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拌车液压系统综述及故障测试与排除

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课题描述
　10m3混凝土搅拌车如图1 所示，其是建筑行业常用的运送商业混凝土专用设备，利用水泥泵车输送到建筑框架内。该设备造价昂贵，由于保养不到位、维修保养人员的素质等问题,造成维修成本高，必须由专业的维修人员来完成.通过本课题的研究，所取得的成果，可作为10m3混凝土搅拌车的维修管理保养的重要资料。

图 1 10m3混凝土搅拌车外观图
一、10m3混凝土搅拌车液压系统的工作原理
10m3混凝土搅拌车液压系统的工作原理如图2所示，主要由双向变量柱塞泵组件、液压马达组件和油箱组件三部分组成。
① 变量柱塞泵组件由柱塞泵1、补油泵2、伺服阀3和补油溢流阀4单向阀5、6组成补油泵2、补油溢流阀4、单向阀5和6构成补油回路;变量柱塞泵和伺服阀3构成一个变量控制回路.
② 定量马达组件由定量马达11,高压溢流阀7、8，梭阀9和溢流阀10组成。其组成的回路有高压溢流阀7、8组成安全保护回路；梭阀9和溢流阀10构成低压侧的油液冷却回路。
③ 油箱组件由过滤器、散热器、加油过滤器、油箱和液位计等组成。
④ 液压泵组件和液压马达组件构成闭式回路。

图 3 液压系统原理
1 液压泵 2 补油泵 3手动伺服阀 4低压溢流阀 5、6补油单向阀
7、8高压安全阀 9 梭阀 10 溢流阀 11 液压马达
1、液压系统的油路分析

图3 液压操作装置示意图
1 油门揺柄 2 油泵伺服摇柄 3 油门拉杆 4 油泵拉杆 5 油门、油泵控制手柄

(1）油门、油泵控制手柄5在B位油路分析（搅拌罐停转)
当汽车发动机起动后，连接取力器，使液压系统的双向变量柱塞泵1运转，此时油门、油泵控制手柄处在B位置,手动伺服阀3的阀芯处在中位，使双向变量柱塞泵1的控制斜盘倾度的液压缸的两腔的液压油都经手动伺服阀3的中位流回油箱使双向变量柱塞泵1的斜盘的倾斜角为零，该泵的排量为零即为输出的液压油流量为零，补油泵2与双向变量柱塞泵1同轴，该泵向闭式液压系统供油，供油的路线如下：补油泵2经过滤器和吸油管道流经泵2，泵打出的液压油液经单向阀5、6向闭式液压系统的两侧供油，供油压力由溢流阀4调定，溢流阀4的压力要大于溢流阀10的压力，从而保证闭式液压系统的两侧都充满油,为闭式液压系统工作提供必要的条件。
(2)油门、油泵控制手柄5在A的位置油路分析（搅拌罐正传旋转）
按图3所示，油门油泵控制手柄5扳到A搅拌位置,通过油泵拉杆、油泵伺服摇柄使图2手动伺服阀3阀芯向左移动,此时,双向变量柱塞泵1上油口出油，经高压软管到液压马达11上油口，该马达下油口的液压油经高压软管流到高压柱塞泵的下油口，从而实现搅拌筒正转进料搅拌;通过油门、油泵控制手柄5的所扳角度大小，调节手动伺服阀3阀芯位置来改变双向变量柱塞泵1的流量，从而改变马达的输出速度。当液压系统过载时，高压安全阀7打开卸荷，部分液压油回到闭式液压回路的低压侧，此时高压安全阀8不起作用。闭式回路的高压侧的高压油推动梭阀9使闭式回路的低压侧高温液压油通过溢流阀10、液压马达、高压柱塞泵的壳体回油管流回油箱进行冷却。
（3）油门、油泵控制手柄5在C位（搅拌罐反转卸料)
按图3所示，油门油泵控制手柄5扳到A搅拌位置，通过油泵拉杆、油泵伺服摇柄使图2手动伺服阀3阀芯向左移动，此时，双向变量柱塞泵1上油口出油，经高压软管到液压马达11上油口,该马达下油口的液压油经高压软管流到高压柱塞泵的下油口，从而实现搅拌筒正转进料搅拌；通过油门、油泵控制手柄5的所扳角度大小，调节手动伺服阀3阀芯位置来改变双向变量柱塞泵1的流量，从而改变马达的输出速度。当液压系统过载时，高压安全阀7打开卸荷，部分液压油回到闭式液压回路的低压侧，此时高压安全阀8不起作用.闭式回路的高压侧的高压油推动梭阀9使闭式回路的低压侧高温液压油通过溢流阀10、液压马达、高压柱塞泵的壳体回油管流回油箱进行冷却。
2、 液压系统主要液压元件明细表
表1 10m3混凝土搅拌车主要液压元件表
序号
名称
型号规格
数量
厂家
备注
1
萨澳双向变量柱塞泵
PV23（右旋)
1
美国萨澳-丹佛斯公司

