Q1-3 型牵引机制动系统故障诊断与排除.doc

Q1-3型牵引机制动系统故障诊断与排除黎正文郭伟孙学玉王庆艳摘要：本文针对1台Q1-3型小牵引机制动器制动不及时的故障，进行了故障发生原因的分析和排查，提出并实施了排除措施。关键词：制动器故障诊断排除Q1-3型小牵引机是一种小吨位张力架线施工用牵线设备，其制动系统对架线施工安全非常重要。该机为液压驱动牵引机，工作原理如图1示意，动力源为柴油发动机，发动机带动主变量泵泵出的液压油带动马达旋转（可以正反转），马达再通过减速器带动卷筒转动并缠绕钢丝绳，从而实现牵引钢丝绳的功能，卷筒的制动则是靠减速器高速轴外接输出口安装的圆盘多片式制动器来实现的。减速器马达泵卷筒卷筒制动器发动机图1型小牵基本工作原理示意图1故障现象当卷筒需停止工作时，操纵伺服机构手柄回到中位后，制动器不能及时制动，卷筒在钢丝绳外力作用下倒转一段距离才能停住，施工中我们常把这种现象称之为跑线，该故障现象在以往的施工中由于牵引吨位很小，表现得并不明显，也没有影响施工的正常进行，随着近几年架线施工牵引吨位的增加，该故障现象表现得越发明显，遂引起我们的重视。2制动器结构及工作原理该制动器是常闭制动器，即卷筒工作转动时，制动器开启，卷筒停止转动时，制动器制动，结构示意如图2。制动油缸活塞摩擦静片制动器外壳摩擦动片输入轴图2牵引机结构示意图摩擦静片摩擦动片制动器的输入轴为花键轴，随轴的转动而转动，且可在花键轴上轴向移动；制动器外壳内腔是内花健腔，其内安装的是摩擦静片，不能转动，但也可在花键腔内轴向移动。当卷筒转动时，通向制动油缸的液压油也同时推动制动油缸活塞缩回，克服制动弹簧弹力，摩擦动片和摩擦静片之间不再有轴向压力，相互之间也就不存在摩擦制动力，所以，制动器输入轴可以带动摩擦动片转动；当需要卷筒停止转动时，对驱动卷筒工作的马达停止供油，通向制动缸的液压油同时泄压回流到液压油箱，制动缸活塞在弹簧的作用下弹出并压紧摩擦静片和摩擦动片，摩擦动片受摩擦力作用停止转动，轴便不能再转动，马达和卷筒在制动力矩范围内便不再转动，从而实现了制动器的制动功能（对马达停止、恢复供油与对制动液压缸停止、恢复供油是通过伺服机构控制的）。3原因分析与排查能引起上述故障的可能原因有3个：2个常见原因分别为伺服机构（制动器和马达协调控制系统，该机的伺服机构是机械连杆式的）控制不同步和制动器制动力不足；1个不常见原因是制动器动作反应慢。以下是逐个原因分析与排查。3.1伺服（操纵）机构对马达和制动器控制不同步方面的原因排查伺服机构对马达和制动器控制一旦不同步，就可能造成制动器制动滞后或提前，滞后的结果就会产生上述故障现象，提前的结果会导致制动器制动声响异常且制动时牵引压力表显示值突然上升。理论上，通过对伺服机构的调整，让伺服机构对马达和制动器控制同步，上述故障现象完全是可以消除的。排查措施：反复调整了伺服机构的相关部件，并做了载荷运行试验，但试验表明，故障现象并未消除。排查结论：可排除伺服机构控制不同步的因素。3.2制动器制动力不够方面的原因排查从理论上分析，能引起制动力不足的原因有三个：即摩擦片磨损量过大制动器弹簧断裂或弹力不足制动油缸密封失效，液压油渗漏到动、静摩擦片间，导致动、静摩擦片间摩擦力不足。3.2.1试验排查首先对制动器进行如图2所示的动、静负荷试验。