挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障診斷

1、2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） i 摘 要 挖掘機作為工程機械的主力機種，被廣泛應(yīng)用于各種各樣的施工作業(yè)中。挖掘機 產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)，由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作復(fù)雜， 于是它對液壓系統(tǒng)的使用與維護(hù)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系 統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析研究對推動我國挖掘機發(fā)展具有十 分重要的意義。隨著挖掘機自動化水平的提高,液壓系統(tǒng)的故障診斷已經(jīng)成為現(xiàn)代挖 掘機的關(guān)鍵技術(shù)之一,開展挖掘機液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究,對于提高挖掘機的可 靠性水平和施工效率具有重要的意義。若其液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如能在現(xiàn)場準(zhǔn)確、 快速的

2、診斷出故障的所在部位和原因，并及時排除，將對加快工程進(jìn)度、減少經(jīng)濟損 失有重要意義。 在全面搜集了國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng) 的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。 論文對挖掘機的各種工況進(jìn)行了分析，系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機液壓系統(tǒng)。在分析挖掘 機液壓系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上， 本文對挖掘機液壓系統(tǒng)常見故障進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)分析。 總結(jié)了較為完善挖掘機液壓系統(tǒng)故障判斷及維修方式方法。本文以國外挖掘機液壓系 統(tǒng)為主要研究對象進(jìn)行了具體分析。 關(guān)鍵字：挖掘機，液壓系統(tǒng)，故障診斷，故障維修 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 ii 目 錄 前 言 .1 正 文 .3 第

3、1 章 挖掘機液壓系統(tǒng)發(fā)展概況 .3 11 國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .3 111 國外研究狀況及發(fā)展趨勢 .3 112 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.5 第 2 章 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 .7 2.1 挖掘機液壓系統(tǒng)概述.7 22 液壓挖掘機的基本動作及工況分析 .8 第 3 章 挖掘機液壓系統(tǒng)故障診斷 .10 3.1 故障診斷時應(yīng)遵循的一般原則.10 3.2 診斷液壓系統(tǒng)故障的方法 .10 3.2.1 根據(jù)液壓系統(tǒng)圖查找液壓故障 .10 3.2.2 利用因果分析圖查找液壓故障 .10 3.2.3 利用故障現(xiàn)象與故障原因相關(guān)分析表查找液壓故障 .11 3.3 實例分析.11 3.3.

4、1 pc200-5 型挖掘機液壓系統(tǒng)故障診斷與排除.11 3.3.2 日立 ex220 挖掘機的故障診斷.12 結(jié) 論 .16 致 謝 .17 參考文獻(xiàn) .18 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 液壓挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工 程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量加快建設(shè)速 度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機具有多品種，多功 能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。 液壓挖掘機的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。挖掘機與液壓傳動緊密地聯(lián)系在一起， 其發(fā)展主要以液壓

5、技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作 很復(fù)雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓 系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析研究已經(jīng)成為推動挖掘機發(fā)展中 的重要一環(huán)。 挖掘機行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。當(dāng)時美國西部開發(fā)，進(jìn)行鐵路 建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機械手的挖掘 機，它采用蒸汽機作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機沒有得到很大 的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。 導(dǎo)致挖掘機發(fā)展緩慢的主要原因是：其作業(yè)裝置動作復(fù)雜，運動范圍大，需要采 用多自由度機構(gòu)，古老的機械傳動對它

6、不太適合。而且當(dāng)時的工程建設(shè)主要是國土開 發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對挖掘機的應(yīng)用相 對較少，在一定程度上也限制了挖掘機的發(fā)展。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式 挖掘機。隨著液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術(shù)，挖掘機有了適合它的 傳動裝置，為挖掘機的發(fā)展建立了強有力的技術(shù)支撐，是挖掘機技術(shù)上的一個飛躍， 同時，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，也開 始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能 行走、回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑

