挖掘机液压柱塞泵性能检测技术

挖掘机液压柱塞泵性能检测技术

作者：马明东

摘要

本文介绍正控、负控、负载敏感变量控制形式挖掘机液压柱塞泵性能检测方法及检测仪器应用。

世上液压科技含金量最高，液压技术最复杂，液压理论最深奥的液压机器，毫无疑问的是挖掘机，当今的挖掘机集：机、电、液、通讯、人工智能为一体，这些技术己让人赞叹不已了，但我还要说要把挖掘机做到“鲁棒性”还需要几十年的时间吧，其根本性的问题是现代的挖掘机液压器件太多也太复杂，金属材料也不具备与挖掘机使用寿命配套，例如一台挖掘机的设计寿命是8年，但挖掘机上的液压柱塞泵在保养条件最好的情况下使用寿命也就是挖掘机设计寿命的1/3，柱塞泵当前的问题根源是摩擦副材料及弹簧材料是目前现代技术急需解决的问题。液压柱塞泵变量控制性能优劣决定挖掘机使用性能。挖掘机所应用的“变量”柱塞泵的“变量控制”是外部信号（外来压力）反馈到泵变量调节器内压缩弹簧使伺服阀芯产生位移，阀芯移动让开它所阻断关闭的油口。外控压力值决定变量调节器内的伺服阀芯位移开口度同时也决定泵的排口输出油量。外控压力值目前在所有的挖掘机上还不能在电脑显示器上观察到，这就需要外接压力显示装置进行检测与显示。

一，K3V泵的变量调节原理

每一台变量柱塞泵上都有一个变量调节装置（见图一K3V调节器），本文不再赘述说变量调节器内各阀杆调节功能，只述说伺服变量活塞功能，伺服一词的源于希腊语“奴隶”的意思，是服从压力信号的要求而动作。

图 一

这个调节装置内有一个“变量伺服活塞”，活塞杆中间上带有一个球铰，球铰插入斜盘中，伺服活塞直线移动带动斜盘绕动产生斜盘角度变化，斜盘角度变化使柱塞在缸孔中内的往复移动距离变化决定泵所排出的油流量。变量活塞小端一侧永远与泵P口直接贯通（见图一上的红色线），也就是说：无论柱塞泵P口的压力增大还是减少，变量活塞小端侧的压力永远与泵P口的压力保持一致。变量伺服活塞大端与小端的面积差为1：3左右，只要当大端压力是小端的1/3时压力差时，伺服活塞小端与大端压力平衡，伺服活塞静止固定保持斜盘位置不变，当大端的压力大于1/3以上时，打破平衡状态，伺服活塞向小端方向运动，斜盘摆动向变小角度运动，当伺服活塞朝向小端方向移动到终点位置时，是斜盘的最小角度。只有当挖掘机全部操作手柄在中位、挖掘机无任何动作时，伺服变量活塞是停止在小端终点，这是待机状态下节能方式。在工作状态下的伺服变量活塞，无论压力有多大，伺服变量活塞始终不会到达小端终点，斜盘不会有最小角度，必须距终点保持一段距离，这是要确保泵在最高压力时泵输出的油液不少于柱塞泵总排量的3/1~1/4之间，这种高压力下的流量是保证挖掘机执行机构不会因无流量而停止动作。这就是挖掘机应用的柱塞泵不同于别的工程机械所应用的柱塞泵重要特点之一。

图 三

图 四

目前，挖掘机上所应用的世界各品牌的柱塞泵还不能在泵壳外可目测到斜盘角度变化或者应用电子通讯技术反馈出伺服变量活塞移动距离的显示装置，目前工业泵上有机械式斜盘角度变化显示装置，电子泵采用通讯技术已实现计算机控制斜盘角度，这些电子控制技术都是今后挖掘机柱塞泵发展方向。

目前，挖掘机电脑显示屏幕上只能观察到变量伺服活塞小端侧的压力，维修人员要想了解变量伺服活塞大端的压力变化时，只能外接压力显示装置。目前大多数的维修检测时是用机械式压力表，科研人员使用压力传感器转换成压力曲线图。液压维修人员使用压力表简单实用，方便快捷。

诊断液压故障发生的机理，且不要凭主观印象武断，经验主义是要害死人的，显现同样的液压故障表象，产生诱因可能是大不一样的，这就是液压故障的复杂性，当挖掘机呈现出某一种液压故障、如果你只能判断出一种可能的故障原因，那您是初级维修人员！理论还很肤浅，经验还很缺乏！如果你能够判断出三种以上可能发生的故障原因，那您是中级维修人员！能判断岀三种可能性故障原因并运用某种验证方法，准确诊断查找出液压故障点并做到，  ①液压故障判断、②液压故障验证、③制定（思考）维修方案、④工（胎）具准备、⑤动手维修、⑥事终验机，这才是一名合格的液压维修人员。

