佀國(guó)良，丁佳敏，劉喜明，韋海云

（山推工程機(jī)械股份有限公司 工程機(jī)械研究院，山東 濟(jì)寧 272073）

1 變速液壓系統(tǒng)原理

圖1 為5t電動(dòng)裝載機(jī)變速液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖，變速泵從變速箱殼體吸油，變速泵出油口同時(shí)通變速閥和溢流閥，在不操縱變速閥換檔時(shí)變速閥閥口封閉，沒有流量從變速閥通過，此時(shí)變速泵的主要流量通過溢流閥溢流，并經(jīng)過過濾器過濾后給變速箱潤(rùn)滑，其中變速泵的安裝位置約高于變速箱殼體內(nèi)液面0.9m。

圖1 變速液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

2 變速泵故障原因分析及測(cè)試

2.1 故障現(xiàn)象

變速泵故障的裝載機(jī)有已經(jīng)工作幾百小時(shí)的裝載機(jī)，也有新裝載機(jī)，主要的故障現(xiàn)象為：變速液壓系統(tǒng)無壓力；變速泵吸不上油；故障多出現(xiàn)在剛更換完變速箱液壓油時(shí)。故障表現(xiàn)不是泵效率降低導(dǎo)致的變速液壓系統(tǒng)壓力低，而是變速泵吸不上油導(dǎo)致變速液壓系統(tǒng)無壓力。

2.2 試驗(yàn)臺(tái)變速泵效率測(cè)試及拆解

對(duì)一個(gè)市場(chǎng)車的故障變速泵和一個(gè)新車的故障變速泵分別在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了效率測(cè)試和拆解。在額定工作壓力下，市場(chǎng)車的故障變速泵的效率仍然有80%左右，新車的故障變速泵效率在97%以上。對(duì)此2 個(gè)變速泵進(jìn)行拆解，市場(chǎng)車的故障變速泵的側(cè)板已嚴(yán)重磨損，新車的故障變速泵有輕微磨損。

從故障變速泵的效率測(cè)試結(jié)果可以看出，即使是市場(chǎng)車的磨損嚴(yán)重的變速泵仍然可以建立起變速液壓系統(tǒng)所需壓力，變速泵在實(shí)驗(yàn)臺(tái)和此電動(dòng)裝載機(jī)上使用情況的主要不同點(diǎn)在于試驗(yàn)臺(tái)的液壓油箱高于變速泵，結(jié)合故障多出現(xiàn)在更換變速箱液壓油時(shí)（吸油管的液壓油會(huì)落回），因此此故障的根本原因不是變速泵磨損，而是某些原因?qū)е碌奈屠щy，最終導(dǎo)致變速泵的磨損，變速泵磨損后又進(jìn)而惡化吸油困難問題。

對(duì)此變速泵吸油困難問題，結(jié)合此變速泵的具體使用情況做出以下原因假設(shè)：①變速泵安裝位置過高，導(dǎo)致吸油負(fù)壓過大；②變速泵吸油口朝下，吸油管油落下時(shí)，泵內(nèi)無法存儲(chǔ)液壓油；③吸油管路過長(zhǎng)、折彎過多導(dǎo)致吸油負(fù)壓大；④變速泵口有溢流閥，需帶載吸油；⑤吸油管路漏氣；⑥吸油過濾器堵塞；⑦變速箱液壓油過少。其中原因⑤到⑦在故障處理時(shí)已排除。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具備條件，進(jìn)一步進(jìn)行以下測(cè)試。

選擇一臺(tái)新下線正常的電動(dòng)裝載機(jī)，將變速泵吸油管更換為內(nèi)嵌鋼絲的透明軟管，方便觀察吸油管內(nèi)液面位置；在變速泵吸油口的接頭上鉆孔并安裝了測(cè)壓接頭，以測(cè)試吸油負(fù)壓；在變速泵溢流閥后串接流量計(jì)，以測(cè)試變速泵流量及效率。具體測(cè)試結(jié)果如下。