7、和溝槽的挖掘 機得到了廣泛應(yīng)用。 全世界各種施工作業(yè)場約有65至70的土石方工程都是由挖掘機完成的。挖掘 機是一種萬能型工程機械，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機械的第一主力機種，在世 界工程機械市場上已占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴大。挖掘機的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的 應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓 挖掘機行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計， 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 2 所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。 2008 屆工程機械運用與

8、維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 正 文 第 1 章 挖掘機液壓系統(tǒng)發(fā)展概況 11 國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 111 國外研究狀況及發(fā)展趨勢 從20世紀(jì)60年代液壓傳動技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機上至今，挖掘機液壓系統(tǒng)已經(jīng)發(fā) 展到了相當(dāng)成熟的階段。近幾年來，隨著液壓挖掘機產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴大， 世界上著名的挖掘機生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來提高自己挖掘機在國際上的競 爭力，主要表現(xiàn)在五個方面；液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)向閉式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；系統(tǒng)的 節(jié)能技術(shù)成為研究的重點；系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢日益凸顯；系統(tǒng)的 操縱特性上升到很重要的地位；液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流。 （1）從開

9、式液壓系統(tǒng)向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變 日本小松(kamatsu)公司90年代以前一直致力開發(fā)開式負(fù)載敏感系統(tǒng)(olss)，用 以降低液壓系統(tǒng)的損耗。開式液壓系統(tǒng)采用三位六通閥，其特點是有兩條供油路，其 中一條是直通供油路，另一條是并聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速 和旁路節(jié)流調(diào)速同時起作用，其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響，因此這種系 統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能差。另外，當(dāng)液壓元件一起復(fù)合動作時，相互干 擾大，使得復(fù)合動作操縱非常困難。這是開式系統(tǒng)的大缺點。挖掘機作業(yè)工程中要求 對液壓元件能很好地控制其運動速度和進(jìn)行微調(diào)，而且在多種工況下要求多個執(zhí)行元 件完成復(fù)合動作，而長期以

10、來使用的開式液壓系統(tǒng)無法滿足挖掘機的調(diào)速和復(fù)合動作 的要求。近年來在國外的挖掘機液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)(clss)。它可以 采用一個油泵同時向所有液壓元件供油，每一個液壓元件的運動速度只與操縱閥的閥 桿行程有關(guān)，與負(fù)載壓力無關(guān)，泵的流量按需提供，而且多個液壓元件同時動作時相 互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要特點。這種系統(tǒng)非常符合挖掘機 操作的要求，它操縱簡單，對司機的操縱技巧要求低，在國際上已經(jīng)獲得較廣泛的使 用，是挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機液壓系統(tǒng)從 開式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 4 （2）節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用 目前

11、液壓挖掘機上典型的節(jié)能技術(shù)基本上有兩種。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制 技術(shù)，目前液壓挖掘機都選用其中一種控制技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一 種利用泵的出1：3壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。德 國曼內(nèi)斯(mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以 控制一個或幾個液壓作用元件，而與對其施加的載荷無關(guān)。該系統(tǒng)不僅易于操縱，而 且微動控制特性很好。其最大的特點就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對油泵進(jìn)行控 制，從而實現(xiàn)在按需供流的同時，使調(diào)速節(jié)流損失控制在很小的固定值，從而達(dá)到節(jié) 能的目的。負(fù)流量控制技術(shù)是通過位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓

12、力對主泵的排 量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。目前以韓國現(xiàn)代(hyundai)、日本小松(komatsu)和日本日立 (hitachi)為代表的許多國外著名品牌的挖掘機生產(chǎn)商都在自己的挖掘機液壓統(tǒng)中使 用了負(fù)流量控制技術(shù)。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和維修性好等特 點，但在起始點為重負(fù)荷下作業(yè)時，因流量與負(fù)載有關(guān)，所以可控制性較羞。 （3）提高負(fù)載能力和可靠性 為了提高挖掘機的負(fù)載能力，直接的方法是提高其液壓系統(tǒng)工作壓力、流量和功 率。目前，國際上先進(jìn)的挖掘機產(chǎn)品的額定壓力大都在30mpa以上，并且隨著技術(shù)的 進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢；流量通常在每分 鐘數(shù)百升：

