液压抓料机液压系统故障分析与研究

◎ 邢 萌，董良太，张 洋，王兆坤，朱 琪，王绪刚

（山东港口日照港裕廊股份有限公司，山东 日照 276826）

山东港口日照港裕廊股份有限公司主要经营货种有大豆、木薯干、木片、玉米及植物油等，公司现有散粮类货物疏港方式主要分为汽运疏港、火车疏港、转水疏港、流程疏港4大类。其中，汽运疏港作业设备以流动机械为主，流动机械主要机种有液压抓料机、叉车、装载机、环保抑尘设备等。液压抓料机是场地装车的主要作业设备，液压系统是其核心系统之一。

在日常使用过程中，液压抓料机一旦出现液压系统问题，则工作装置的动作将会受到极大的影响，如无旋转动作、行走跑偏、某一动作时快时慢等问题[1]，此时，设备必须停机进行检修。液压系统故障制约着生产作业的连续性，降低了台时产量，因此，液压抓料机液压系统故障问题亟待解决。

1 液压抓料机及其液压系统工作原理简介

液压抓料机是一种履带式装卸设备，由液压挖掘机演变而成，主要由主机和工作装置两大部分组成。主机包括上车总成和下车总成，工作装置采用“直动臂、弯斗杆”结构，可配装五瓣梅花抓斗、贝壳式抓斗等多种用途的抓斗，其组成如图1所示。

图1 工作装置结构组成图

液压抓料机液压系统是高压双泵双回路开式液压系统，主要由动力元件（主泵）、控制元件（主阀）、执行元件（马达、液压油缸）、辅助元件、液压油等构成，见图2，采用总功率变量、负流量控制。液压油从油箱进入主泵，从主泵排出的压力油，一部分经左主阀供左行走、回转、斗杆油缸，实现左履带的行走、上车总成的回转、斗杆的伸缩，通过合流阀可在阀外自动实现动臂提升、抓斗开闭合流，以加快作业速度；一部分经右主阀供右行走、动臂油缸、抓斗油缸，实现右履带的行走、动臂的升降、抓斗的开闭，通过合流阀可在阀外自动实现斗杆伸缩合流，以加快作业速度。主油路系统的安全阀、过载阀和补油阀均置于各主阀上，以保护液压回路。在动臂油缸、斗杆油缸及抓斗油缸的回路上，均设有单向节流阀，以防止动臂下降和斗杆下降时，出现“重力下落”现象以及抓斗张开时速度过猛，造成油缸碰撞现象[2]。

图2 液压系统主要元件图

2 液压系统故障类型及分析

通过拆检液压抓料机液压系统，可以判断导致系统故障主要有3方面原因，分别是液压系统元件磨损、油液杂质较多和系统高温。

（1）元件磨损。由于液压抓料机液压系统无吸油过滤装置（如图3所示），主泵直接从液压油箱内吸油，油液中的杂质会被吸入从而导致主泵元件磨损。主泵元件磨损产生的碎屑经液压管路进入其他液压元件内，造成元件阀芯滑动不畅、卡阻和异常磨损，如图4所示。

图3 液压油箱内无吸油过滤装置图

图4 液压元件异常磨损图

（2）油液杂质较多。液压抓料机液压油箱内壁刷有防锈漆，随着频繁的油温变化，油箱内壁焊缝处的防锈漆会逐渐脱落，如图5所示，脱落的防锈漆与液压油混合，是造成液压系统内杂质较多的主要原因。

图5 油箱焊缝处防锈漆膜脱落图

（3）系统高温。散热器是液压抓料机冷却系统中的必不可少的关键零部件，其主要功能是利用流动的空气带走系统运转所产生的热量[3]。但是，经现场测量发现，液压抓料机现使用的散热器的散热片间隙较小（2 mm），使其极易被作业过程中产生的粉尘堵塞，从而降低散热器的有效散热面积，如图6所示。散热器散热性能的下降致使液压系统运转产生的热量不能快速散发，造成液压元件因过热而膨胀，破坏了原有的正常配合间隙，导致摩擦力增加，进而出现液压元件内阀组卡住等问题[4]。与此同时，液压系统内部温度会随之上升。随着管路内油温升高，油液黏度随之下降，各零部件润滑部位的油膜被破坏，各零件之间最大油膜厚度和位置发生变化，元件磨损加重[5]。因此，液压系统高温会使油液润滑效果降低，造成液压元件的精密配合面出现刮伤、咬合和疲劳剥落，造成液压抓料机执行机构无力及动作滞缓，甚至出现机损事故。

图6 液压油散热片间隙堵满粉尘图

3 改造方案与实施

根据液压系统故障类型分析，制订相应改造方案。

（1）液压抓料机出厂设计时，在液压油箱吸油口上方加装了一套液压油加热装置，主要用于在气温较低时给液压油加热升温，保障液压系统在寒冷的地方正常运转。设备所在地最低气温为-10 ℃左右，使用的液压油规格型号是ISO VG46，适用环境温度为-30 ℃以上，无需使用液压油加热装置。拆除液压油加热装置，设计一套吸油过滤器[6]，吸油过滤器主要由底座、滤芯、丝杠，涨紧弹簧装置、压板构成，如图7所示。

图7 吸油过滤器图

先将底座安装在主泵吸油口（液压油箱出油口）处，底座与主泵吸油口接触面有一套O型圈，使其接触面紧密结合，也防止油液不通过滤芯过滤直接进入到主泵内，再将滤芯安装至底座上方，调整丝杠至涨紧弹簧装置略高于液压油箱顶部加油口，使用压板将弹簧装置压下，紧固压板固定螺栓，如图8所示。液压油经过滤后再进入主泵，极大地降低了杂质进入主泵的几率，从而降低液压系统故障频次，提高液压系统元件的使用寿命。

图8 安装吸油过滤器图

（2）拆卸液压油箱及附属油管，使用脱漆剂清理油箱内壁防锈漆，解决脱落的防锈漆污染液压油的问题，如图9所示。

图9 清理液压油箱防锈漆图

（3）在保证液压油散热器的耐压性和散热效果不变的基础上，尽可能增大散热片间隙，散热片间隙由2 mm改为4 mm，如图10所示。增大散热片间隙，降低了散热器的堵塞概率，增大了通风量，液压系统产生的热量得以有效散发，使液压系统在适宜的温度下运转，提高了液压系统的稳定性。

图10 增大散热片间隙图

选取1台液压抓料机进行改造。改造完成后试用半年，液压系统故障频次降低86%，液压元件使用寿命增加65%，单位台式产量增加30%，改造效果显著。

4 结语

本文介绍了液压抓料机的使用情况及其结构组成和液压系统工作原理，剖析了液压抓料机液压故障类型，详细分析其具体原因并提出改造方案。方案完成后，减少了杂质直接进入液压系统的数量，保证液压系统在正常工作温度下运转，提高了液压元件的使用寿命和稳定性，降低了液压系统故障频次，保障设备连续稳定运转，有效提高台时产量。