QY20B汽车起重机齿轮泵断轴和回转故障的分析

经验交流机械研究与应用QY20B汽车起重机齿轮泵断轴和回转故障的分析高林学，张光一1兰州理工大学，甘肃兰州730050；2重庆虎溪电机厂，重庆401331摘要1台QY20B型汽车起重机在工作过程中出现了三联齿轮泵第三联断轴和回转马达不转的故障，根据液压系统原理图和现场诊断，对故障原因进行分析，找出了故障发生的部位，发现液压回路中导控顺序阀的阻尼孔堵塞导致系统回路形成“断路”是齿轮泵断轴和回转马达不转的真正原因；通过疏通阻尼孔，清洗导控顺序阀，解决了回转马达不转的故障；最后提出优化液压系统，在泵的出口设置安全阀，是避免齿轮泵出现断轴故障的最根本的方法。关键词齿轮泵；断轴；导控顺序阀；阻尼孔中图分类号TH325文献标识码A文章编号10064414201001010203RESEARCHONSHAFTFRACTUREOFGEARPUMPANDINCAPABILITYOFROTATINGINAUTOMOBILECRANEQY20BGAOLINXUE，ZHANGGUANGYI1LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，LANZHOUCANSU730050，CHINA；2CHONGQINGHUXIELECTRICALMOTORPLANT，CHONGQING401331，CHINAABSTRACTANACCIDENTOFSHAFTFRACTUREOFTHEGEARPUMPANDFAILUREOFROTARYMOTORHAPPENEDINALLAUTOMOBILECRANEQY20BACCORDINGTOTHEPRINCIPLEOFTHEHYDRAULICCIRCUITANDDIAGNOSINGOFTHEACCIDENT，ITWASFOUNDTHATTHEJAMOFDAMPERINSEQUENCEVALVECAUSEDHYDRAULICCIRCUITTURNOFF，WHICHISTHEKEYCAUSATIONOFTHEACCIDENTMENTIONEDABOVETHEACCIDENTOFSHAFTFRACTUREANDINCAPABILITYOFROTATINGHASSOLVEDBYCLEANINGDAMPERANDSEQUENCEVALVEOMUGHLYATLAST，ITCANBECONELUDETHATSETTINGARELIEFVMVEATTHEOUTLETOFGEARPUMPTOOPTIMIZETHEHYDRAULICCIRCUITISEFFECTUALTOAVOIDINGTHEACCIDENTKEYWORDSGEARPUMP；SHAFTFRACTURE；PILOTOPERATEDSEQUENCEVALVE；DAMPINGAPERTUREL引言汽车起重机采用的液压泵经长期使用后，会出现不同程度的磨损，使泵的容积效率降低，影响起重机的性能J。笔者以1台QY20B汽车起重机在工作过程中出现的故障为例，从液压系统原理图出发，对QY20B汽车起重机上的三联齿轮泵中的“32”泵供油回路进行分析，找出故障发生部位，分析了故障产生的原因J。该汽车起重机的故障如下在作业过程中，三联齿轮泵中的第3联“32”泵出现断轴现象，而其余的两泵工作良好；当更换了新的三联齿轮泵后，再次发动起重机，发现回转机构回转失灵，而其它的工作机构工作良好。2故障原因分析21“32”泵供油回路工作原理QY20B汽车起重机液压系统由上车、下车两部分组成，中间由回转接头连接，如图1所示。