13、功率在數(shù)百千瓦以上。如德國ok制造的目前世界上首臺最大的rh400型 全液壓挖掘機，鏟斗容量達(dá)42m3，液壓油源為18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá) 10200lmin：原動機為2臺qsk60柴油發(fā)動機，總功率高達(dá)2014kw。由于液壓挖掘機 經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響系統(tǒng)的可 靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無 限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、 電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓 挖掘機強度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國提出了考核

14、動強度的動態(tài)設(shè)計分 析方法。日本制定了液壓挖掘機構(gòu)件的強度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)， 使液壓挖掘機的運轉(zhuǎn)率達(dá)到8595，使用壽命超過l萬小時。 （4）重視操縱特性 挖掘機液壓系統(tǒng)的操縱特性越來越受到重視。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機， 不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、 液壓伺服操作和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。各種高新技術(shù)的 應(yīng)用，使得挖掘機液壓系統(tǒng)操縱特性大大提高。 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （5）液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)

15、合 的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了巨大發(fā)展，特別是傳感器、計算機和檢測儀 表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有機結(jié)合，開發(fā)和研制出了許多新型電液自動控制 系統(tǒng)，提高了挖掘機的自動化程度，推動著挖掘機的迅猛發(fā)展。目前國外先進(jìn)品牌的 挖掘機在電液聯(lián)合控制方面的研究已趨成熟。美國林肯貝爾特公司新c系列l(wèi)s一 5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的 浪費。日本住友公司生產(chǎn)的fj系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔 助的功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機功率和液壓功率的消 耗，并延長了零部件的使用壽命。 112 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨

16、勢 從國內(nèi)情況來看，我國挖掘機行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖掘機液壓系統(tǒng)方面的理論 還比較薄弱。國內(nèi)大部分挖掘機企業(yè)在挖掘機液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由 于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳 統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國外挖 掘機產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機液壓系統(tǒng)都被國際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾 乎是空白，這樣國內(nèi)的挖掘機生產(chǎn)廠家就無法獨立制造出性能優(yōu)異的挖掘機，絕大部分的市場份 額都被國外各種品牌的挖掘機所占據(jù)。以20t級的中型液壓挖掘機為例，國產(chǎn)20t級挖掘機

17、大多數(shù)是 歐洲80年代初的技術(shù)，同90年代初以來在國內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國大宇、 現(xiàn)代等機型相比，其主要差距柴油機功率偏低，液壓系統(tǒng)流量偏小，液壓系統(tǒng)特性差，導(dǎo)致平臺 回轉(zhuǎn)速度低，行走速度低，各種性能參數(shù)均偏小，整機性能和作業(yè)效率較國外偏低。國內(nèi)挖掘機 的趨勢必然是以技術(shù)研發(fā)為主，放棄傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)挖掘機，迅速提高其市場競爭力。 12本論文的研究內(nèi)容 挖掘機液壓系統(tǒng)方面的技術(shù)多種多樣，本文主要以國外幾種知名品牌的挖掘機液 壓系統(tǒng)為主要研究對象，對其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究，采用數(shù)字 仿真系統(tǒng)建模仿真，為挖掘機的液壓系統(tǒng)的控制理論研究提供一定的參考信息。 （1）挖掘