2
萨澳定量液压马达
MF23
1
美国萨澳-丹佛斯公司

3
油 箱
55.35L

1

萨澳双向变量柱塞泵实际照片图参见图4 ；
萨澳定量液压马达实物照片参见图5；
油箱参见图6

油泵伺服摇柄 伺服阀
图4 萨澳双向变量柱塞泵实物照片 图5 萨澳定量液压马达实物照片

图6 油箱 图7 液压系统以及测试管路连接图

二、液压系统压力测试
1、 在线测试液压系统
表3 在线测试各压力表的技术数据
压力表以及连接口说明
A
测补油力表压
0~6 MPa
泵接口螺纹7/16-20UNF+O型密封圈
B
测系统压力表
0~60 MPa
马达接口螺纹7/16—20UNF+O型密封圈
C
真空度表
0～3 MPa
真空压力表0。006～0.01MPa
D
测壳体压力表
0～1 MPa
马达接口螺纹7/16—20UNF+O型密封圈
注:1、采用耐震动的压力表
2、可在各测试点配置端直通以及成套的采用测压接头以及测压软管和表头
3、测真空度时需要在吸油管中另接三通接头。
如图7所示，用开口扳手卸去柱塞泵的补油压力侧口的螺堵,在该处安装一个带软管的压力表A，螺纹尺寸为英制7/16-20UNF+O型密封圈，以测量补油泵的压力值,其值为1。6～1。73 MPa；卸下马达的系统压力测口的螺堵，在该处安装压力表B，螺纹尺寸为英制7/16-20UNF+O型密封圈，测试闭式回路系统的工作压力，在最高转速下连续工作的压力为21 MPa，最高工作压力为34.5 MPa；补油泵入口处安装真空表C以测取真空度,在一般情况下，补油泵吸入口处的最大真空度不超过—0。003 MPa。再冷启动时，真空度超过—0。003 MPa是允许的。新的过滤器在一般情况下使用，真空度在-0.001～-0.002 MPa。当真空度超过-0。005 MPa时应更换滤芯；压力表D与马达的壳体上的泄油口相连，壳体最大压力为0。28 MPa；马达上的补油溢流阀设定值高于壳体压力1。38～1。52 MPa,但要低于泵上补油溢流阀的压力值,从而保证闭式液压系统的高温液压油能够回到油箱中冷却。
2、离线简单液压元件性能测试
测试工具：柴油、盆、棉布、待测泵、27开口扳手、1升矿泉水瓶2个。
(1）补油泵的检测
测试：将补油泵的吸油口朝上，将柴油注满补油泵进油口，观察1分钟并作记录，倒掉柴油，用棉布将泵擦拭干净。此数据与标准数据对比，来判断补油泵的性能好坏.
（2）补油泵溢流阀的检测
其测试方法：用开口扳手将该阀冒拆下，拆下阀芯观察阀芯与阀作的密封带是否闭合或出现不同程度的磨损，来判断其是否有问题。
（3）马达的检测
测试方法：
马达的进出油口的其中一个，口向上,将柴油的用矿泉水瓶的加满其中。观察1分钟油面下降量，并记录。其值与标准的值对比，来判断马达的性能的好坏.
（4）双向变量柱塞泵检测
双向变量柱塞泵的进出油口的其中一个，口向上，将柴油的用矿泉水瓶的加满其中。观察1分钟油面下降量，并记录。其值与标准的值对比，来判断双向变量柱塞泵的性能的好坏.
三、液压油的选择与液压系统的清洗
1、液压油的选择液压油的选择
液压油的选择依据液压系统的额定工作压力选择液压油的种类，依据工作环境选择液压油的牌号。由于该系统的工作压力是21MPa，工作环境是野外作业环境温度变化很大，所以该系统夏季选择68＃抗磨液压油，冬季使用46#抗磨液压油，严寒地区使用32#低温抗磨液压油。本液压系统建议采用46#或68＃长城抗磨液压油，清洁度满足ISO4406 18/13即NAS1638 9级或更高。往油箱加油时一定要使用10μ过滤精度的滤油机加油，绝对禁止使用废油.
2、液压油更换
当液压系统第一次使用开始到100小时后,应该更换液压油，第二次使用开始到500小时后，更换液压油，此后应该每使用1000小时后就更换液压油，如油箱为通气孔油箱，应该500小时间隔更换液压油.更换液压油的最多时间不得超过1年；如果液压油混入水,形成乳化状或因温度过高，油液颜色变黑并有异味，杂质超过一定限度时，都要更换液压油。更换或补充的液压油必须是同牌号的，并且需经过过滤精度10μ的滤油车（滤油车参见图8)过滤，液压油更换的同时也应该更换进、回油过滤器。 滤油车图8
