装载机故障甄别与分析

王志华

（中铁六局太原铁路建设有限公司，山西 太原 030012）

引言

随着社会基础建设的迅速发展，工程建设的质量和进度成为项目评估的关键指标，施工队伍的效率体现在机械化程度的高低，工程机械的出现不仅节省了劳动力，也大大提高了工程建设的速度，同时降低了工程建设的成本。

工程机械由动力系统、传动系统以及液压系统等组成。机械在工作过程中，长期的震动和磨损以及润滑油等的损耗，使得这些具有一定使用寿命的机械存在不同程度的损坏，在使用过程中需要不断地保养和检修，对损坏的部位及时更换或修补才能延长机械的使用寿命。由于装载机轻巧、灵活、操作简单，成为工程机械主要机种之一，因此掌握装载机工作原理和故障模式以及原因对装载机的使用具有很大的帮助。

装载机的发动机一般以柴油机为主，只有少数小型以及轻型装载机配置汽油发动机，使用柴油发动机的优点是柴油机的压缩比为14:1，最高可达25:1，因此作业效率高，更适合重型机械。柴油发动机有五大构成部分：曲柄连杆机构、配气结构、燃油供给系统、润滑系统和冷却系统。

变矩器的主要功能是将发动机的扭矩进行放大，以便进行举重操作。变矩器一端与发动机输出转速连接，一端与离合器输入转速连接。变矩器的基本元件有变速泵、泵轮、涡轮和导向轮，以液压油为介质。基本原理为通过变速泵从油箱底壳中吸取液压油，与发动机刚性连接的泵轮高速旋转后带动液压油并延切向甩出冲向涡轮，由液压油的冲力推动涡轮叶片旋转，同时高速流出的油液冲击在固定不动的导轮上，又增加了涡轮转向推力，涡轮在两种力的作用下实现转动，变矩器完成了放大扭矩的功能，涡轮在变矩器内通过涡轮叶片和涡轮轴将扭矩输出至离合器和变速箱。

变速箱的功能主要是变换不同的速度，其基本构成主要是直径不同的齿轮组合，是主要的传动部件之一，以改变发动机和车轮之间的传动比，实现装载机速度力与发力之间的匹配。工作泵和水泵原理相似，通过旋转将液压油充到活塞油缸内推动活塞杆伸出和收缩，分配阀的功能主要是将工作泵输出的液压油分配到不同的油管以实现不同的功能。活塞油缸的功能主要是机械动作，通过活塞杆的伸缩实现装载机的举臂和转斗以及转向。

综述装载机的原理通过发动机提供动力，经过变矩器实现动力放大，再由工作泵和分配阀以及整个液压系统实现装载机的各项功能运行。

1 装载机原理概述

装载机具有行走、转斗、举臂等基本动作功能，由动力装置、工作装置和液力传动系统装置实现这些功能。通过底盘将各部分连为一体，并配备指挥系统以及电力系统。一台装载机具有的基本构件有发动机、变矩器、变速箱、工作泵、分配阀、活塞油缸等，由这些基本的原件实现了装载机的行走和铲运功能。

2 故障判断方法与技术

装载机故障的判断，可根据装载机工作的原理和经验的累积进行直观判断，这种方法快速且有效，并且不影响施工进度安排，对于人为判断难以消除的故障需要通过仪器和专业的诊断方法以及专家诊断。通过总结，对装载机故障的判断类型有以下几种：

2.1 主观诊断方法

这种方法主要依靠经验的总结，不需要仪器，仅凭个人对常见故障的记忆，判断故障位置所在。其优点是判断速度快，恢复效率高；缺点是出现新故障时，无法判断故障发生原因，并难以处理。

2.2 视觉诊断方法

视觉诊断主要是观察装载机各部位的情况，包括速度表、压力表、温度表等仪表数据，以及装载机各部位的漏油情况，如变矩器、活塞油缸、油管和变速箱等，还可观察排气筒尾部气体颜色，判断发动机漏油情况，根据活塞伸缩速度判断是否存在故障。