18、機液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動態(tài)的分析研究 大量搜集國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)方面的相關(guān)技術(shù)資料，系統(tǒng)了解挖掘機液壓系統(tǒng) 的發(fā)展歷史，分析總結(jié)挖掘機液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動態(tài)。 （2）挖掘機液壓系統(tǒng)分析 對液壓挖掘機一個工作循環(huán)中的四種工況：挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 6 工況和卸載返回工況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了每個工況下各執(zhí)行機構(gòu)的主要復(fù)合動 作。根據(jù)液壓挖掘機的主要工作特點，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機液壓系統(tǒng)：動力性要求和 操縱性要求。另外，還提出了一種有效、簡便、直觀的挖掘機液壓系統(tǒng)的分析方法， 并詳細(xì)介紹此方法的步驟。 （3）pc200-5型挖掘機、日本加藤hd

19、-900v型挖掘機作為研究對象，認(rèn)真查閱 該機型相關(guān)資料，分析該挖掘機液壓系統(tǒng)的組成、特點及工作原理。對其某些典型故 障進(jìn)行詳細(xì)分析、診斷，提出檢查內(nèi)容、檢查方法、檢查結(jié)果、故障原因和處理措施； 對其常見故障進(jìn)行原因分析并列出處理方法。 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2 章 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 要了解和設(shè)計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各 種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)合 動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 2.1 挖掘機液壓系統(tǒng)概述 按照挖掘機工作裝置

20、和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接 起來就組成一個挖掘機液壓系統(tǒng)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將發(fā)動機的機 械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)變 為機械能，進(jìn)而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。按照不同的功能可將挖掘機液壓系統(tǒng)分為三 個基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。挖掘機的工作裝置主要由動臂、 斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路?；剞D(zhuǎn)裝置 的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行挖掘和卸料，完成該動作 的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達(dá)?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動 無沖擊、振動和

21、搖擺，與其它機構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機構(gòu)的流量。行走 裝置的作用是支撐挖掘機的整機質(zhì)量并完成行走任務(wù)，多采用履帶式和輪胎式機構(gòu)， 所用的液壓元件主要是行走馬達(dá)。挖掘機的動作復(fù)雜，主要機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換 向，負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此挖 掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： （1）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn) 復(fù)合動作。 （2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進(jìn)行，又能復(fù)合動作，以提高挖掘 機的生產(chǎn)率。 （3）履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并 且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。

22、 （4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 （5）保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好 的過載保護(hù)回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快速下降和 整機超速溜坡。 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 8 22 液壓挖掘機的基本動作及工況分析 液壓挖掘機的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖2.1所示)：動臂升降、斗桿收放、 鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作(例如整機轉(zhuǎn)向等) 不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。由于液 壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求：(1)實現(xiàn)各 種主要

23、動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流 量也能相應(yīng)變化：(2)為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往 往要求有兩個主要動作(例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn))同時進(jìn)行復(fù)合動作。斗桿液壓 缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。 1一動臀升降：2一斗桿收放；3鏟斗裝卸；4一轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)；5整機行走 圖2.1 液壓挖掘機作業(yè)過程 液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合主要包括： （1）挖掘：通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘， 因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。 （2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)：挖掘結(jié)束，動臂液

24、壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn) 液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 （3）卸載：轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，用了調(diào)整卸載位置，還要有動臂液壓缸 的配合，此時是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，間以動臂動作。 （4）空斗返回：卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把 空斗放到新的挖掘點，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗稈的復(fù)合動作。 挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動 作，必要時配以動臂液壓缸的動作。一般在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動 臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，見圖22所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望 斗桿和動臂分別由獨立的油泵供

25、油，以保證彼此動作獨立，相互之間無干擾，并且要 求泵的供油量小，使油缸動作慢，便于控制。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 一定的軌遜進(jìn)行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂 三者同時作用完成復(fù)合動作見圖23所示。 (a)或切削斜坡（b）時斗尖沿直線切削 圖2.2 平整土地 （a)或壓整路面 圖 2.3 鏟斗保持一定角度切削 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 10 第 3 章 挖掘機液壓系統(tǒng)故障診斷 3.1 故障診斷時應(yīng)遵循的一般原則 當(dāng)發(fā)生故障時要根據(jù)不同機型的特點,充分利用設(shè)備自身的監(jiān)控系統(tǒng)，具體問題 具體分析,掌

