挖掘机的前端工作装置主要是铲斗,而铲斗的正常工作需要铲斗油缸、斗杆油缸、动臂油缸的相互配合,完成各种复合动作.这些油缸上出现比较多的一个问题就是泄压的问题,在工作中的体现可能为大臂掉臂、斗杆下落和铲斗自动松斗.
咱们可以先来了解一下挖掘机前端工作装置的液压系统原理,以最常见的大臂油缸液压回路为例.
进油回路:液压油由大泵至主控阀,经过经管路安全阀、保持阀后进入油缸.
回油回路:油缸另一侧液压油经主控阀至液压油散热器返回液压油箱.
安全溢流阀
安全溢流阀,在挖掘机上也俗称管路安全阀,在挖掘机的液压回路中是起保护左右的一类阀.当液压回路中的压力过高超过规定值时,安全溢流阀内的阀芯被顶开,将液压回路中一部分液压油排入回油管道,使液压回路压力降低,防止因压力过高而产生事故.
保持阀
以大臂油缸保持阀为例,大臂保持阀一般安装在大臂油缸与大臂控制阀之间,其构造由吸油安全阀、先导阀及先导阀弹簧和、主控制滑阀、主控制滑阀弹簧组成,当大臂油缸的操作杆处于中位也就是无动作时,保持阀能够维持液压压力,大臂不会因为自重而下降和内缩.
大臂保持阀的作用相当于液压安全锁,由于保持阀在正常作业时通过的流量较大,一般采用插装阀结构.
单向阀
单向阀应用在挖掘机大臂液压回路中也叫安全补油阀,其作用是防止液压执行元件因惯性而造成的异常高压和吸空.挖掘机在工作过程中,液压油缸在突然换向或是停止的情况下回因为惯性等因素在某一腔内产生异常高压,在另一腔内会产生吸空,这时安全补油阀可释放掉异常高压,并对吸空的一腔进行补油,防止两者对液压系统产生损害.
单向阀的作用除了充当补油阀还有一些其他的作用:
保持压力:滑阀式换向阀都有间隙泄漏现象,只能短时间保压.当有保压要求时,可在油路上加一个液控单向阀,利用锥阀关闭的严密性,使油路长时间保压.
液压缸的"支承":在液压缸中,由于滑阀和管的泄漏,在挖掘机工作装置的重力下,可能引起活塞和活塞杆下滑.将液控单向阀接于液压缸下腔的油路,则可防止液压缸活塞和滑块等活动部分下滑.
实现液压缸锁紧:当换向阀处于中位时,两个液控单向阀关闭,可严密封闭液压缸两腔的油液,这时活塞就不能因外力作用而产生移动.
大流量排油:液压缸两腔的有效工作面积相差很大.在活塞退回时,液压缸右腔排油量骤然增大,此时若采用小流量的滑阀,会产生节流作用,限制活塞的后退速度；若加设液控单向阀,在液压缸活塞后退时,控制压力油将液控单向阀打开,便可以顺利地将右腔油液排出.
了解了挖掘机前端工作装置的液压回路和主要液压元件,现在咱们来分析一下挖掘机掉臂的原因.
当前液压挖掘机使用的控制阀都是滑阀式,为了使滑阀式控制阀中的阀芯能够正常切换,阀芯 和阀体之间必须存在一定的间隙,而有间隙就必然要存在泄漏.
如下图所示,A1和B1口分别连接液压油缸的无杆腔和有杆腔.在挖掘机工作或停放时,A1或B1某侧的液压压力会在自重的作用下升高（黄色区域）,此升高的压力和蓝色区域的接液压油箱 通道之间会产生压差,在此压差的作用下液压油会产生流动,通过阀芯和阀体间的间隙从黄色区域流到蓝色区域.因为上述的油液流动,油缸会随之发生向自重方向的位移,即产生"油缸 下沉".为了减少"油缸下沉"导致的工作不便,结合挖掘机的工作特点,大多数挖掘机制造商都在控制阀上加装了如下图所示的锁定阀.其工作原理可简单描述为在油缸和控制阀阀芯之间加装了一个通过锥面密封的提动头.通过此锁定阀提动头的作用把之前的间隙密封改为了锥面密封,大大降低了液压油的泄漏,从而基本杜绝了液压油缸的漂移.