3、 液压系统的清洗
（1）油箱的清洗方法
本液压设备采用的是封闭的油箱以减少污染的进入并在油箱设置一个排油口。当油液受污染时，因更换液压油并对油箱进行彻底清洗,其方法为：打开油箱的排油口将闭式回路中的废油排净,如图6所示.将油箱的出油口和回油口的管接头拆下，分别与高精度过滤车连接，高精度过滤车外观图参见图8。如果油箱污染严重则需更换新的油箱,油箱清洗后要同时更换吸、回油和加油口的过滤芯。
（2)液压系统的清洗方法
当液压油受到污染时就要更换新的液压油，同时也要清洗整个液压系统，防止有废油存在管路中污染新的油液.其清洗的方法是：打开双向变量柱塞泵和定量马达的上端的泄油口,向壳体内注入灌满经过10μ高精度的滤油车过滤的液压油。将补油泵的吸油管路与另外一个干净油箱的出油口相连,并将同牌号的液压油过滤后注入此油箱，在确保油泵控制手柄在B（中）位的情况下，启动发动机，使发动机转速达到正常操作速度，使补油泵正常运动,慢慢拉动双向变量泵油门、油泵控制手柄，使定量马达慢慢的正转或反转，让系统中充满新的液压油对闭式回路进行冲洗。清洗完后，将系统中的液压油排净，把补油泵与清洗后的油箱连接,再次往双向变量柱塞泵和定量马达的壳体注油，启动发动机试车达到使用要求后，停止发动机，安装好双向变量柱塞泵和定量马达泄油堵头，检查液压油箱油位,完成调试，系统可再次投入使用.
（3)液压系统清洗时注意的事项
①一般液压系统清洗时，多采用工作用的液压油或试车油.不能用煤油、汽油、酒精、蒸气或其它液体，防止液压元件、管路、油箱和密封件等受腐蚀；
②清洗过程中，液压泵运转和清洗介质加热同时进行。清洗油液的温度为（50-65）℃时，系统内的橡胶渣是容易除掉的；
③清洗过程中,可用非金属锤棒敲击油管，可连续地敲击，也可不连续地敲击，以利于清除管路内的附着物;
④液压泵采用间歇运转方式，有利于提高清洗效果，间歇时间一般为（10-30）min；
⑤在清洗系统回路上,应加装过滤器或滤网。刚开始清洗时，因杂质较多，可采用80目滤网，清洗后期改用150目以上的滤网；
⑥清洗时间一般为（48—60）小时，要根据系统的复杂程度、过滤精度要求和污染程度等因素决定；
⑦为了防止外界潮气引起锈蚀，清洗结束时，液压泵还要连续运转，直到温度恢复正常为止。
⑧清洗后要将回路内的清洗油排除干净.
四、常见故障的产生及排除方法
故障是设备在寿命周期过程中必然要发生的现象，它使设备暂时或永久的丧失其功能。液压系统的故障往往是系统中某个元件产生故障所造成的，因此,需要找出发生故障的元件，就能排除液压故障。
1、常见液压故障的产生及排除方法
（1)搅拌罐只能正转不能反转
如图3当扳动油门、油泵控制手柄5时,搅拌罐只能正转进料搅拌,没有反转卸料。
原因：当扳动图3中油门、油泵控制手柄到卸料位置C时，油泵拉杆4拉动油泵伺服摇柄2向右移动，此时连接图3油泵伺服摇柄2和图2手动伺服阀3的销钉因折断不能使手动伺服阀3的阀芯向右移动，导致双向变量柱塞泵1的控制斜盘的伺服缸不动作，使得双向变量柱塞泵不排除油液，马达只能正转不能反转，因此搅拌罐只能进料搅拌不能反转卸料.
排除方法:拆开闭式回路中的萨澳双向变量柱塞泵，更换萨澳双向变量柱塞泵伺服手动伺服阀3(参见图4）的销钉。
（2)正、反转都不能旋转
原因分析：利用图2分析可知,在油泵伺服摇柄2处在中位时，双向变量柱塞泵的排除的流量为零，闭式液压系统不工作,此时补油泵向闭式回路的两侧供油,系统的压力由补油溢流阀4调定，造成此压力低的途径有:①补油溢流阀损坏；②补油泵内泄；③双向变量柱塞泵内泄;④定量马达内泄；⑤伺服阀主进油口由于密封圈损坏而泄漏等。
排除方法：
1)连接好测量补油压力的油管和压力表，起动液压系统，图3双向变量柱塞泵伺服摇柄2处于中位调整并观察补油压力是否发生变化，若补油压力提高，就说明补油溢流阀的调定压力低，调好即可.　
2）拆下补油泵，对其用“离线简单液压元件性能测试中补油泵的测试方法”进行测试其质量。
3)双向变量柱塞泵和马达的测试参见“离线简单液压元件性能测试”相应的部分进行测试。
2、常见的其它故障排除
其它故障参见表4
表4 故障排除总表
常见故障
原因
解决措施