26、握有效的故障分析方法。在診斷時應(yīng)遵循由外到內(nèi)、由易到難、由簡單 到復(fù)雜的原則進(jìn)行，挖掘機液壓傳動系統(tǒng)故障診斷的順序是：查問資料(挖掘機使用 說明書及運行、維修記錄等)了解故障發(fā)生前后的設(shè)備工作情況外部檢查 試車觀察(故障現(xiàn)象、車上儀表)內(nèi)部系統(tǒng)檢查(參照系統(tǒng)原理圖)儀器檢查系 統(tǒng)參數(shù)(流量、溫度等)邏輯分析判斷調(diào)整、拆檢、修理試車故障總 結(jié)記錄。挖掘機的故障有許多種，如遇較復(fù)雜的綜合故障，應(yīng)仔細(xì)分析故障現(xiàn)象，列 出可能的原因逐一排除。 3.2 診斷液壓系統(tǒng)故障的方法 首先從故障現(xiàn)象分析入手，查明故障原因是排除故障的最重要和最困難的一個環(huán) 節(jié)。特別是初級液壓技術(shù)人員，遇到故障往往一籌莫展，感到束

27、手無策。下面從工作 經(jīng)驗出發(fā)談?wù)劜檎乙簤汗收系姆椒ā?3.2.1 根據(jù)液壓系統(tǒng)圖查找液壓故障 熟悉液壓系統(tǒng)圖，是從事使用，維修工作技術(shù)人員和技術(shù)工人的基本功，是排除 液壓故障的基礎(chǔ)，也是查找液壓故障的一種基本方法。液壓系統(tǒng)圖表明了液壓設(shè)備的 工作原理 ，表示系統(tǒng)各執(zhí)行元件的動作循環(huán)及控制方法。 在用液壓系統(tǒng)圖排除故障時，主要方法是抓兩頭即抓動力源(油泵)和執(zhí)行元件 (油缸馬達(dá)) ,然后是連中間即從動力源到執(zhí)行元件間經(jīng)過的管路和控制元件。 “抓兩 頭”要注意分析故障是否就出在油泵 ,油缸和馬達(dá)本身。 “連中間”時除要注意分析 故障是否出在所連管路上的液壓元件外,還要特別注意弄清系統(tǒng)從一個工作狀態(tài)

28、轉(zhuǎn)移 到另一個工作狀態(tài)時采用哪種控制方法 ,控制信號是否有誤 ,要針對實物進(jìn)行檢查。 檢修中要注意各個主回路間及主回路與控制回路間有無接錯而產(chǎn)生相互干涉現(xiàn)象 。 3.2.2 利用因果分析圖查找液壓故障 用因果圖（又稱魚刺圖）分析，即能對液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行快速分析判斷 , 找出主次原因，又能積累排除故障的經(jīng)驗。 3.2.3 利用故障現(xiàn)象與故障原因相關(guān)分析表查找液壓故障 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 根據(jù)工作實踐，總結(jié)出故障現(xiàn)象與故障原因相關(guān)分析表（有時技術(shù)資料中也提供)，可用于液 壓系統(tǒng)故障的查找和處理。 3.3 實例分析 3.3.1 pc200-5 型挖掘機液壓

29、系統(tǒng)故障診斷與排除 pc200-5 型挖掘機液壓系統(tǒng)是由一些基本回路和輔助回路組成，其元器件主要由工 作泵、補油泵、先導(dǎo)控制閥、分配閥、安全閥、大臂油缸、小臂油缸、鏟斗油缸、油 箱及相關(guān)管路等組成。 pc200-5 型挖掘機液壓系統(tǒng)在工作過程中，液壓油自油箱底部通過濾油器被工作泵 吸入，從油泵輸出具有一定壓力的液壓油進(jìn)入一組并聯(lián)的分配閥。通過手柄先導(dǎo)閥 工作閥組來實現(xiàn)相應(yīng)的動作，系統(tǒng)通過總油路上的總安全閥限定整個系統(tǒng)的總壓力， 各組工作油路的安全閥分別對相應(yīng)油路起過載保護(hù)和補油作用。 原因分析：pc200-5 型挖掘機動臂舉升緩慢無力，而轉(zhuǎn)斗翻轉(zhuǎn)正常。從工作原理圖 不難看出：其它工作正常，這說