但从液压挖掘机的工作特点等因素考虑,所有的挖掘机制造商都只在小臂（斗杆）油缸有杆腔方向和大臂（动臂）油缸无杆腔方向加装了锁定阀.通过这两个锁定阀的作用分别锁定了小臂有杆腔的油液和大臂油缸无杆腔的油液,从而有效减少了小臂在外伸状态下和大臂举升状态下 的油缸位移、下沉（上图为小臂油缸锁定阀工作原理图）.
而在小臂收起状态及通过大臂把车体抬起这两种状态下,因为控制阀阀芯与阀体间隙导致的油缸轻微位移并不影响挖掘机正常的工作,因此所有的挖掘机制造商在这两个方向都没有安装锁定阀,装备出厂时也不对此方向的油缸下沉量做特别的专门检测.并且此方向的下沉量会随着挖掘机使用时间的增加、控制阀磨损增加有变大的趋势.
除了前面讲到的因控制阀阀芯和阀体间隙导致的油缸下沉量大以外,当油缸油封破损或安全阀损坏时也会导致油缸下沉量增大.以小臂为例,当小臂油缸油封出现破损时,会出现小臂伸出状态下的下沉量明显过大,而此时小臂收起状态时的下沉量并不会显著增大.因此,当出现上述小臂收起状态下沉量大于伸出状态时的下沉量时,请不要试图拆检小臂油缸.如果出现小臂收起状态下沉量非常快的情况,可以通过互换小臂油缸有杆腔和无杆腔侧安全阀等方法判断故障部位.
油缸油封损坏
我们知道,挖掘机油缸的有杆腔和无杆腔在理论上是严格密封隔离的,通过油缸活塞上的多个油封隔离油缸杆腔和无杆腔的液压油,在长期的高温高压运动下,油封容易产生变形老化磨损和磨损,出现这样的情况就会导致油缸内泄,使得有杆腔的液压油进入无杆腔或是无杆腔的液压油进入有杆腔.
但是无论质量多好的油封都会存在一定量的泄露,只要在合理的范围内就可以正常使用,体现在挖掘机大臂油缸上叫做漂移量.一般的挖掘机大臂的自然下沉量在五分钟内下沉1-3公分属于正常范围.
阀内泄
液压回路上的阀,包括保持阀、溢流阀、单向阀、安全阀等,由于在工作时都会产生位移,在磨损后容易产生内泄,造成挖掘机掉臂的现象.
排除故障的一般方法
之前咱们有说到造成挖掘机掉臂的原因有很多,那么如何准确查清楚一台挖掘机的故障根源呢,咱们可以参考以下方法.
首先可以先对调油缸有杆腔跟无杆腔的安全阀,对调之后观察故障现象是否消失,如果此时掉臂故障消失,则表示此前油缸无杆腔的安全阀内泄严重,需维修或更换.
若是对调安全阀依然出现掉臂现象,可以检查液压油回油滤芯,观察滤芯上是否有橡胶碎片或是铁屑,若是回油滤芯上存在橡胶碎片,那极大可能是油封磨损严重,需更换油缸油封后.
此后若是掉臂故障依旧,则需检查液压回路的保持阀,需拆开检查是否磨损严重,及时研磨修复或是更换保持阀.
在检查和更换保持阀后若挖掘机掉臂现象还存在,此时需拆开主控阀,检查液压回路上的所有阀芯,及时修复或更换.
总结:
挖掘机掉臂的故障是个常见的故障,大多数挖掘机出现掉臂的现象是由于油封磨损油缸出现内泄,在检查的过程中可以优先检查简单的故障点,主控阀内各阀芯的磨损一般在挖掘机使用较长时间之后才会出现,并且维修主控阀是个比较复杂的过程,建议放在最后进行检查.
当然,每一台挖掘机掉臂可能故障原因都不一样,所以无法对挖掘机掉臂给出一个故障原因的定论,本文提供的一些思路是针对解决这个故障的常规方法,希望对大家有所帮助,咱们的用户很多都是液压系统的专家,如果大家有更好的方法或是建议可以在下方留言,跟大家分享您的好方法.

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