二，四路数字显示压力表性能介绍

图 五

做为一名维修工，检测系统压力、找出液压故障部位，是基本技能，不怕有问题，就怕不知道问题在那里。测试可以帮助找出问题。测试是液压技术灵魂［1］。故障判断准确性需要验证，用验证方法来求证故障点，是对判断的准确性证明，验证就需要使用感官、仪器、仪表，根据感官或仪器仪表收集的信息或数据，做出合符逻辑的推断。基本的压力检测装置，大多数的维修人员是用压力表来检测诊断液压故障与判断，但你必需知道你所要检测的液压装置的正确压力值及变化规律。维修人员在对液压故障诊断时必备的也是最简单实用的是压力表，压力表不只是观看压力最高量程值及显示的数值，而是要观看压力升程的全过程中的表针变化，从压力表针的升程变化中领悟出原因，但压力表只能当时观看过程，不能记录也更换不能回看分析，压力升程一晃而过。例如检测P1、P2柱塞泵排口压力与pi1及pi2反馈压力时，同时使用的是四块表时（两块0~60MPa测主泵P口压力、两块0~100bar测多路阀反馈到泵变量调节器上反馈压力，见图三），每次只能观看其中的一块表所显示的压力过程，而不能同时眼观其它压力表显示过程。

图 六

同样是检测P1、P2柱塞泵排口压力与pi1及pi2反馈压力时，使用四路数字显示检测上述四路压力时，四路压力变化，一览全收眼里，因为四路压力显示是数字，而且是集中在一块屏幕上，人的双目可集中在这一个区域内，符合人体工程学。四路数字显示压力表是针对挖掘机液压故障诊断压力检测而开发的产品，方便液压维修检测工作。

三，小松挖掘机主泵性能检测方法

挖掘机所应用的液压柱塞泵有一最大的特点是：压力达到设定的最高压力值时，泵输出流量要保持在一个很必要稳定值内，如果泵压力是达到设定的最高压力，但泵没有输出流量了，没有流量挖掘机就没有动作，压力再高也无用的。很多的维修过的泵在泵的测试台上压力是达到要求，但泵的压差没有调整好，泵装配在挖掘机上的现象是：挖掘速度慢或铲斗挖掘时不动了。

小松主泵壳体外表面上不同部位设有12个可装配测压的接点，外接压力表及压差表作为检测与调整用（关于小松泵压差调整，小松挖掘机维修手册上有使用说明，本文不在赘述）， 一个“四路数字显示压力表”可同时接四路检测点替代两块小松压差表而且不用外接电源。

图七

使用四路数字显示压力表检测小松泵压差时，1#表接小松泵的前泵压力输出检测点，2#表接后泵的输出压力测压点。

图八

3#表接（5）：前泵的LS阀输出压力测压点，4#表接（6）：后泵的LS阀输出压力测压点。使用5米长度的测压表线把四路数字显示压力表拉入驾驶室内，自己操纵、自己观看数据。

检测方法：把挖掘机一侧的链子抬起离开地面，固定发动机转数，操纵行走手柄半行程使悬空的履带旋转，使用“四路数字显示压力表”观看履带空转压差，履带向前与向后旋转时的压差要保持一致性，压差是3/5，测完一侧履带压差及调整完毕后，再换检测另一侧履带进行检测与调整。检测与调整上述泵压差项目后，放下履带，然后连续检测下一项抬升大臂检测泵的压差，这项抬大臂的泵压差检测技术要求是：抬大臂时，前泵、后泵的输出压力要保持一致性，前泵、后泵的LS压力也是一致性，相差是:25bar,如果泵的输出压力有高有低时，说明泵的压差还是没有调整好，还需要复测履带压差。

使用“四路数字显示压力表”可以检测、调整、维修小松泵很多项目，本文就不在赘述，可参照小松挖掘机维修手册上的方法进行检测工作。

四，川崎主泵性能检测方法

1#表接川崎P1泵压力输出检测点，2#表接P2泵的输出压力测压点，3#表接多路阀连接到P1泵调节器上的反馈管，要用三能接入， 4#表接多路阀连接到P2泵调节器上的反馈管，起动发动机，固定转数，操纵手柄在中位，无任何操作时，负流量控制泵的正常指数为：P1、P2泵输出压力为：20bar左右，两路反馈压力是24bar左右。

作抬升大臂动作，正常的负流量控制泵是泵升压时的瞬间，反馈压力迅速从24bar掉到3bar以下，如果大臂在抬升动作时，反馈压力没有掉到3bar以下时，后果是泵不会达到最大摆角，泵的输出流量不会达到最大流量。

使用“四路数字显示压力表”检测正流量控制方式的川崎泵，数显表的接入方法与上述连接方法是一样的，操纵手柄在中位，无任何操作时，正流量控制泵的正常指数为：P1、P2泵输出压力为：2~4bar左右，两路反馈压力是4~8bar左右。作抬升大臂动作，正流量控制泵是泵升压时的瞬间，反馈压力迅速从24bar掉到3bar以下，如果大臂在抬升动作时，反馈压力没有掉到3bar以下时，后果是泵不会达到最大摆角，泵的输出流量不会达到最大流量。

使用“四路数字显示压力表”检测神钢挖掘机比例电磁阀二次压力是最有效的工具。

参考文献：

[1] 张海平，实用液压测试技术，1页 北京：机械工业出版社

本文作者：马明东   通讯信箱：537509058@qq.com

2019年5月