30、明工作泵、總安全閥是正常工作的，他們所提供給整 個系統(tǒng)的壓力足夠，同時也說明泵進(jìn)油端的管路和濾油器以及油箱的油量、油質(zhì)沒問 題。此時只需檢查大臂滑閥、大臂油缸、大臂部分的油管、及其密封件了。 大臂舉升緩慢無力，而其它動作正常：在液壓系統(tǒng)中，如只是動臂舉升緩慢無 力，而轉(zhuǎn)斗翻轉(zhuǎn)正常。從工作原理圖不難看出：其它工作正常，這說明工作泵、總安 全閥是正常工作的，他們所提供給整個系統(tǒng)的壓力足夠，同時也說明泵進(jìn)油端的管路 和濾油器以及油箱的油量、油質(zhì)沒問題。此時只需檢查大臂滑閥、大臂油缸、大臂部 分的油管、及其密封件了。 （1）檢查油路堵塞情況 先作常規(guī)處理，拆下油管，拆下大臂滑閥閥體、閥桿及相關(guān)部件進(jìn)行

31、清洗，把油 道清洗干凈并用壓縮空氣吹通吹干。 （2）檢查油路泄漏情況 液壓系統(tǒng)的泄漏一般都是在使用一段時間后產(chǎn)生。從表面現(xiàn)象看，多為密封件失 效、損壞、擠出或密封表面被拉傷等造成。主要原因有：油液污染、密封表面粗糙度 不當(dāng)、密封溝槽不合格，管接頭松動、配合件間隙增大、油溫過高、密封圈變質(zhì)或裝 配不良等。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏，通常故障主要由于內(nèi)泄漏引起。 （3）內(nèi)泄漏故障的處理 該部分內(nèi)泄漏主要產(chǎn)生于動臂滑閥和油缸內(nèi)泄漏。內(nèi)泄漏主要發(fā)生于閥體和油缸 內(nèi)部，不易檢查。但我們可以借助一些輔助方法來判斷泄漏情況。 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 12 （4）對大臂油缸的檢查 當(dāng)大臂油缸活塞收到底后，拆

32、下無桿腔油管，使大臂油缸有桿腔繼續(xù)充油。若無 桿腔油管口有大量工作油泄出，說明液壓缸發(fā)生內(nèi)漏；也可以使鏟斗裝滿載荷，舉升 到極限位置，大臂操縱桿置于中位，并使發(fā)動機熄火，觀察大臂的下沉速度；然后， 將大臂操縱桿置于上升位置，如果這時大臂下沉速度明顯加快，也說明內(nèi)漏發(fā)生在液 壓缸；如果下沉速度變化不明顯，則內(nèi)漏原因出在大臂滑閥。 （5）對大臂滑閥的檢查 大臂滑閥的泄漏主要是因為閥桿與閥體的配合間隙太大調(diào)壓彈簧損壞、閥內(nèi)密封 件損壞等。檢查閥桿和閥體的配合間隙，檢查壓力彈簧，看閥體內(nèi)密封件是否有損壞。 排除方法：如油缸內(nèi)泄漏測試結(jié)果超過規(guī)定值，應(yīng)予以拆開作進(jìn)一步檢查，如密 封圈損壞則更換，如缸壁拉

