出现过度磨损；变速箱发出异常噪声，变速箱部件磨损或损坏，齿轮损坏，离合器片或离合器盘的齿磨损，离合器片打滑且离合器盘会发出噪声，其它变速箱部件磨损或有损坏的变速箱部件[9]；变速箱在特定档位不工作，此档位的调节阀不工作，电路有故障，因活塞密封泄漏而导致油压低，离合器盘和离合器片磨损太严重，离合器组件已损坏；离合器接合缓慢，机油压力低，变矩器入口卸压阀卡死，变矩器的调节阀出现故障。

3）传动系统零部件机械故障现象及可能原因。传动链条裂纹、折断、变形，链条疲劳、链条箱油位低润滑不良，操作人员操作不当；分动箱异响，轴承间隙调整不当，分动箱内部齿轮或其他零部件松动，分动箱内部有影响正常运行的杂质，分动箱内部机械损坏；差速器和伞齿轮异响，啮合齿轮间隙异常，轴承间隙异常，内部机械故障，内部零部件松动；终传动异响，轴承间隙调整不当，轴承磨损严重，终传动内部零部件松动，终传动内部机械故障。

3 传动系统存在缺陷及优化

1）存在缺陷。分动箱（PTO）润滑不良，造成5 台24M 平路机传动泵联轴器处轴承频繁出现高温，烧坏。故障点隐蔽，不易发现，泵的运行需要的负荷增加，引起发动机负荷增加，隐蔽的故障持续作业造成传动泵彻底损坏，发动机飞轮壳上的后齿轮和轴承损坏，分动箱出现机械损坏等故障。

2）优化原理及方案。优化原理：由于分动箱的润滑油来源于传动泵回油压力，压力太低不能达到很好的润滑效果，从变矩器出口压力油处增加到分动器的润滑油管替代原有的润滑管路，使得润滑油压力达到变矩器出口油压力值，达到很好的润滑效果；优化方案：拆卸油管2 下端及法兰4，油管3 右端去掉法兰4 直接安装在原接口处，法兰4 安装在管1的右端，管2 的下端安装在管1 右端的法兰上，由于管1 右端和管3 右端安装距离发生变化，在实际安装过程中需要互换安装螺栓。管路改造前后对比如图1。

图1 管路改造前后对比

3）优化后传动系统压力测试。变矩器闭锁离合器压力：在停车制动器接合的同时起动发动机，松开停车制动器，将变速箱操纵杆置于任何前进档位上，待机器行驶速度超过6 km/h 后接合闭锁离合器，将发动机转速设定到1 500 r/min，检查变矩器闭锁离合器的压力为1 720 kPa 。经过测压，压力在规定范围内。主卸压阀压力：起动发动机并在低怠速下运转发动机，压力为1 930 kPa，以高怠速运转发动机，压力为2 210 kPa。经过测压，压力在规定范围内。变速箱离合器电磁调节阀压力：将变速箱置于空档，让发动机以高怠速运行，压力为2 120 kPa，将变速箱置于后退一档，让发动机以高怠速运行，压力为2 120 kPa，将变速箱置于前进二档，让发动机以高怠速运行，压力为2 115 kPa，将变速箱置于前进三档，让发动机以高怠速运行，压力为2 172 kPa。经过测压，压力在规定范围内。差速锁卸压阀压力：连续运行机器，直到变速箱油的温度达到80～90 °C 为止，将机器放在光滑、水平的表面上，将变速箱操纵装置挂入空档位置，将铲斗降至地面，将机具锁止开关转到ON 位置，把停车制动器开关按到ON 位置，把发动机转到OFF（关闭），轮子前后都塞上垫块，启动并运转发动机，通过按下差速器控制开关将差速器电磁阀转到ON 的位置，压力为2 400 kPa。经过测压，压力在规定范围内。

4 传动系统优化后设备的运行情况

在未优化前24M 平路机传动泵和分动箱频繁出现故障，故障原因80%都是由于分动箱润滑不良，传动泵轴承高温，驾驶员及检修人员不能及时发现，在这种情况下行车，进而传动泵轴承彻底损坏，造成故障点扩散，出现传动泵机械损坏，甚至分动箱壳体机械损坏。严重时还会造成分动箱里的其他零部件损坏，维修分动箱需要2 d，严重影响设备出动率，增加维修成本。优化后的润滑方式在更换润滑油管后，就可以避免了传动泵轴承高温，延长了传动泵及分动箱使用寿命。根据设备远行情况跟踪，分动箱润滑方式优化后传动泵的使用寿命是优化前的2倍，同时分动箱避免了机械故障的发生。