1.25倍额定静负荷试验，将缠绕在卷筒上的钢绳用链条葫芦连于地锚上，拉到规定拉力，静止10分钟，未发现制动松动现象；1.1倍额定动负荷试验，操纵伺服手柄，用该牵引机将重物牵升到一定高度后把伺服手柄推回中位让该机正常停车，发现重物并没同时停住，而是下滑一小段距离后才被制动。排查结论：虽然制动不及时，但以上试验足以表明制动器的制动力并不存在问题；重物没被及时制动说明伺服机构控制不同步或制动器制动动作反应过慢。3.2.2拆检排查对制动器进行拆检，拆检结果是：未见摩擦片腔体内和摩擦片上有液压油，说明制动液压缸并未渗漏；摩擦片没有烧损的痕迹；测量动静摩擦片的厚度均在规定值范围内；拆检弹簧腔，未见弹簧断裂。排查结论：拆检结果也表明制动器的制动力不应存在问题。综上排查结果来看，我们应重点排查制动器是否存在动作反应慢的问题。3.3制动器动作反应慢方面的原因排查3.3.1排查措施制动器动作反应快慢是由制动液压缸活塞的弹出和缩回速度决定的。所以，将制动器制动液压缸总成单独拆下，其它部件不动，操作伺服机构，观察活塞动作情况。结果发现，活塞的弹出和回缩速度明显不一样，当扳动变量杆离开中位时，活塞瞬间缩回，动作速度很快，说明制动器打开正常；而当变量杆推回到中位时，活塞并没有瞬间弹回，其弹出速度相对较慢。3.3.2排查结论：以上排查结果表明，制动器活塞弹出动作时间相对较长是造成该牵引机不能及时制动的直接原因。4故障排除4.1制动器活塞动作慢的理论定性分析活塞缩回的时候是发动机带动齿轮泵向制动油缸泵油，有恒定的能量来源，在往油缸里泵油时，在压力未达到设定溢流压力之前，油缸的流量等于齿轮泵的流量，活塞速度快，根据v=Q/A，活塞反应时间长短由齿轮泵流量决定；而活塞弹出的时候是弹簧的弹力作用在活塞上使制动缸排油，弹簧提供的是衰减的能量，加之阻力消耗能量，则活塞速度跟不上，此时，活塞反应时间的长短可由公式：t=x/vv=Q/A，Q=（P1-P2）r4/8x（泊肃叶定律）推导出：t=8x2A/（P1-P2）r4式中：t活塞的动作时间；x活塞的行程；v活塞的平均速度；A活塞的截面；Q制动油缸的流量；P1计算初始点的压力；P2计算终了点的压力；油液粘滞度（流动性）。单从以上公式来看，活塞的反应时间与位移、截面、油液流动性、压力差、油缸直径都有关系，延展到油液回油时的所流过的路径，活塞弹出的时间长短则与油液所经过的管路直径、长度、背压都有关系。即活塞弹出时间与活塞位移、管路长度平方、活塞截面、油液流动性成正比，与管路背压、缸径（管径）4次方等成反比。4.2故障排除措施根据以上分析可对以上相关因素采取措施，但实际上活塞截面和缸径由于结构原因不能更改；查看实际管路走向也比较合理，长度也不能更改；液压油符合液压系统用油规定，也不必更换。所以，根据以上分析和实际情况利用其它几个与制动缸活塞反应时间相关联的因素可采取以下三个措施：措施1：减小活塞行程（位移）。从活塞行程上看，现有效行程过大（实际位移10mm），增加了活塞动作的时间。活塞的行程只要保证制动、静摩擦片能顺利分开或压紧即可。如图3，在制动器制动油缸内加行程限制垫，使活塞行程缩短至45mm即可。行程限制垫图3制动轴缸示意图进（回）油口措施2：加大回油管径。将制动油缸回油所经过的油管由原来内径6mm的管改为8mm的管；措施3：减小回油背压。原制动缸回油管回油末端插入