33、傷嚴(yán)重則更換；如動臂閥磨損嚴(yán)重則更換。 大臂工作正常，小臂（鏟斗）工作緩慢無力：在液壓系統(tǒng)中，如大臂工作正常； 小臂（鏟斗）工作緩慢無力。從工作原理圖不難看出：大臂舉升正常，這說明工作泵、 總安全閥是正常工作的，同時也說明泵進(jìn)油端的管路和濾油器以及油箱的油量、油質(zhì) 沒問題。此時只需注意檢查小臂（鏟斗）工作滑閥、安全閥、及其密封件。 排除方法：液壓傳動故障診斷與排除方法大同小異，同樣小臂（鏟斗）部分與大 臂部分的故障處理方法也基本相同，因此對于處理小臂（鏟斗）工作部分的故障可參 照 2.1 故障現(xiàn)象的處理方法進(jìn)行操作。 3.3.2 日立 ex220 挖掘機的故障診斷 (1)某日立 ex220 挖

34、掘機在正常工作時發(fā)動機突然熄火，當(dāng)重新起動時起動順利， 且起動聲音、排煙都正常，但駕駛員操縱挖掘機的任何一個工作裝置時，發(fā)動機立即 熄火。故障分析與排除根據(jù)分析，該機的故障特征是發(fā)動機不能帶負(fù)荷工作，因而故 障原因很可能出在主機控制系統(tǒng)上。該機的 cpu 電腦控制系統(tǒng)、負(fù)荷傳感及伺服液壓 控制系統(tǒng)的工作原理見附圖。 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 1.發(fā)動機 2.發(fā)動機控制器 3.泵閥控制器 4.主控制閥 5.先導(dǎo)泵 6.變量柱塞泵 7.伺服活塞 8.發(fā)動 機控制傳感器 9.發(fā)動機控制馬達(dá) 10.轉(zhuǎn)數(shù)傳感器 11.角度傳感器 12.壓力傳感器 13.14.高速開關(guān)電磁

35、閥 15.壓差傳感器 圖 3.5cpu 電腦控制系統(tǒng).負(fù)載傳感及伺服液壓控制系統(tǒng)工作原理圖 由圖可知，電液控制系統(tǒng)的信號分別來自發(fā)動機、液壓泵及主控制閥上的 8、10、11、12、巧等多個傳感器，這些信號經(jīng)過發(fā)動機控制器 ec 與泵閥控制器 pvc 綜合處理后，信號傳至高速開關(guān)電磁閥 13、14，經(jīng)內(nèi)部閥桿高速換位后，調(diào)整了先導(dǎo) 泵 5 進(jìn)人伺服活塞 7 的流量，從而改變了液壓泵斜盤傾角，以調(diào)節(jié)液壓泵的排量;發(fā) 動機控制馬達(dá) 9 接收輸人信號后改變發(fā)動機油門的大小，從而保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速與液壓 泵負(fù)荷相匹配。經(jīng)檢查，發(fā)動機控制馬達(dá) 9(ec 馬達(dá))在發(fā)動機進(jìn)行工作模式轉(zhuǎn)換時工 作正常，說明它不是故

36、障之所在。因而判斷高速開關(guān)電磁閥能否正確接收泵閥控制器 pvc 的電信號并執(zhí)行設(shè)定動作是確定故障部位的關(guān)鍵。高速開關(guān)電磁閥在正常狀態(tài)下 高速閥位轉(zhuǎn)換時會發(fā)出清脆的“嘀嗒、嘀嗒”聲，該機發(fā)動機運轉(zhuǎn)時電磁閥卻沒有聲 響，從而可確定電磁閥是造成故障的部位。拆檢后用萬用表測出高速開關(guān)電磁閥 14 上黃線(y)與黃底黑線(yb)之間的阻值為無窮大，說明電路中斷了;經(jīng)進(jìn)一步檢查，是 此電磁閥在電線引出端頭 1 處的芯線斷了。修理后重新試機，故障現(xiàn)象消除。機器正 常起動后，直行電磁閥不動作，所有的控制閥在中位，兩泵泵出的油直接卸荷回油箱， 為避免能源浪費，小松 pc120 型挖掘機設(shè)有開式中心負(fù)荷感應(yīng)系統(tǒng)(