整个液压系统由一台三联齿轮泵供油，第一联泵“66”泵给卷扬马达供油；第二联泵“66”泵供给伸缩臂油缸、变幅油缸或与第一泵合流后供给卷扬马达；第三联泵以下称“32”泵供给下车支腿油缸或上车的回转马达及卷扬离合油缸、卷扬制动器油缸。针对“32”泵的断轴和更换新泵后回转机构不转动的故障现象，确定故障发生在“32”泵的供油回路中，所以，只对“32”泵供油的系统进行分析。在图1中，“32”泵排出的油直接进入支腿操纵阀，当该操纵阀中的定位式操纵阀置于上位，其余各阀均处于中位时，“32”泵的排油依次通过上述各阀，然后回到油箱。当扳动支腿操纵阀的分配阀手柄时，压力油进入支腿水平油缸，使四个支腿一起伸出或缩回，扳动出油阀手柄时，压力油经过转阀分别进入四个支腿垂直油缸，实现支腿的垂直升降动作。支腿安放完毕后，将支腿操纵阀的定位式操纵阀置于下位，这时“32”泵排出的油，经中心回转接头传至上车的导控顺序阀及卷扬机构离合器制动器控制系统。在上车部分中，从“32”泵出来的高压油，经过管路滤油器和控制油路中的组合阀，经组合阀减压后给蓄能器充液并供给重力下降操纵阀。组合阀中的溢流阀的作用是在减压阀失效时对蓄能器进行安全保护，在正常情况下不动作。当蓄能器中的油压高于导控顺序阀的控制压力后，导控顺序阀打开“32”泵通过多路换向阀给回转马达供油；当蓄能器的压力低于收稿日期20091228作者简介高林学1976一，男，甘肃白银人，工程师，研究方向计算机控制技术液压控制系统。102机械研究与应用导控顺序阀的控制压力时，导控顺序阀关闭，将“32”泵与回转马达油路切断，给控制系统的蓄能器供油。22“32”泵断轴现象的分析对“32”泵供油回路进行分析发现整个系统在设计上不存在问题，所以，应将故障产生的原因着眼于元件上。另外，当“32”泵给下车部分供油时，“32”泵及下车部分的各个机构工作良好，故可以排除故障发生在下车部分的可能。对上车部分“32”泵供油回路上的元件进行检查，发现组合阀前面的管路滤油器上的密封圈已损坏，而其它元件没有损坏。在正常工况下，“32”泵输出的油液先经过导控顺序阀，然后再通过多路换向阀到回转马达；“32”泵突然断轴说明“32”泵到回转马达这条回路上发生了“断路”，使这条回路压力急剧上升，给齿轮泵带来很大的负载，使泵轴断裂。“断路”的原因就是管路滤油器堵塞严重，使得先导控制油路和导控顺序阀油路变成闭死回路，使得“32”泵输出压力急剧上升，最终使泵轴扭断并损坏管路滤油器上的密封圈。对齿轮泵轴进行受力计算与分析如下齿轮泵实际输入功率PJ尸TNMS1齿轮泵实际输出功率PPQPNN1S2总效率叼旦3PT”，2竹N齿轮泵的理论排量60旦MR4圆截面轴扭转切应力丁为_7R10一MPA5叮R口由式5可推导出该轴的许用输入转矩鲁10NM6将式4带人式3中可推导出泵的进出口压力差PP2NT7NM7式中为输人转矩，NM；为输入角速度，1S；N为转速，RRAIN；Q为实际流量，M。S；P为泵的进出口压差，NM；轴的直径D为0015，M；轴的许用扭转切应力为150MPA。分析式6计算出许用输入转矩T9935NM。该泵的理论排量为32MLMR，取总效率田为098，带人到式5中可得泵的允许进出口压力差P经验交流2055MPA。只要“32”泵的进出口压力差大于2055MPA，则该泵轴就会发生断裂。由此可见，由于管路滤油器堵塞严重，使得“32”泵到回转马达这条回路上发生了“断路”，该回路压力发生突变，是“32”泵断轴的根本原因。