轮式装载机制动系统原理和常见故障分析

柳 威，王 一，赵清晴

（烟台港集团有限公司，山东烟台 264001）

0 引言

目前常见的轮式装载机制动系统主要分为两类：①气—液制动系统，常见于国产小吨位装载机，例如临工、雷沃、山工等5 t 以下装载机；②全液压湿式制动系统，常见于进口大吨位装载机，例如沃尔沃、卡特等7.5 t 以上装载机[1]。

1 气—液制动系统工作原理和常见故障

1.1 工作原理

气—液制动系统主要由空压机、储气罐、脚制动阀、加力泵、车桥制动器、安全阀等部件组成。目前国内小吨位装载机普遍采用气—液制动，只是在驻车制动方式和系统管路布局上略有不同，但基本工作原理都是一致的（图1）。

图1 气—液制动系统原理

发动机带动空气压缩机工作，将空气压缩加压，经油水分离器干燥后进入储气罐。油水分离器组合阀装有泄压阀，泄压值一般在0.6～0.8 MPa。当储气罐中气体压力超过泄压值时，泄压阀打开进行泄压，以维持制动系统的压力稳定[2]。当驾驶员踩下脚制动阀时，压缩空气由储气罐进入前后车桥的加力泵，高压气体推动加力泵一端的气室活塞运动，带动另一端的液压总泵活塞运动，输出高压制动液推动车桥制动器的活塞，将制动片压紧在制动盘上，实现车轮制动。当司机松开脚制动阀时，气路断开，加力泵气室在回位弹簧的作用下，使气室活塞、总泵活塞归位，车桥制动器的刹车油回到加力泵油杯，摩擦片和制动盘分离，制动终止。

在气—液制动系统中常见的驻车制动主要有钳式制动和鼓式制动两种形式，其工作原理都是通过将变速箱输出轴抱死，以禁止其转动，实现驻车制动。当装载机熄火停车后，驾驶员提起驻车制动阀，储气罐中高压气体通过加力泵将制动钳与制动盘夹紧，或者通过气缸将制动蹄撑开与制动鼓贴合，使传动轴无法转动。

1.2 常见故障分析

气—液制动系统故障可分为气路故障和油路故障，无论哪种故障都会影响装载机的制动性能。司机在出车作业前，必须对制动系统气压、刹车油进行检查，并测试车辆的制动性能，确认制动系统正常后方能出车作业。

1.2.1 气路故障

（1）各支路气管、接头漏气：气管、接头长期工作正常磨损会导致漏气，此外，支路气管线路安排不合理，气管与其他部件接触磨蹭同样会导致气管磨损漏气。

（2）各气路零部件漏气：油水分离器（空气干燥罐）、脚制动阀长期工作正常磨损后，也会造成漏气，导致气压不足。

（3）气管堵塞：在冬季气温较低的情况下，储气罐排水不及时，会使水流入气管结冻，堵塞气管，导致储气罐有压力情况下车桥无法制动。因此，入冬前设备管理人员必须及时安排装载机检修或者更换干燥罐，以确保水汽能完全过滤，同时定期对储气罐排水检查，以保证行车安全。

（4）空气压缩机损坏：空压机在长时间高速运转的情况下，气泵内阀片、活塞环会出现磨损，导致气泵工作不良。此外，空滤清洁不及时、进气管漏气、机油不及时保养、更换，都会加剧气泵活塞的磨损，降低气泵工作寿命。

（5）加力泵气室故障：气室最常见损坏部位是活塞以及密封圈，刹车频繁或驾驶员野蛮操作会导致密封圈磨损、活塞变形，导致刹车不良。此外，气室弹簧疲劳断裂会导致在气压、刹车油正常的情况下制动完全失灵。

1.2.2 油路故障

（1）刹车油不足：刹车油管破裂、接头或油杯漏油都会导致刹车油不足，需要及时维修或添加。刹车油储存在加力泵刹车油杯中，油杯一般为半透明塑料材料，并标有最低和最高液位线。驾驶员在每次出车前都需要对刹车油液位进行检查，以确保制动系统正常。

（2）加力泵液压总泵故障：液压总泵腔体磨损、回油阀、出油阀损坏会导致液压总泵失效。总泵活塞磨损会导致密封不严，液压总泵内刹车油进入气室。长期密封不严会导致刹车油不足，液压总泵锈蚀失效。

（3）车桥制动器涨刹车：加力泵总泵使用时间过长，液压泵阀芯、弹簧不回位、泵腔锈蚀，都会造成前桥或者后桥两轮涨刹车。同时，如果车桥制动器活塞的防尘圈破损，灰尘杂质等会侵入沉积，导致活塞卡滞，车轮出现涨刹车的情况。如果长时间不用，制动器活塞受到雨雪侵蚀，也会出现锈蚀卡滞的情况，导致车轮涨刹车。所以对于气—液制动系统的装载机，如果长时间不使用，建议对车辆遮盖封存，减少雨雪对制动系统部件的侵蚀，同时也要定期对车辆进行发动跑车，防止车桥制动器活塞锈蚀卡滞，导致出现涨刹车。