2.3 听觉诊断

这一诊断方法主要是通过听发动机的声音，判断发动机是否存在异常，以及听各部件换向的冲击声、泄漏声来确定系统噪声、冲击声是否过大，以此来判断装载机是否存在故障。

2.4 触觉判断

触觉判断主要是通过触摸，感觉装载机的油温、振动等来确定油温是否过高，运行部件和油管有无振动，从而判断装载机有无故障。

2.5 基于信号处理的故障诊断方法

这种技术方法是一种科技手段，以动态测试和传感技术为方法，通过处理所得信号，判断装载机故障类型及发生位置，这种诊断技术是在装载机上安装传感器，收集装载机工作状态时各部位的参数，然后进行分析处理，其关键之处是对信号的处理，包括振动时域、频域分析等。此方法虽然具有一定的科学性，但是不具有普遍性和推广性，适合专业的售后服务，对于现场施工的工程机械而言，更适合人为主观的判断方法。当人的经验与理论无法克服装载机产生的故障时，本方法方可排上用场。

2.6 基于人工智能的诊断方法

这种诊断方法结合人与设备所长，所谓人工智能是指将装载机故障的表征特点变化为一种编码语言，即计算机系统可识别的语言，输入到智能软件中，这种软件根据该研究领域内专家长期大量的实践经验和充分的理论研究推导规则，根据表征特点，快速推理出系统可能存在的故障。这个系统由知识库、推理机、用户接口、学习系统、推理解释器和上下文（黑板）等组成，基于专家系统故障诊断的特点是利用专家的领域知识和经验为故障诊断服务，但这种依赖于专家的领域知识获取方法已逐渐成为专家系统研究开发中的瓶颈，目前专家系统的开发通常和其他诊断方法相结合，以提高系统诊断能力。

随着社会科学的发展，装载机故障的侦测手段除上述方法外还有基于神经网络的故障诊断模型和基于模糊聚类信息融合的诊断模型两大类。神经网络的模型是将传感器分布于装载机的各个部位，通过采集各部位传感器的数据进行一定的预处理，提取特征，对故障有模糊的初步结论，将每个部位的特征进行综合，并考虑各部位故障对总故障的贡献程度，进而判断出故障根源所在。所谓模糊模型的诊断方法是对故障样本中的特征参数进行融合分类的过程，其分析方法主要为基于模糊等价关系的动态聚类法。这两种方法均是依据现代科学，编译人工智能系统的方法模型，目的在于快速找出故障问题所在，缺点是忽视了领域专家的经验知识，且判断效果难以达到较高的可靠度。

每种诊断方法都具有一定的依据和优点，人的主观诊断方法快速有效且成本低下，但是不能形成体系，难以普遍推广；其他诊断方法虽具有一定的推广性，目前还处于开发研究阶段，不具有实用性，随着科技的进一步发展，装载机故障甄别手段会越来越先进和智能，并且具有广泛性和实用性。

3 故障类型及分析

装载机内部结构是复杂和精细的，在使用过程中，一些不合理的操作方法以及过载超限物体、使用过程的保养维护以及装载机制作材料使得装载机在使用一段时间后会出现不同程度和不同类型的故障，通过对工作原理的掌握以及对故障的分析，可以在使用过程中迅速修复故障，恢复工作状态，避免因机械故障导致施工作业的严重滞后。装载机不同部位发生故障时，表现形式也各有不同。

3.1 装载机的转向、举臂和转斗

根据装载机工作原理，转向泵、工作泵、行走泵的驱动由变矩器齿轮驱动，若三项功能全部停止，表明3个泵不在工作状态，由于3个泵同时不工作，可以判定是变矩器动力传输的问题，首先观察变矩器是否有漏油或油温过高等现象；若无这些现象，一般为发动机动力未传输到变矩器，故障发生在弹性连接板处，可能为连接板断裂或连接轮打齿。

3.2 装载机的突然停止

这种故障首先观察工作压力，若工作压力下降很大，可基本判定变矩器内部问题，液压油出现严重泄漏，难以起到动力传递的作用；若工作压力正常，一般为变速箱和离合器等控制变速位置的故障，试踩离合器若无力或有阻碍，可判定是变速分配阀气孔隔离阀杆处于切断位置，并难以恢复。造成隔离阀杆切断的原因是隔离阀杆气控端没有压缩空气的供应或者隔离阀杆本身的原因。

3.3 装载机的行走

1）发动机正常，任一档位行走无力基本处于不行走状态。

发动机正常表明动力输出正常，可首先判断变矩器故障，观察是否有漏油迹象以及变速箱内液压油油量是否足够。方法是使发动机处于怠速状态，观察油位应在变速箱侧面的油标中部，如看不到油面应补足油液，若故障为突然发生一般为减压阀故障，通过拆检减压阀观察是否脏污，阀芯表面是否划伤卡死在最小供油位置，若故障是逐渐缓慢出现，一般属于行走系统零部件逐渐磨损或油液清洁度差造成的故障，若有漏油现象，可判定为变矩器故障，检查机械油回油滤清器，看是否有铝沫，由此可判断变矩器内故障为漏油还是零部件磨耗。

