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液压挖掘机回转机构原理及故障排查二例

2021-01-14
齐敦建
(徐州徐工挖掘机械有限公司营销公司)
一、回转机构组成及工作原理
(1)组成
液压挖掘机回转机构主要由回转支承、回转减速器、回转制动器和回转液压系统等组成。
回转支承 回转支承如同大型滚动轴承,其外圈用螺栓与转台连接,内圈用螺栓与底盘连接,内、外圈之间设有滚动体。挖掘机工作装置作用在转台上的垂直载荷、水平载荷和倾覆力矩均通过转台、回转支承的外圈、滚动体和内圈传递给底盘。
回转减速器 回转减速器固定在转台上,与回转马达输出轴连接,回转减速器输出轴上装有小齿轮,回转支承设有内齿圈。当回转马达带动回转减速器转动时,安装在回转减速器输出轴上的小齿轮与回转支承的内齿圈啮合,小齿轮在绕自身轴线自转的同时绕回转支承内齿圈中心轴线公转,小齿轮公转运动带动转台及上机工作装置一起回转。
回转制动器 回转制动器设置在回转减速器上,由回转液压系统控制。各种挖掘机制动器结构各不相同,但原理基本相同。以XE370C型液压挖掘机为例,其回转制动采用常闭、弹簧夹紧、多片、湿式制动器,挖掘机转台停止转动时由制动器实施制动,转台回转时,液压系统先导压力油推动制动活塞将弹簧压缩,使制动器解除制动。
回转液压系统 以某型挖掘机为例,其回转液压系统如图1所示。该挖掘机设有P1、P2泵2个主泵,操纵回转时P1泵单独供油。回转马达为斜盘式轴向柱塞马达,P1泵输出的压力油通过回转液压系统油路驱动回转马达转动。回转马达上设有防反转阀2、回转溢流阀3、补油单向阀4、延时制动阀8,其中延时制动阀8由减压阀7和换向阀9组成,这些阀组的主要作用是保护回转油路不过载。
(2)工作原理
当操纵挖掘机回转时,回转先导阀输出的压力油进入回转换向阀1阀芯一侧,推动回转换向阀1阀芯移动,打开回转换向阀1油路。主泵输出的压力油经回转换向阀1进入回转马达的工作油路(A、B油口),驱动回转马达5旋转。
来自回转先导阀的先导压力油同时进入延时制动阀8的SH油口,SH油口的先导压力油推动延时制动阀的换向阀9阀芯,使先导泵输出的压力油(PG油口)进入回转制动器6活塞室。将制动活塞顶起,使制动摩擦片分离以解除制动,回转马达5方可通过回转减速器10驱动转台旋转。当操纵挖掘机停止回转时,回转先导阀阀芯回到中位,先导油卸压,回转换向阀1阀芯回到中位,回转马达5的工作油路(A、B油口)被切断,而回转马达5在惯性的作用下继续转动,使回转马达5原来回油侧压力升高,该高压油成为回转马达5停止回转的主要制动力。当压力达到回转溢流阀3设定的压力时,回转溢流阀3开启泄压,防止回转马达回油侧产生过高的压力,对回转液压系统起保护作业。
回转先导阀回到中位时,解除回转制动的先导压力油(SH油口压力)迅速降为零,换向阀9在弹簧力的作用下运动至图1所示的位置,解除制动的压力油通过延时制动阀的减压阀7节流孔流进回转马达5壳体,然后流回液压油箱。制动弹簧的弹力通过制动活塞施加在摩擦片上实施制动。
二、故障排查二例
回转机构出现故障的现象和原因各不同,排查故障时应根据其特点分别对待。
(1)回转制动时转台漂移量过大
1台工作了8850h的XE370C型液压挖掘机,当其停止回转后,转台的漂移量明显过大,在斜坡上停机时,转台会自动向下坡方向转动,回转过程伴有异响。
排查延时制动阀 分析认为,如果延时制动阀的减压阀节流孔堵塞,就会导致解除回转制动的先导油流回马达壳体的时间延长;如果延时制动阀的换向阀没有完全复位,PG油口的先导压力油就会只有一部分油液流向回转马达壳体。2种情况都会造成制动活塞处于半开启状态,导致回转制动时转台漂移过大。拆检、清洗延时制动阀的减压阀和换向阀,重新安装后试机,故障现象依旧。
排查回转溢流阀和补油单向阀 用2个量程为60MPa的压力表分别接在主泵(P1、P2泵)测压口,将铲斗斗齿插入地面,然后操纵挖掘机回转,使回转液压系统处于溢流状态,测得P1泵压力为23.8MPa(正常为27.5MPa),该压力偏低,P2泵压力为3.5MPa,该压力正常。这是因为回转是由P1泵单独供油,P2泵输出的压力油经主泵溢流阀回液压油箱。虽然2个回转溢流阀和2个补油单向阀同时出现故障的概率比较低,为了快速确认故障部位,拆检2个补油单向阀,更换2个回转溢流阀,故障仍然没有排除。
拆检回转马达 在拆解回转马达之前,先拆卸回油过滤器,没有发现金属粉末等异常污物。然后拆解回转马达,检查柱塞的滑靴、回程盘、配流盘和缸体等没有明显磨损。检查制动活塞、摩擦片、制动弹簧没有明显损坏现象。当拆出回转马达主轴时,发现主轴滚柱轴承的滚柱表面磨损严重,已呈现麻点状,如图2所示。

