大型养路机械闭式液压系统油泵零偏故障分析处理
2019-06-27
许清芳
（金鹰重型工程机械有限公司）
摘 要：本文通过对某型物料运输车地板皮带“自转”故障现象的分析，得出了该故障是由液压系统油泵零偏引起的结论；并且在对油泵变量原理进行进一步分析的基础上，提出了依靠归零阀直接沟通油泵变量缸，解决油泵液压零偏故障的方案；经过在某型物料运输车上试验，该方案较好地解决了该车地板皮带液压油泵零偏故障，增强了设备使用的安全性。
关键词：物料运输车；地板输送带；液压系统；液压油泵；液压零偏
1 问题的提出
物料运输车的道砟输送功能主要依靠地板皮带输送装置完成，地板皮带输送装置采用闭式液压传动，个别用户反映地板皮带有“自转”的故障现象：在发动机发动，且未给地板皮带输送装置任何控制信号情况下，地板皮带输送装置自行运转，该故障给设备正常使用造成了极大的不便。
2 故障原因分析
2.1 液压原理介绍
图1为地板皮带输送装置液压系统原理图。该液压系统主要特点如下：
（1）地板皮带输送装置由四个液压马达驱动，两个液压马达驱动地板皮带输送装置的前轴，另外两个液压马达驱动地板皮带输送装置的后轴；
（2）四个地板皮带驱动液压马达分别由两个液压油泵提供压力油源，一个油泵为地板皮带前驱动轴两个液压马达提供压力油源，另一个油泵为地板皮带后驱动轴的两个液压马达提供压力油源；
（3）地板皮带油泵与地板皮带马达采用闭式回路连接；
（4）地板皮带油泵为电比例变量控制油泵，通过调节地板皮带油泵比例电磁阀控制电流的大小及方向，可以实现油泵排量从0ml/r(中位)至±Vgmax(双向Z大排量)之间的无级调节，从而实现地板皮带马达转速从0r/min至±nmax（双向Z高转速）之间的无级调节，即实现了地板皮带速度从0至Z大的无级调节及地板皮带输送方向的调节。
2.2 原因分析
由图1分析，可能产生该故障现象的原因有两个：
（1）电控系统故障，误输出地板皮带工作信号；
（2）油泵排量无法稳定至0ml/r，导致油泵在没有控制信号输入的情况下，实际有油液输出，从而驱动地板皮带运转。
2.3 控制系统排查
现场故障排查过程中，拔掉液压油泵的比例电磁阀插头，切断电控系统与油泵的联系后，不能使地板皮带输送装置的“自转”故障现象消除，说明该故障现象不是由电控系统误给控制信号造成的。
2.4 油泵零偏排查
在发动机发动、油泵无控制信号情况下，测试地板输送油泵出口压力达到7MPa(如图2（a）所示)，补油压力2.4MPa(如图2（b）所示)，说明油泵在无控制信号情况下，补油压力正常，但主油泵仍处于非正常建压工作状态。
在发动机发动、油泵无控制信号情况下，测试地板输送油泵变量缸两侧油口X1\X2口压力，如图3所示，说明油泵在无控制信号情况下，油泵变量缸两端实际产生了压差，从而导致油泵变量缸驱动油泵变量。
通过以上分析，可知地板皮带输送装置在无电控信号的情况下，自行运转的故障是油泵液压零偏造成的。
3 解决方案
多种原因可以导致油泵液压零偏，如液压油洁度不达标、油泵比例控制阀损坏及油泵制造精度不高等。无论液压油泵零偏是由什么原因造成，该故障可能导致作业机构产生不可控的动作，故该类故障的安全隐患极大，可能导致设备损坏，严重的甚至影响操作、检修人员的人身安全。因此，有必要对油泵的变量原理进行深入分析，解决油泵液压零偏的问题。
3.1 轴向柱塞油泵变量原理
图4为轴向柱塞油泵的结构图，（b）为油泵内部主要元件的剖视图，油泵旋转组件（主要包含1、2、7、8）在原动机的驱动下，高速旋转。斜盘不随驱动轴旋转，但其可绕驱动轴在倾斜角的范围内倾斜摆动。柱塞可以在缸体内上下运动，其行程、截面积以及柱塞的数量，决定了油泵的排量，对于同一个油泵来说，柱塞截面积及柱塞数量均为固定值，因此，柱塞的行程决定了油泵的排量大小。对于变量泵来说柱塞的行程取决于斜盘的倾角，斜倾角为0时，油泵柱塞行程为0，油泵输出排量为0；当斜盘倾角处于Z大摆角时，油泵柱塞行程Z大，此时油泵以Z大排量输出；一般情况下，变量油泵的排量可在0至其Z大排量之间无级调节。斜盘绕驱动轴的摆动是由油泵的变量缸驱动的，变量缸的动作则受排量控制阀控制。当排量控制阀无电信号时，油泵变量缸应处于中位，当排量控制阀接收到Z大控制信号时，油泵变量缸处于Z大偏置位，从而驱动油泵斜盘摆至Z大倾角处，实现油泵排量调节。
3.2 油泵液压零偏故障形成原因及解决方法
油泵液压零偏的直接原因是油泵排量控制阀卡滞，导致排量控制阀在无电信号情况下，将控制油液引入油泵的变量缸，导致变量缸不能稳定于中位，驱动油泵斜盘摆动偏离中位，使油泵产生了排量输出。
为了避免由于油泵排量控制阀微小零偏导致的变量泵误动作，结合变量油泵工作原理，我们给油泵设置了一个归零阀组，工作原理如图5所示。在油泵排量控制阀未得电情况下，归零阀始终处于失电状态，直接沟通油泵变量缸两侧控制油路，使变量缸两端压力一致，即便油泵排量控制阀有零偏情况，误向变量缸输出了控制油液，但由于油泵归零阀未得电，变量缸两端仍处于沟通状态，变量缸不会产生误动作。给油泵控制阀的同时，油泵归零阀得电，保证油泵的正常工作。
4 结语
经过在某型物料运输车上现场试验，通过采用油泵归零阀直接沟通油泵变量缸两端的方式，有效的解决了该车地板皮带“自转”故障，即液压油泵零偏故障，同时不影响油泵的正常使用，提高了设备运用的安全性。
（来源：大型养路机械）
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