液壓馬達(dá)制動(dòng)回路故障分析與解決
1.液壓馬達(dá)的傳動(dòng)方式
在設(shè)計(jì)液壓馬達(dá)控制回路的時(shí)候,經(jīng)常遇到的問題是:①負(fù)載的轉(zhuǎn)速低,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大;②馬達(dá)的工況在正向負(fù)載和負(fù)向負(fù)載(超越負(fù)載)之間交替變化。
解決第一個(gè)問題有以下兩種方案:
1)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。該方案的特點(diǎn)是:馬達(dá)至負(fù)載之間不需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu),但當(dāng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大時(shí),需要選用排量大的馬達(dá)。相應(yīng)控制閥、液壓泵和管道的通徑都要加大。這對(duì)行走設(shè)備和安裝空間有限的場(chǎng)合是一種不經(jīng)濟(jì)的方案。
2)采用高速液壓馬達(dá)通過減速裝置驅(qū)動(dòng)負(fù)載。該方案的特點(diǎn)是:馬達(dá)與負(fù)載之間要設(shè)減速機(jī)構(gòu),這樣,從負(fù)載等效到馬達(dá)輸出軸上的慣性矩大大降低。圖38是降低馬達(dá)慣性矩的常見傳動(dòng)裝置。
采用圖39的方案后,可選用小排量的高速液壓馬達(dá),而且可以在減速裝置中設(shè)置錐面軸承承受負(fù)載中的軸向分量,提高傳動(dòng)裝置的響應(yīng)速度,是液壓馬達(dá)廣泛采用的傳動(dòng)方案。
解決第二個(gè)問題毫無例外地采用在馬達(dá)回油路上設(shè)置平衡閥的方案。圖39是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)重物升降的典型制動(dòng)回路。
這種制動(dòng)回路如果設(shè)計(jì)不當(dāng),就會(huì)引起馬達(dá)斷裂的典型故障。
2.馬達(dá)制動(dòng)回路的典型故障分析
圖40所示馬達(dá)正常的制動(dòng)過程是:操作人員發(fā)出停車指令后,比例方向閥閥心回到中位,A、B腔迅速卸壓。當(dāng)B腔壓力下降到平衡閥最低控制壓力以下時(shí),平衡閥閥心在復(fù)位彈簧作用下關(guān)閉平衡閥閥口,切斷馬達(dá)回油通道,重物平穩(wěn)停止運(yùn)動(dòng)。
但是如果在比例方向閥閥心回歸中位過程中,平衡閥控制腔壓力不能及時(shí)卸壓,而是出現(xiàn)短暫壓力上升后再下降的情況,則平衡閥閥口先是進(jìn)一步開大,使重物出現(xiàn)象自由落體一樣的加速下滑現(xiàn)象。待平衡閥控制腔壓力下降到最低控制壓力后,平衡閥閥口才關(guān)閉,重物才會(huì)停下。圖40所示的馬達(dá)制動(dòng)回路可簡(jiǎn)化為圖41所示的模型。
顯然,重物從運(yùn)動(dòng)到停止?fàn)顟B(tài)的改變,實(shí)際上是重物向下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成馬達(dá)回油腔中液體壓力能的過程。如果重物加速下滑一段距離△后再突然停下,則重物增加的動(dòng)能將使容腔中受壓液體的壓力從p0上升到p1。
在此過程中,重物的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成馬達(dá)回油口的壓力能。由能量守恒定律p1V0=mv12/2和自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律v1=Δh/ti+?gt1可求得
式中:p1為馬達(dá)回油口液體吸收重物動(dòng)能后的壓力;V0為馬達(dá)回油腔到平衡閥閥口間的容積。
上式表明,在平衡閥控制的馬達(dá)回路中,如果負(fù)載質(zhì)量大,則重物短距離的自由下滑后再突然停止,都會(huì)使馬達(dá)回油腔的壓力瞬間升得非常高。重物的質(zhì)量m越大,下滑的距離h越長(zhǎng),壓力p就越高。當(dāng)這一壓力超過馬達(dá)允許的最高壓力,柱塞馬達(dá)球鉸和傳動(dòng)軸的連接處會(huì)因不能承受超高壓差形成的過大轉(zhuǎn)矩而發(fā)生斷裂。這樣,柱塞會(huì)在高壓油的作用下從缸體上的柱塞孔中沖出,使馬達(dá)回油腔釋放的高壓油迅速充滿整個(gè)殼體內(nèi)腔。如果馬達(dá)泄油口不能及時(shí)卸掉這一壓力,馬達(dá)殼體就會(huì)炸開甚至斷裂。
3.故障原因分析及解決方法
在圖40所示的系統(tǒng)中,造成重物下滑故障的具體原因包括:
(1)系統(tǒng)主回油過濾器5堵塞,使B腔卸壓不及時(shí)。
(2)比例方向閥存在零偏,即使控制信號(hào)為零,馬達(dá)的主控油路也不能及時(shí)卸壓,致使平衡閥控制油路卸壓時(shí)間過長(zhǎng),平衡閥主閥口不能及時(shí)關(guān)閉。
(3)油溫過低,油液黏稠,馬達(dá)主回油路流動(dòng)阻力大。
(4)平衡閥控制腔中的過濾器堵塞。
為了徹底解決上述問題,在設(shè)計(jì)包含有大質(zhì)量的馬達(dá)制動(dòng)回路時(shí),關(guān)鍵是要確保平衡閥控制腔壓力能夠及時(shí)卸壓。為此,應(yīng)將平衡閥的控制方式由內(nèi)泄式改為外泄式,如圖42所示。
此外,在操作和維護(hù)中,控制油溫在合理范圍,及時(shí)更換回油濾芯,使重物在低速下停車(比例方向閥給定信號(hào)由較小值降為零),均有利于平衡閥控制腔及時(shí)卸壓,避免這類事故發(fā)生。