收获机静液压行走驱动系统典型故障分析.pdf

收获机静液压行走驱动系统典型故障分析王德强，孔令泉，王嘉，曹现超，杨理建（智能农业动力装备全国重点实验室，河南 洛阳 ；洛阳拖拉机研究所有限公司，河南 洛阳 ；中国一拖集团有限公司战略采购中心，河南 洛阳 ）摘要：对于轮式收获机采用的静液压行走驱动系统，元件参数的选择，直接关系到静液压行走驱动系统的性能，以及能否正常运转。以收获机静液压行走驱动系统典型故障分析过程为例，阐述采用该系统的收获机在零件选型过程中，容易忽视的技术要点，对相关采用静液压行走驱动的收获机开发有一定参考价值。关键词：收获机；静液压行走；故障分析中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，；，）：，：；随着现代智能农机的发展及购买力的提升，用户从单纯追求低价格，向高性能、操作简单舒适的方向发展，这为先进的液压技术应用于收割机创造了有利条件 。静液压行走驱动系统，凭借其变速平顺、容易布置、操作舒适、故障率低的特点，在收获机领域得到越来越多的普及。收获机采用静液压驱动实现无级调速，保证了收获机的作业性能要求，简化了整机结构 。目前收割机上应用的静液压行走驱动系统，主要是轴向柱塞变量泵加轴向柱塞定量马达的配置，其元件参数的选择，直接关系到静液压行走驱动系统能否正常运转。在对某款收获机的开发过程中，采用了静液压行走驱动系统，项目完成了两台份样机的试制后，进入到样机调试阶段。调试过程中，驱动系统液压马达出现了高温故障，下面就着重围绕该故障，详细介绍对故障进行分析和解决的全过程。故障表现形式由于项目共试制了两台份样机，分别编号为 样机和 样机，两台样机静液压行走驱动系统采用同型号的液压元件和同样的管路、转接头，互为参照。其中 样机试制完成后暂时留在厂区进行调试，样机运输至郊区地块，准备做田间试验。静液压驱动系统动力传递路线如图 所示。图 静液压驱动系统动力传递路线简图 其中 样机在厂区低速行走时，用手持红外测温枪测量，柱塞定量马达出现异常升温，期间户外气收稿日期：第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ，温 ，柱塞定量泵、液压油箱温度保持在 左右，发动机保持在额定转速，三挡变速箱挂在一挡（最低速挡），实测马达温度时间曲线如图 所示。图 故障时马达温度时间曲线 液压系统工作时，液压泵、马达的容积损失和机械损失等，几乎全部转化为热量。这些热量除一部分散发到周围空间，大部分使油液及元件的温度升高。如果油液温度过高（），将严重影响液压系统的工作 。由于 样机出现了该故障，试验人员采用同样工况，测量了位于郊区田间地块的 样机的马达工作温度，经过 的连续运转，马达平衡温度稳定在 左右，并没有复现 样机的故障。故障原因初步分析正常情况下，静液压驱动系统的工作温度，随工况负载和室温小幅波动，在散热装置匹配合理且工作良好的情况下，系统温度不会超过 。由于 样机并没有复现 样机的高温故障，试验人员首先推断是 样机马达故障，为了进一步说明可能的故障原因，下面结合样机所使用柱塞定量马达原理图进行进一步阐述。如图 所示，、口为主油路进出油口，编号 为高压溢流阀，编号 为梭阀，编号 为补油溢流阀，编号 为马达动力输出轴。图 柱塞定量马达原理图 柱塞变量泵将高压油通过 口输入柱塞定量马达，对应马达正转 反转，使得车辆能够前进或后退。当 口内为高压油时，口内即为低压油，反之亦然。弹簧对中的梭阀在 、口压差的作用下移动，使回路的低压端与补油溢流阀连接。背压足够高时，阀块中的补油溢流阀打开，低压端油流进入马达壳体。壳体油流冲洗马达，可以带走马达壳体内沉积的污染物，同时有助于保持马达的冷却。