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某型液壓挖掘機回轉異常的原因排查及改進措施

2023-07-27

一、故障現象

某型履帶式液壓挖掘機回轉馬達出現異響。維修人員隨即對該機進行測試，將發(fā)動機轉速置于1~7擋，挖掘機回轉速度正常，置于8~10擋回轉時，回轉出現明顯的抖動現象，且回轉速度較該機正常時的速度快15%。拆檢回轉馬達后發(fā)現其內部磨損嚴重，更換新回轉馬達后試機，故障現象沒有改善。

二、檢測回轉液壓系統(tǒng)壓力

根據該機回轉抖動故障現象，懷疑其原因為回轉液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)。將發(fā)動機轉速設定在8擋，使用和德尼科5060型測試儀監(jiān)測回轉時回轉馬達輸入壓力，測試結果如圖1所示，由測試結果可知，挖掘機回轉后系統(tǒng)壓力峰谷差值達0.3MPa，確認回轉系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定。

三、原因分析

回轉馬達磨損異常、回轉系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定及回轉速度過快的原因多為回轉馬達流量過大，分析可能是減壓閥、回轉電控限速系統(tǒng)出現故障。

1.減壓閥故障

為了減小挖掘機回轉沖擊，在回轉液壓系統(tǒng)中設置了減壓閥，以降低液壓系統(tǒng)至回轉分支油路的壓力。此外，減壓閥還可保證該分支油路壓力和流量的穩(wěn)定。若減壓閥失效，將造成回轉系統(tǒng)壓力波動。當發(fā)動機設置在7擋以下時，該挖掘機回轉正常，無抖動現象，說明壓力沒有波動，可排除減壓閥故障。

2.回轉限速系統(tǒng)故障

為了減小挖掘機液壓系統(tǒng)流量，以與回轉速度匹配，該機采用電控回轉限速比例閥，對回轉速度進行限制。電控回轉限速比例閥較電磁換向閥和直動式減壓閥在無級調壓和階躍響應平穩(wěn)性等方面更具優(yōu)點，可有效避免回轉限速造成的沖擊和異響，還可根據發(fā)動機設定的轉速改變回轉馬達輸入流量，保證回轉馬達輸入流量平穩(wěn)且在額定范圍內。如果電控回轉限速比例閥有故障，可能導致回轉時流量和壓力異常波動，挖掘機回轉時抖動。

分析認為，回轉馬達流量大，原因可能是限速系統(tǒng)未起作用。通過查看挖掘機儀表中回轉限速比例閥電流得知，發(fā)動機轉速在8~10擋時，限速比例閥進行回轉限速時電流不穩(wěn)定，這與挖掘機發(fā)生回轉不穩(wěn)故障時的擋位一致。

四、故障排查

1.排查電控比例閥

通過檢查電控比例閥得知，該閥主要由線圈、比例電磁鐵、閥芯等組成。因比例電磁鐵、閥芯、閥體為一體式結構，拆解后修復難度很大，固采取更換新電控比例閥方法進行測試，故障狀態(tài)沒有改善，由此排除回轉限速電控比例閥有故障的可能，判斷為電氣系統(tǒng)有故障。

2.排查電氣系統(tǒng)

用萬用電表對回轉限速比例閥進行電流監(jiān)測，回轉過程中電流值波動情況與車輛抖動情況一致，儀表顯示設定電流為700mA時，實際電流為1.0A，這與回轉速度快故障現象相符。

控制系統(tǒng)引發(fā)電流過大故障的原因有控制程序異常、控制器損壞、線束故障等。因該故障為個案，固暫且排除控制程序問題的可能。依據排查難度，優(yōu)先檢查整車線束，該挖掘機控制器與回轉限速比例閥線束連接原理如圖2所從該回路電氣連接原理可看出，回轉限速比例閥兩端增加了續(xù)流二極管，而控制器調節(jié)比例閥開度是通過PWM調制脈寬實現。

理想化的PWM脈寬調制波形如圖3所示，在波峰(t1)位置，比例閥線圈得電，在波谷(t2)位置線圈失電。

在波谷時線圈感應電動勢將通過續(xù)流二極管放電，使波谷電動勢提升，造成PWM輸出電壓大于正常值，體現為輸出電流會大于目標電流，即可造成回轉速度變快。

拆除回路中續(xù)流二極管，進行回轉操作，8~10擋無明顯抖動感，回轉速度符合該挖掘機的設定。通過萬用電表對回轉限速比例閥進行電流監(jiān)測，儀表顯示設定電流為700mA時，實際電流為705mA，誤差符合該挖掘機的設定值。

使用和德尼科5060型測試儀監(jiān)測8擋回轉時回轉馬達輸入壓力情況，測試結果圖4所示，挖掘機回轉后系統(tǒng)穩(wěn)定峰谷差值為0.1MPa，曲線趨于平穩(wěn)，說明故障已排除。

該挖掘機回轉故障原因為續(xù)流二極管應用錯誤所致。續(xù)流二極管作用是消除電感性負載在失電瞬間產生的感應電動勢，防止感應電動勢擊穿一些敏感的電子元器件，避免造成元器件損壞。當在PWM控制系統(tǒng)中，額外增加續(xù)流二極管將改變PWM波形，從而引起所控制的器件工作異常。
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