1）實(shí)際吸油時(shí)間測(cè)試。由于更換吸油管，吸油管內(nèi)的液壓油已落回變速箱，在變速泵轉(zhuǎn)速750r／min時(shí)觀察透明吸油管內(nèi)液面，如圖2所示，約120mm 的一小段管路用時(shí)25s，液面上升速度非常慢，總共用時(shí)約300s 后吸油管內(nèi)液壓油才進(jìn)入變速泵，變速泵此時(shí)吸空氣的效率只有約2%。

圖2 吸油管液面上升速度

2）在變速泵出油口放氣，測(cè)試吸油時(shí)間。松動(dòng)變速泵吸油口接頭使液壓油重新落回變速箱。如圖3 所示，在變速閥的進(jìn)口（相當(dāng)于變速泵的出口）有一測(cè)壓接頭，此處接上測(cè)壓管（另一端敞開），使變速泵出口通過測(cè)壓接頭和測(cè)壓管直接通大氣，在變速泵轉(zhuǎn)速750r／min 時(shí)重新測(cè)試吸油時(shí)間，相同的一小段管路用時(shí)只有2.5s，總共用時(shí)約30s，變速泵此時(shí)吸空氣的效率約有20%。

圖3 變速泵出口放氣

3）實(shí)際吸油時(shí)，變速泵出油口壓力測(cè)試。在測(cè)試實(shí)際吸油時(shí)間的過程中，測(cè)試變速泵出油口的壓力為1.5bar，此壓力遠(yuǎn)低于溢流閥的開啟壓力12bar，溢流閥沒有打開，所以空氣只能通過變速閥的滑閥閥芯間隙排出（溢流閥為錐閥，間隙很小），造成變速泵吸排氣的效率非常低。

4）吸油真空度及效率測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示，在吸油管滿油的情況下停車時(shí)，變速泵吸油口真空度為0.07bar，為變速泵安裝位置高于液面所致；在額定轉(zhuǎn)速2 000r／min 時(shí)，吸油真空度隨著溫度升高，由0.15bar 減小為0.12bar，實(shí)際工作時(shí)液壓油溫更高，吸油真空度更小。變速泵的效率在剛啟動(dòng)時(shí)稍低，隨后就由92.5%上升到100%。因此可以看出，吸油口的真空度小于0.2bar，且沒有影響到變速泵的效率。

表1 變速泵效率及真空度測(cè)試結(jié)果

5）吸油管液壓油落回時(shí)間測(cè)試。在以上測(cè)試完成后，將此測(cè)試車放置到停車場(chǎng)不再起車，并定時(shí)記錄吸油管的液壓油是否落回，在測(cè)試的11天內(nèi)吸油管一直是滿油。因此對(duì)于此正常密封的變速管路來說，在變速泵吸上油后，短時(shí)間內(nèi)吸油管的液壓油不會(huì)落回。當(dāng)然也不排除在更長(zhǎng)時(shí)間的放置后、變速泵磨損后，吸油管的液壓油會(huì)落回變速箱。

2.3 分析及測(cè)試總結(jié)

從以上分析及測(cè)試可以看出，造成變速泵故障的根本原因是變速泵吸油困難、吸油時(shí)間長(zhǎng)，在此電動(dòng)裝載機(jī)以后的保養(yǎng)時(shí)（吸油管的油落回），過長(zhǎng)的吸油時(shí)間導(dǎo)致變速泵逐漸磨損，最終吸不上油。還可以看出，變速泵吸油口的負(fù)壓在正常范圍內(nèi)，從變速泵出油口放氣后，吸油時(shí)間縮短為原來的1／10，吸油時(shí)變速泵出油口壓力只有1.5bar，沒有打開溢流閥，因而可以得出導(dǎo)致變速泵吸油困難的原因是以下兩個(gè)因素的綜合作用：①變速泵安裝位置高于變速箱液面；②變速泵出油口有完全閉合的溢流閥，且沒有其他常通油路，變速泵吸油時(shí)無法將吸油管內(nèi)的空氣通過溢流閥快速排出。