出现马达高温现象，首先考虑的是由于产品质量原因，梭阀或者补油溢流阀无法正常打开，导致低压端没有液压油进入马达壳体带走马达热量。因此试验人员用同型号备件马达对 样机的马达进行了更换。并保持与之前相同工况进行了低速行走试验，试验结果是高温情况没有改善。虽然两台马达都出故障的概率很低，但谨慎起见，试验人员将 样机的马达拆下带回厂区，装在了样机上，并保持与之前相同工况进行了低速行走试验，试验结果是高温情况依然没有改善。综上，基本排除了马达产品质量的问题，应该是马达与整机匹配的问题。数据测量及分析为了进一步找到高温故障原因，试验人员采用液压万用表，对 样机低速行走工况下，各油口压力数据进行了详细监测。监测点位如图 所示。图 静液压驱动系统液压监测点位示意图 图中、为高低压油口压力，为梭阀与补油溢流阀之间（口）的压力，为马达壳体压力，为柱塞泵内部补油泵的补油压力，为柱塞泵吸油口压力。最终监测数据进行了汇总分析，生成了压力数据曲线，将具有代表性的数据片段呈现如图 所示。图上有三根竖线作为位置标识，为了方便描述，从右往左依次起名为第一竖线、第二竖线和第三竖线，压力数据汇总如表 所示。根据图 压力曲线和表 压力数据可以看到，随着收获机行驶工况的改变（转弯、减速、加速等），其高压压力会在 之间波动。拖拉机与农用运输车第 期 年 月图 样机各油口压力数据监测曲线 表 第一竖线处及第三竖线处油口压力数据对照表 油口压力数据 高压低压口马达壳体补油压力油口压力第三竖线 第一竖线 当高压压力在 以下时（第一竖线处），口压力就降为 左右，远小于此时低压口的 压力，表明梭阀没有正常开启。当高压压力在 以上时（第三竖线处），口压力就来到 左右，与此时低压口的 压力相当，表明梭阀正常开启。由此推断，马达高温故障的原因，就是在空载状态下，在厂区路面低速行驶时，静液压驱动系统负荷太小，无法让梭阀正常开启，导致马达低压油口无法溢流。试验人员尝试将三挡变速箱挂在二挡进行试验，马达没有再出现异常升温问题。可以推断，位于郊区田间地块的 样机当时没有马达高温故障，是因为田间地块行驶阻力大，使得梭阀可以正常打开。解决措施及最终结果通过咨询马达厂家得知，当前马达所使用的补油溢流阀完全开启压力为 溢 ；梭阀完全开启压力为 缩 （）；假设低压端压力为 低 ；那此时高压端压力 高必须达到：高 低缩 梭阀才能完全打开。由于 溢 低，低压端油流从梭阀流出后，可继续通过补油溢流阀，进入马达壳体。可以看出分析数据与试验监测得到的数据基本一致。找到问题原因以后，厂家协助对梭阀弹簧进行了更换，梭阀完全开启压力从 （）降低到了 （），后续试验没有再出现马达高温问题。结论收获机静液压驱动系统的元件选型，要结合具体产品工况，考虑到非常多的参数，例如排量、额定工作压力、控制阀块压力等，有的参数很难一开始就很合适，需要在整机上进行数据标定后，再修正完善，这对设计人员的专业素质和经验积累都提出了较高的要求。结合本次典型故障的分析过程可以看出，液压系统故障的排除，离不开对液压元件工作原理的深入理解，在此基础上，还必须结合试验数据，综合分析才能得到解决方法。本文以收获机静液压行走驱动系统的一次典型故障分析为例，梳理了整个故障分析的流程，最终顺利找到并解决了马达发热故障，具有较高的应用价值。为相关采用静液压行走驱动系统的产品设计和试验提供了重要的参考和依据。参考文献：杨红艳，王海波，张丽霞，等 液压驱动系统在轮式谷物联合收割机上的应用 拖拉机与农用运输车，（）：金文胜，杨臣，刘宝山 液压技术在农牧业机械上应用现状和发展趋势 拖拉机与农用运输车，（）：成大先 机械设计手册（液压传动）北京：化学工业出版社，：（编辑张晓超）王德强等：收获机静液压行走驱动系统典型故障分析