沈燕斌 王川汶

摘要：液壓泵是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的動力源，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其技術(shù)性能直接關(guān)乎整車動力性、可靠性。凱斯作為我港挖掘機(jī)的主打品牌，其配置為川崎K5V160DTP型斜盤式軸向柱塞泵。液壓泵是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)故障率較高的元件，中間體裂紋是該款柱塞泵故障的典型代表，其材質(zhì)為球磨鑄鐵。本文從柱塞式液壓泵工作原理、泵殼材質(zhì)等方面入手、深入分析了造成中間體裂紋的原因，采取最佳的修復(fù)方案徹底解決凱斯挖掘機(jī)液壓泵中間體故障問題，以提升液壓動力元件的技術(shù)性能，達(dá)到節(jié)能降耗、質(zhì)量優(yōu)化的目的。

關(guān)鍵詞：斜盤式軸向柱塞泵;調(diào)節(jié)器;球磨鑄鐵;焊接工藝;磨削;調(diào)試

中圖分類號：TG174 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0117-02

0 ?引言

凱斯CX360配置日本川崎K5V160DTP型液壓主泵，設(shè)備運行10000小時后，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)故障逐漸展露。作業(yè)過程中出現(xiàn)左（右）一側(cè)無行走、小臂工作無力、旋轉(zhuǎn)動作緩慢故障時，一般優(yōu)先考慮是液壓主泵發(fā)生故障。此時可以調(diào)用凱斯挖內(nèi)置控制器顯示菜單，診斷主泵壓力以進(jìn)一步確認(rèn)故障。

在小臂溢流動作時，車載屏幕顯示P1泵無高壓，P2泵壓力過低，此時可以拆檢主泵中間體上部螺栓進(jìn)一步檢查，當(dāng)確認(rèn)殼體裂紋后（如圖1），可直接吊卸主泵拆檢。

如果故障出現(xiàn)早期能及時停機(jī)的話，主泵損失并不嚴(yán)重。解體檢查，我們會發(fā)現(xiàn)P1泵各部件磨損均在正常范圍內(nèi)。斜盤、滑靴、柱塞、配油盤、傳動軸等部件磨損輕微，油封未出現(xiàn)高溫變質(zhì)，配油塊（中間體）內(nèi)側(cè)殼體撕裂，1st齒輪完好，各部軸承未出現(xiàn)疲勞損壞，重點檢查調(diào)節(jié)器的復(fù)位是否異常，確認(rèn)各部正常后，可對各元件拆檢清洗，更換密封件進(jìn)行裝配?；謴?fù)該液壓主泵可只需維修中間體、更換密封件、視情況修復(fù)調(diào)節(jié)器，即可恢復(fù)該液壓主泵。

1 ?原理分析

日本原裝川崎液壓泵，主泵型號為K5V160DTP，該泵為斜盤式軸向柱塞泵，由P1、P2、P3泵軸向串聯(lián)而成，2個主泵通過調(diào)節(jié)器控制伺服活塞動作，進(jìn)而推動斜盤傾角變化實現(xiàn)泵壓調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器具有功率（比例電磁閥）、流量（負(fù)流量）多控制模式，P3泵為伺服泵，串聯(lián)于泵后部。中間體主要為進(jìn)、出油管路接口殼體、連接P1、P2泵。（如圖2）

P1、P2泵都為斜盤柱塞泵，主要有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、斜盤機(jī)構(gòu)及配流機(jī)構(gòu)組成。其中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由傳動軸、柱塞、滑靴、缸體、回程盤、回位彈簧等組成;斜盤機(jī)構(gòu)由斜盤、斜盤支撐臺、伺服活塞、伺服活塞傾斜銷等組成;配流機(jī)構(gòu)主要由配流盤、配流盤塊（中間體）、配流盤銷組成。

傳動軸帶動缸體、柱塞一起轉(zhuǎn)動，柱塞靠機(jī)械裝置、液壓油作用壓緊在斜盤上，沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增大，產(chǎn)生局部真空，從而將油液吸入配油窗口，柱塞在自上而下半周內(nèi)又逐漸向缸體內(nèi)推入，使工作腔容積不斷減小，從而將油液從配流盤向外排出，缸體旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)一次完成一次吸、壓油動作，通過調(diào)節(jié)器改變斜盤的傾角，改變密封腔容積從而實現(xiàn)泵的排量變化。

液壓泵調(diào)節(jié)器型號為KR3S-9Y04-HV，泵的功率控制方式為總功率控制+功率切換控制，流量控制方式為負(fù)流量控制。負(fù)荷壓力增大時，泵的傾斜角減小，從而避免原動機(jī)過載和自泵過載。調(diào)節(jié)器將液壓力作為信號進(jìn)行傳遞，從而控制功率，在這個過程中，液壓力是自泵壓力乘以1.33與對方泵壓力乘以0.67的和。先導(dǎo)壓力Pi增大后，先導(dǎo)活塞向右移動，停止在先導(dǎo)彈簧的力和液壓壓力相互平衡的位置，此時泵的流量減少，反之當(dāng)Pi減少后，滑閥向左移動，流量增大。調(diào)節(jié)器的功率控制、流量控制特性曲線如圖3。