2 全液压湿式制动系统工作原理和常见故障

2.1 工作原理

装载机全液压湿式制动系统通常包含制动液压泵、蓄能器、制动阀、车桥制动器、驻车制动器、制动管路、各类传感器和电磁阀等部件。蓄能器主要有气囊式、隔膜式和活塞式三种形式，其作用都是储存液压油压力，以供制动时使用。全液压湿式制动系统一般采用双单向回路设计，两条制动回路相互独立互不干扰，当其中一条制动回路出现故障失效时，另一条制动回路可以仍维持正常工作。其系统原理如图2 所示。

图2 全液压湿式制动系统

制动液压泵输出的液压油经过充液阀控制，以稳定的流量向蓄能器充压。当蓄能器中的压力达到上限时，充压停止，此时制动液压泵的出油主要在液压系统循环散热。当驾驶员踩下制动踏板时，制动阀阀芯移动，蓄能器进行压力释放，高压液压油经制动阀进入前后桥湿式制动器，压紧制动片，实现制动。在制动过程中蓄能器中的高压液压油被消耗。当蓄能器压力低于设定值时，充液阀控制制动系统以设定流量进行充压，从而形成充压、制动、充压的循环往复过程。当驾驶员松开脚制动踏板时，车桥制动器内液压油泄压，制动片在回位弹簧的作用下分离，制动停止，车桥制动器内的液压油经双路控制阀流回液压油箱[3]。

装载机全液压湿式制动系统为全封闭控制系统，相比传统气—液制动系统具有以下优势：①无需空压机气路，系统介质单一，而且独立双回路控制，可靠性较强；②液压油的可压缩性比空气低得多，无需等待气压达到标准后再动车，制动响应时间短；③蓄能器在发动机或液压泵停止工作后仍然可以释放压力进行制动，操作安全性较高；④车桥制动器制动摩擦片位于封闭的冷却油内，不受外界天气、灰尘、杂质等环境因素影响，稳定性强、使用寿命长[4]。虽然全液压湿式制动系统优势突出，但相比传统气—液制动系统，其结构复杂、造价高、故障诊断时间长的劣势也很明显。

2.2 常见故障分析

装载机全液压湿式制动系统故障率相对较低，但一旦出现故障，诊断比较费时。本文以常见的两种故障进行分析研究。

2.2.1 系统制动压力低

造成系统制动压力低故障原因有很多，蓄能器、制动液压泵、双路制动阀等部件都是可能的故障点。

（1）对于蓄能器，可以通过在停车状态下对蓄能器释放压力进行测试。如果无释放压力或者压力低，说明蓄能器失效，需要更换。蓄能器属于压力容器，存在一定的危险性，对其进行拆检维修需要由专业机构和人员进行。

（2）制动液压泵如果没有异响，则需要对液压泵压力进行检测。如果测试压力低，需要对调节器等部件进行拆检。

（3）如果制动液压泵和蓄能器工作正常，系统仍存在制动压力低报警，需要对系统控制阀进行检查。控制阀控制着制动系统的压力和流量，如果阀芯因为故障卡滞在某一位置，也会造成系统压力低情况。

2.2.2 行车制动力不足

造成行车制动力不足的原因除了制动液压泵、蓄能器、控制阀故障外，还有以下可能原因：

（1）刚维修安装的车桥轮边内部充满空气，如果未进行排气操作，会使轮边制动器在制动时摩擦片无法压实，造成车桥维修侧制动力不足。

（2）装载机在长时间高负荷作业时需要频繁制动，轮边制动器摩擦片会出现磨损情况。特别是前桥负荷载重较大，摩擦片磨损严重后会出现打滑的情况，导致行车制动力不足。

（3）车桥制动器使用是的液压油，而车桥内部差速器使用的是齿轮油，轮边处有密封隔离。密封长时间在高温、高压油液的侵蚀下，会出现老化、密封性能降低等情况，使轮边在制动时液压油因为压力较高而出现泄压窜到车桥齿轮油中的情况，造成行车制动力不足。此时，需要对装载机液压油、车桥齿轮油油量油位进行检查，并对轮边制动器进行拆检，定期更换密封。

3 结束语

气—液制动系统和全液压湿式制动系统各有优劣。当制动出现故障时，要认真检测排查故障点，分析故障原因。维修固然重要，但驾驶员的操作和保养习惯更为重要。作为一名设备管理者，要始终坚持“防大于修”的管理理念。驾驶员的良好操作和保养习惯，可以预防异常故障发生、避免故障扩大化、降低维修成本和故障率、延长装载机的使用寿命、保障安全生产。