图2  轴承滚珠柱损坏
由此可见,回转制动时转台漂移过大的主要原因是回转马达轴承过度磨损,造成回转马达主轴和缸体的安装位置发生位移,使配流盘与缸体的配合压紧力减小,回转马达停止时原来回油一侧无法形成高压,因而无法形成所需的制动力。滚柱轴承的滚柱表面成麻点状,造成回转时产生异响。
我们更换了新的轴承,清洗马达所有零部件,并对配油盘和缸体结合面进行研磨,对回转减速器进行清洗并更换新齿轮油,重新组装后试机,故障现象消失。
(2)回转时有异响
1台XE260型挖掘机在工作6700h后进行了整机维护保养,保养后回转出现刺耳异响。因为声音特别明显,所以不能过多试机。
原因分析 虽然按照异响难以判断故障部位,但是根据声音特点,可以断定液压系统没有故障,应重点排查机械传动部分。
若异响是回转减速器内发出,可能是回转减速器行星齿轮或轴承损坏,应更换损坏的行星齿轮或轴承,且清除损坏件碎片,清洗干净后加入新减速器油,才能继续使用。
若异响是从回转支承内的轨道(包括滚珠)内发出,一般是滚珠或隔离体损坏,将滚道压坏,应分解回转支承检查、修复或更换。
若回转减速器输出小齿轮与回转支承内齿圈啮合间隙过大、过小或啮合处有异物均会发出异响,应重新安装或调整该间隙。对油池的润滑脂进行清洗更新,对损坏的部位进修复或者更换。
故障排查 首先拆检回转减速器。将回转马达连同回转减速器从转台上拆卸下来,发现润滑脂较为清洁。仔细检查发现润滑脂含有金属颗粒物,但回转减速器输出小齿轮没有损坏。
其次检查回转支承内齿圈。吊起异响挖掘机工作装置前端,慢慢转动异响挖掘机转台,从转台上的回转减速器安装孔观察回转支承内齿圈的轮齿,发现1个轮齿断裂,断裂的轮齿如图3所示,至此查出异响原因。

图3 回转支承内齿圈的断齿位置
最后彻底清理和检查。清理回转支承内齿圈、油池和回转减速器输出小齿轮上的润滑脂,仔细检查后发现,回转支承内齿圈轮齿只是部分损伤且不严重,回转减速器输出小齿轮与回转支承内齿圈轮齿的啮合面基本完好,对正常的传动不会产生实质影响。重新加入新的润滑脂,安装回转减速器试机,挖掘机回转正常。
故障总结 经过与相关人员沟通后得知,在上次保养时,为了方便快速地更换回转支承齿圈油池内的润滑脂,将回转减速器拆下后更换润滑脂。当重新安装回转减速器时,因为转台与底盘的位置发生了相对转动,回转减速器输出小齿轮也发生转动。维修人员没有将回转减速器安装到位,就将其固定螺栓强行紧固,从而导致回转支承内齿圈的轮齿断裂,断裂掉的轮齿铁块进入啮合面,在回转过程中就发出刺耳的响声。
安装回转减速器正确的方法如下:先借助外力对转台进行微动,使回转支承内齿圈与回转减速器小齿轮啮合正确,再紧固回转减速器固定螺栓。
本文选自《工程机械与维修》2017年第6期