37、見圖 4.5)。 故障分析 由于引起鏟斗、動臂均無力的原因涉及的面較多，故首先考慮是否由 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 14 公共部分引起的。假設(shè)不行走時直行電磁閥出現(xiàn)誤動作，那么直線行走閥就動作即兩 泵合流，從圖 1 中可以看出，能切斷卸荷回路的閥或者說能正常執(zhí)行的動作分別是: 動臂上升、回轉(zhuǎn)、斗桿伸縮及行走，而動臂的下降、鏟斗的傾和挖均不能切斷兩泵合 流回路與油箱的通路(注意:“動臂一快”閥只有“升”和“中位”兩位置，不同于 “動臂一慢”閥)，故這時形不成工作壓力，前后主泵流量小，相當(dāng)于閥處中位，發(fā) 動機處于輕載狀態(tài)，也就是用戶反映的挖掘無力。按上述分析狀態(tài)試機，各項動作均 符合以上分析，

38、看來故障確實由合流引起。本著由表及里、由簡單到復(fù)雜的故障分析、 排除順序，去除電路中的 8#保險絲，切斷合流電磁閥的供電電源，試機，結(jié)果機器除 邊行走、邊使工作裝置動作或回轉(zhuǎn)時走偏外，其他均正常。至此，已進(jìn)一步確定故障 是由與合流有關(guān)的電路引起的，從圖 2 很容易找到是由一只行程開關(guān)不能復(fù)位引起的。 此開關(guān)處在駕駛室底前下方，經(jīng)常接觸泥水、沙土，使此開關(guān)閉合后不能復(fù)位，即不 管行走與否，只要工作裝置動作或回轉(zhuǎn)，即工作裝置壓力或回轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，便滿足了 電磁閥動作的條件，即始終處于合流狀態(tài)。拆下行程開關(guān)，清理后裝機，機器工作即 恢復(fù)正常。 （1）油缸和馬達(dá)不動先導(dǎo)系統(tǒng)（先導(dǎo)泵、先導(dǎo)截流閥等）和壓力

39、控制系統(tǒng)可能 有故障。 圖 3.6 故障分析圖 a (2)油缸和電機不停止工作原因可能是先導(dǎo)閥和（或）主控制閥閥芯卡死。 2008 屆工程機械運用與維護(hù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 3.7 故障分析圖 b （3）聯(lián)合作業(yè)不協(xié)調(diào) 單動作很好，但液壓油只給到載荷壓力較低的一側(cè)，載荷壓力高的一側(cè)的油缸或 馬達(dá)不動作，或油缸馬達(dá)速度變慢，但發(fā)動機不停。 排除故障前，需要操作機器，詳細(xì)檢查： 如果為一般用途方式，同時操作動臂和斗桿，則檢查哪個動作速度較慢。 如果為一般用途方式，同時操作斗桿和回轉(zhuǎn)裝置，則檢查哪個動作速度較慢。 如果為一般用途方式，同時操作動臂和行走裝置，則檢查哪個動作速度較慢。 如果為一般用途方式，同時操作回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置，則檢查哪個動作速度較慢。 圖 3.8 故障分析圖 c 挖掘機液壓系統(tǒng)分析及故障檢測 16 結(jié) 論 隨著我國國土資源建設(shè)的進(jìn)一步深化，液壓挖掘機在水利工程、交通運輸、電力 工程、礦山采掘和城市建設(shè)等方面的應(yīng)用將越來越廣泛，這是一種趨勢。隨著科學(xué)技 術(shù)的進(jìn)步與用戶應(yīng)用的需求，還會需要更加高性能的液壓挖掘機參與各方面的工程建 設(shè)。在技術(shù)