2 ?故障分析

川崎液壓泵中間體材質(zhì)為鑄鐵，從裂紋位置分析，導(dǎo)致P1泵配流塊裂紋主要原因在于：

①主溢流閥故障或調(diào)節(jié)不當(dāng)，活塞卡塞不能正常的溢流動作，致使系統(tǒng)工作壓力過高，從而將主泵中間體高壓油道部位沖裂。該故障可以直接調(diào)用診斷菜單直觀判斷。從以往故障情況來看，由于溢流閥引發(fā)的主泵故障率較低，因為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都設(shè)計兩級溢流，及時主溢流閥出問題，二級溢流依然可以保證系統(tǒng)正常運行。

②調(diào)節(jié)器故障或調(diào)整不當(dāng)。該調(diào)節(jié)器采用同步全功率控制方式，設(shè)有最大流量調(diào)整、最小流量調(diào)整、功率控制性能調(diào)整、流量控制性能調(diào)整四個調(diào)整螺栓，調(diào)整不當(dāng)會使得液壓泵偏離曲線，減少其使用壽命。當(dāng)調(diào)節(jié)器內(nèi)的先導(dǎo)控制活塞磨損超標(biāo)、控制彈簧斷裂、撥叉軸損壞時，會引起主泵流量變化，從而引起配油機(jī)構(gòu)及油道受力不均。（調(diào)節(jié)器的四種調(diào)節(jié)方式見圖4）

③液壓油箱透氣裝置堵塞，油箱內(nèi)形成負(fù)壓，增大了主泵的吸油壓力，挖掘機(jī)運行過程中工況粗暴，主泵異響嚴(yán)重，久而久之引起中間體高壓腔殼體裂紋。

④中間體設(shè)計缺陷，高壓腔殼體壁厚過薄，只有2mm左右，挖掘機(jī)主泵溢流壓力大，挖掘機(jī)在SP模式下工作時，溢流壓力可到40.5MPa，如此大的壓力沖擊容易引起中間殼體損傷，從而導(dǎo)致高低壓油腔串油，無法建立高壓。

⑤鑄造質(zhì)量問題。中間體材質(zhì)為球磨鑄鐵QT400-18，從裂紋情況可以看出，損傷部位靠近P1泵側(cè)，挖掘機(jī)運轉(zhuǎn)工程中該部位既承受著系統(tǒng)的高壓又要承受著泵體及設(shè)備的振動影響，配流塊開口部位易引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。該鑄件裂紋呈穿透性直線，開裂處未氧化，裂紋部位屬于薄厚過渡區(qū)，鑄件本身在該區(qū)域容易形成應(yīng)力集中。

3 ?維修措施

中間體球磨鑄鐵牌號為：QT400-18，為鐵素體的球墨鑄鐵，具有較好的焊接性能和切削型，沖擊韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，其力學(xué)性能如表1。

由于中間體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊修部位壁厚不均勻，焊補時容易產(chǎn)生變形及裂紋，后續(xù)還得機(jī)械加工，因此對焊接人員、焊接工藝提出了較嚴(yán)格的要求。為保證焊接質(zhì)量，防止缺陷產(chǎn)生，考慮焊接材質(zhì)、焊接工藝后，最終確定采用鎳基焊條電弧冷焊法。

3.1 焊接工藝

①焊前準(zhǔn)備，清除銹渣、油污、泥土。

②開坡口。

③鉆止裂孔。

④正確選擇焊條直徑。考慮到焊接部位壁厚小于10mm，選用2.5mm的焊條。

⑤正確選擇焊接電流，電流為60-80A。

⑥焊接時采用反接法。工件接負(fù)極，焊條接正極。

3.2 施焊要點

①細(xì)焊條，小電流。

②分段、分散、斷續(xù)焊。

③焊后錘擊焊縫。

④力求做到：短焊、間歇、窄道焊，焊后要緩慢冷卻。

3.3 磨削加工

焊修完畢，需要進(jìn)行精車和磨削加工，以恢復(fù)原裝配件的精度要求。經(jīng)過車削加工后，焊修面內(nèi)孔余0.15mm的研磨量。磨料選擇黑碳化硅，粒度W14。經(jīng)研磨，使中間體的配油盤側(cè)結(jié)合面?zhèn)鹊谋砻娲植诙冗_(dá)到0.2μm。研磨過程中，嚴(yán)格控制壓力與速度，防止工件過熱。研磨完畢，清潔、防銹，經(jīng)測量裂紋面壁厚達(dá)5mm，達(dá)到預(yù)期加工效果。（如圖5）

3.4 調(diào)試

柱塞泵安裝完畢，啟動設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。通過調(diào)節(jié)器上的調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié)最大流量、最小流量、功率控制性能以及流量控制性能。經(jīng)測試達(dá)標(biāo)準(zhǔn)流量、功率曲線要求。

4 ?應(yīng)用意義

采用上述焊接、磨削工藝修復(fù)川崎柱塞泵中間體，徹底解決了殼體裂紋問題，較好的保證了設(shè)備的正常出勤，為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)正常的運行提供有力的動力源。經(jīng)實踐證實，該修復(fù)工藝質(zhì)量過關(guān)，大大節(jié)約了維修成本、改善了部件的技術(shù)性能，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建偉，顧根紅.淺談球磨鑄鐵的焊接工藝[J].大科技，2012（12）.

[2]伍廣，等編著.焊接工藝[J].化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]工程機(jī)械鑄鐵殼體裂紋的焊修[J].南方農(nóng)機(jī)，2008.

[4]陳吟熙，曹偉星.大型精密球磨鑄鐵油缸研磨技術(shù)[J].1990.

[5]熊志文，殷茹新，楊大勇.液壓泵安裝座殼失效分析[J].失效分析與預(yù)防，2007.