3 齒輪泵的相似用法分析

在其他工程機(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，齒輪泵的出油口也有起調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力作用的溢流閥，以下分類舉例并分析其使用方式是否存在問題。

1）齒輪泵安裝位置低于液壓油箱液面時(shí)，比如某些推土機(jī)的先導(dǎo)泵，安裝在翼板的液壓油箱高于位于車體內(nèi)的先導(dǎo)泵，此時(shí)液壓油可倒灌入齒輪泵的吸油管路，因此不存在吸油困難問題。

2）齒輪泵安裝位置高于液壓油箱液面，但和其他串泵共用吸油口時(shí)，比如某些裝載機(jī)的先導(dǎo)泵，其和工作泵是串泵，且共用吸油口，工作裝置不動(dòng)作時(shí)工作泵出油口通過多路閥直接通液壓油箱，不存在吸油困難問題，工作泵吸上油后先導(dǎo)泵即可吸上油。另外還有存在潤(rùn)滑泵的推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向雙聯(lián)泵也是此種情況。

3）與此裝載機(jī)變速泵相同用法的國(guó)內(nèi)160 馬力和220 馬力的液力推土機(jī)的轉(zhuǎn)向泵，也存在相同的問題。經(jīng)調(diào)查市場(chǎng)反饋故障，轉(zhuǎn)向泵的故障率較高，推土機(jī)長(zhǎng)時(shí)間放置后或保養(yǎng)后，轉(zhuǎn)向壓力需要等待較長(zhǎng)時(shí)間才能建立起來，嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向泵損壞、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法建立起壓力，其根本原因應(yīng)與此電動(dòng)裝載機(jī)一樣存在吸油困難的問題。

4 改善措施

根據(jù)以上分析，可采取的改善方案有：①將變速泵安裝位置降低到油箱液面以下；②將變速泵和其他泵共用一個(gè)吸油口；③增加旁通節(jié)流油路，變速泵吸油時(shí)可有效排氣，但對(duì)壓力的建立影響很小，具體方案如圖4 所示，另外還可以在溢流閥上設(shè)一常通小口，達(dá)到相同效果，方案更簡(jiǎn)潔，但需要修改溢流閥；④將上一方案的節(jié)流孔更換為2 位2 通電磁閥，在剛起車的一定時(shí)間內(nèi)，控制器控制電磁閥打開，變速泵出口可通過此電磁閥排氣，吸上油后再關(guān)閉電磁閥。根據(jù)此電動(dòng)裝載機(jī)的具體情況，臨時(shí)采取增加旁通油路的改善方案，如圖5 所示，在溢流閥（插在變速泵上）的前后各增加一測(cè)壓接頭，并將兩測(cè)壓接頭用測(cè)壓線連接起來，由于測(cè)壓接頭內(nèi)的油道只有約1.3mm，可充當(dāng)節(jié)流孔的作用。

圖4 加旁通油路原理

圖5 實(shí)際改善管路

在另一電動(dòng)裝載機(jī)上將改善措施實(shí)施后進(jìn)行效果測(cè)試，吸油時(shí)間只有13s，吸油時(shí)泵出口壓力3.3bar，旁通油路的泄漏量大約在1.5L／min，變速系統(tǒng)壓力降低約1bar，不過可通過調(diào)整溢流閥提高回來。變速泵出口壓力3.3bar，比之前測(cè)試時(shí)的1.5bar 更高，可以更快地排氣，因此吸油時(shí)間13s 比之前測(cè)試時(shí)更短，改善效果非常好，有效解決了此電動(dòng)裝載機(jī)變速泵吸油困難問題。本文提出的改善方案可為同類型問題的解決提供參考。