罐体搅拌筒无法达到最高转速
发动机转速过低
选择合适的发动机转速

补油压力设定不正确
停机，在液压油的补油压力口安装压力表,在发动机转速为1500RPM，吸油管油温为50±3℃的条件下检测如果压力过低顺时针调整溢流阀，压力高,逆时针调整溢流阀.
吸油过滤器堵塞，造成稀有不足.
检查吸油压力,如果过高则更换过滤器。

系统油温过高
油冷器太脏，影响冷却效果。
清洁油冷器
冷却风扇温控开关、电机失效。
更换温控开关、电机。
负载增加时，罐体转速下降
如果负载增加时，补油压力下降，罐体转速将下降.
更换液压泵和液压马达
流量太小
管路堵塞,滤芯失效
清洗管路或更换滤芯
漏油
机件或管路磨损
修复或更换机件
接头松动
拧紧接头
五、 液压设备的管理
设备管理的好坏关系到产品的质量、成本，关系到安全生产,关系到企业生产资金的合理利用。设备的维护是设备管理中的一个重要环节，对液压设备进行定期保养、预防性维护,进行有计划的检修,可以使液压设备经常处于良好的性能状态,并发挥应有效能.
1、对液压系统中液压油的保养
液压系统的故障有70%是有液压油的污染造成的。液压油受到污染就会影响搅拌车的正常工作,并影响液压件(泵、马达）的使用寿命，严重时会损坏泵和马达.所以要定期检测液压油的品质，检查液压油是否受到空气污染、磨料污染、氧化变质、进水变质的影响，如有就要对液压油进行更换，对零件进行清洗。防止液压油变质要经常定期检测:液压系统油液的污染度,密封装置的的磨损或损坏,管路接头连接处是否有松动或漏油,系统的工作温度、压力，还要注意液压油物理性能的变化,保持液压油的物理性能的稳定性。这样可延长液压系统的寿命和防止故障发生。
2、液压维修的管理
液压设备维修，必须遵循5S管理制度，只有这样，才能保证安全、有序、保质保量的完成液压设备修复任务。
(1）整理
彻底将用与不用的东西(备件和工具）区分清楚,并将不用的东西加以处理，它是改善作业现场环境的第一步，其目的在于：改善和增加作业面积，作业现场无杂物，通行道路畅通无阻,从而提高工作效率，消除工具和备件等混放不安全因素。
（2)整顿
将拆卸的零件经过整理出来后加以定量、定位。整顿就是物品的放置方法的标准化管理，其关键在于做到定位、定品、定量，从而研究出正确的物品放置方法,进而使该法标准化。
（3)清扫
就是修复作业人员完成一段工作后，要彻底将工作环境四周清扫干净，在清扫过程中注意是否有丢漏的零件,清扫工作应遵循以下原则：
1)自己使用的物品如设备、工具等各工位要自己清扫而不依赖别人。
2）对设备的清扫着眼于对设备的维护保养，清扫设备要同设备的检查和保养结合起来，清扫过程中如发现有油少、漏油等异常现象时必须查明原因并采取措施加以改进，而不能听之任之。
（4)清洁
是指对整理、整顿、清扫之后的工作成果要加以维护使现场保持完善最佳状态。实施清洁作业时，要坚持三要三不要原则。
1)三要原则：①物品要清洁；②现场作业人员的形象要清洁；③现场作业人员的精神要清洁。
2）三不要原则:①不要放置不用的东西(与作业无关的物品）；②不要弄乱现场摆放的物品；③不要弄脏现场摆放的物品。
⑸素养
要努力提高人员的素质，养成严格遵守维修管理制度的习惯和作风。素养是5S活动的核心，没有人员素质的提高修复的各项工作就不能顺利安全的开展,修复的质量也不能很好的保证。
六、总结
参考文献:
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