对于装载机行走无力或举升无力等故障可首先观察变矩器，因为变矩器在工作状态时，其内部液压油须保持充满状态，若油量不足，冲击在变矩器内涡轮叶片上的流量减少，产生的涡轮动能减少，致使输出的扭矩降低，使主从动轴旋转无力或停止旋转，检查时脱开变矩器至变速箱的回油（变矩器溢流）低压胶管，观察发动机怠速状态下回油管的溢流量。正常状态下只有很少的流量，随着发动机转速的升高、变矩器减压阀内的溢流阀突然开启时流量会突然增大。如果发动机怠速时此流量也较大，则可判定变矩器内的密封环严重磨损导致内漏。若变矩器检查无任何问题，可观察变矩器与变速箱的回油是否正常，如果回油量较少，说明油管存在堵塞或者变速泵吸油能力降低；若以上均都正常，基本可以确定为行走泵存在故障，可考虑更换。

2）仅有某一个档位行走不力，其他档位正常工作。

装载机能够在其他档位行走并能正常工作，说明故障的出现是由这一个档位导致的，由档位造成的故障由离合器和变速箱故障造成，从而界定故障范围。因为只有本档位导致行车问题，可判定该挡位离合器轴承盖或尼龙套严重磨损，或者该挡离合器内外封环密封不良，密封不良致使油液从磨损部位大量泄露，从而造成控制油压降低，离合器出现打滑现象。

变速箱和离合器是装载机机械动作较为频繁的位置之一，因此故障出现也较多，除此之外，空挡可自行前进，倒档不能行走的故障为离合器未能按操作命令结合和脱开，当离合器轴断时装载机会突然停止。随着个人操作手法的不同，作业项目的区别，装载机故障类型各有不同，且形式多种多样，但在掌握其原理及构造的基础上，对故障进行分析，可迅速判断出故障发生的位置，并进一步判断出故障来源。经过总结，对于行走系列的故障，在发动机正常的情况下一般故障发生在变矩器、离合器以及变速箱等位置，判断方式可通过启动装载机，观察变矩器主从传动轴的的转动情况，可识别是否为变矩器原因，进而可判断为变速器或者离合器故障，根据故障形式可判断离合器为液压油或者机械构造的故障。

当装载机举升或转斗无力时，根据其举升原理可界定范围为液压系统故障，而液压系统的工作泵由变矩器驱动，铲斗的举升由活塞杆的伸缩完成，因此故障出现在油液管路上，包括工作泵、分配阀和安全阀、操纵杆、活塞油缸等。对故障的分析首先从其工作原理上分析其出现的系列位置，进一步根据具体情况将故障范围缩小，进一步排查。故障的判断不仅依靠理论知识的掌握，同时与实践相结合。当发现油温过高时，基本判断有机械部件相互磨损；当发现举升无力时，可首先考虑是否有漏油现象，当油压不足时，活塞杆就难以伸缩。通过经验的不断积累，可快速判断故障原因出现的位置，有时需要简单的机械操作顺利解决，如通过踩踏制动放气，有时需要拆检机械构件，通过合理的分析不仅能快速判断故障位置，还可找到有效的解决办法。

4 结语

当前工程建设项目遍地开花，工程机械的使用将进一步加大，作为工程机械的主要机种之一的装载机在使用过程中难免会出现各种各样的故障，发现故障并及时处理并不是装载机故障分析的真正目的，对故障的研究和分析在于早期发现故障，防患于未然，提前消除隐患，保证装载机持续、恒久、安全的运行。除此之外对装载机的维修需要从以时间为基础的定期维修方式转换为以状态为基础的状态检测维修制度，对装载机故障进行甄别和分析，可使得装载机整体设计水平得到优化，提高其运行可靠性，防止装载机事故的发生，保证装载机的安全生产和经济效益的提高。目前因工程建设力度大，工程机械用量大，进入中国市场的装载机企业也琳琅满目，装载机行业市场形成了一定的竞争格局，国外工程机械的引入，在一定程度上促进了中国装载机行业的管理及质量、技术、服务水平的提高，形成自己的核心竞争力，因此开展装载机故障甄别与分析是不可或缺的一环。同时，为大量的装载机故障处理提供了宝贵的经验和良好的思路。