图1“32”泵系统原理图23回转机构回转失灵的分析更换液压泵后发动起重机，经现场检测，没有油液从导控顺序阀的出口流出，由此可判断回转机构回转失灵的原因在导控顺序阀上，即导控顺序阀不能正常打开。导控顺序阀的结构如图2所示。导控顺序阀的工作原理是当蓄能器压力低于导控顺序阀的控制压力时，导控顺序阀的导阀处于关闭状态，主阀阻尼孔中没有油液流动，主阀芯上下两端液压力平衡，主阀芯在弹簧力的作用下处于下方，主阀口关闭，将“32”泵与回转马达供油油路切断，此时“32”泵给控制系统的蓄能器供油；当蓄能器的油压高于导控顺序阀的控制压力后，导阀开启，主阀心阻尼孔中有油液流动，从而在主阀芯的上下两端产生压力差，当此压力差足以克服主阀弹簧力的时候，主阀心上移，主阀口开启，“32”泵给回转马达回路供油。在工作时，如果导阀阻尼孔和主阀阻尼孔中的任一阻尼孔堵塞，主阀均不能开启，则油液无法流过导控顺序阀给回转马达回路供油。“32”泵排出的油液直接经过管路滤油器密封圈已经损坏、组合阀，进入垂直下降操纵阀，此时垂直下降操纵阀处于中位，油液通过阀的中位流向垂直下降操纵阀的控制油路上如图1所示，再通过控制油路上的梭阀流向多路换向阀的中位回油箱。由此可见，导控顺序阀由于阻尼孔堵塞，主阀无法开启、油液不经导控顺序阀而直接流回油箱是回转1O3经验交流机构回转失灵的原因。机械研究与应用图2导控顺序阀结构图3解决的措施31保证油液的清洁度由以上分析可见，“32”泵断轴和回转机构回转失灵故障都是由于油液污染，从而导致导控顺序阀的阻尼孔和管路滤油器堵塞而造成的。经了解，该汽车起重机已经连续使用10年并从未更换过液压油，也未对管路滤油器进行过清洗，液压油已经严重老化，污染物大量存在于系统的回路中。拆下导控顺序阀和管路滤油器，对阻尼孔和滤芯进行细致清洗后特别是两个阻尼孔，连接好管路，重新发动起重机，起重机的各个机构工作正常。目前该起重机已连续使用数月，不再发生“32”泵断轴和回转机构回转失灵的故障。所以油液的污染是以上故障的直接原因，选择合适的液压油和管路滤油器，并定期清洗管路滤油器和更换液压油，是降低设备故障率的有效措施。32优化系统图1中，回转马达回路中的溢流阀只对回转马达起过载保护作用，而其前面的任何一个元件若堵塞或发生故障，形成回路“断路”，都将导致泵出口压力急剧增大、产生断轴故障。如果在“32”泵的出口设置一个溢流阀，对泵进行安全保护，则即使回路出现故障也可以通过溢流阀来保护液压泵，防止泵由于压力过高而断轴。改进措施只需将支腿操纵阀中的溢流阀改到定位式操纵阀的前面，使该溢流阀成为“32”泵的安全阀，系统优化如图3所示。图3系统优化图4结论1油液的污染是液压系统产生故障的主要原因，选择合适的液压油和管路滤油器，并定期清洗管路滤油器和更换液压油，是降低设备故障率的有效措施。2在本维护中，导控顺序阀的阻尼孔和管路滤油器的堵塞，导致回路出现“断路”，是齿轮泵断轴和回转机构回转失灵的原因。3在泵的出口设置溢流阀限制泵的最高输出压力，是避免齿轮泵断轴的最根本的措施。参考文献1张魁元，张明伟汽车起重机液压泵的修理J工程机械与维修，2005111401412任歆QY一12T汽车起重机全车液压系统失灵故障的分析与排除J隧道建设，2002，22339403王风娜八吨汽车起重机液压传动系统设计J沈阳航空工业学院学报，2001，18429314赵亮培液压传动系统的故障研究J机械，2005，32557585北京工程机械研究所QY20B汽车起重机说明书Z19846何存兴，张铁华液压传动与气压传动M武汉华中科技大学出版社，20007单辉祖材料力学M北京高等教育出版社，20048范存德液压技术手册M沈阳辽宁科学技术出版社，20