液壓馬達(dá)制動回路的典型故障及其解決方法

關(guān)鍵詞: 液壓馬達(dá),制動回路,比例方向閥,超越負(fù)載

　　1 、液壓馬達(dá)的傳動方式

　　在設(shè)計(jì)液壓馬達(dá)控制回路的時(shí)候, 經(jīng)常遇到的問題一是負(fù)載的轉(zhuǎn)速低, 轉(zhuǎn)動慣量大。二是馬達(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。

　　解決頭個(gè)問題有以下2 種方案: 

　　(1) 采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動負(fù)載。該方案的特點(diǎn)是: 馬達(dá)至負(fù)載之間不需要傳動機(jī)構(gòu), 但當(dāng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量大時(shí), 需要選用排量大的馬達(dá), 相應(yīng)地控制閥、液壓泵和管道的通徑都要加大。這對行走設(shè)備和安裝空間有限的場合是一種不經(jīng)濟(jì)的方案。

　　(2)采用高速液壓馬達(dá)通過減速裝置驅(qū)動負(fù)載。該方案的特點(diǎn)是: 馬達(dá)與負(fù)載之間要設(shè)置減速機(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1 是降低馬達(dá)慣性矩的常見傳動裝置。

　　采用圖1 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, 提高傳動裝置的響應(yīng)速度, 是液壓馬達(dá)廣泛采用的傳動方案。

　　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2 是馬達(dá)驅(qū)動重物升降的典型制動回路。這種制動回路如果設(shè)計(jì)不當(dāng), 就會引起如圖3 所示的馬達(dá)斷裂的典型故障。

　　圖2 所示馬達(dá)正常的制動過程是: 操作人員發(fā)出停車指令后, 比例方向閥閥芯回到中位,A、B 腔迅速卸壓。當(dāng)B 腔壓力下降到平衡閥較低控制壓力以下時(shí),平衡閥閥芯在復(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。但是, 如果在比例方向閥閥芯回歸中位過程中, 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

　　控制腔壓力下降到較低控制壓力后, 平衡閥閥口才關(guān)閉, 重物才會停下。圖2 所示的馬達(dá)制動回路可簡化成圖4 所示的模型。

    顯然, 重物從運(yùn)動到停止?fàn)顟B(tài)的改變, 實(shí)際上是重物向下運(yùn)動的動能轉(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??h 后再突然停下, 則重物增加的動能將使容腔中受壓液體的壓力從p 0 上升到p 1。在此過程中, 重物的動能全部轉(zhuǎn)化成馬達(dá)回油口的壓力能。由能量守恒定律p 1Vo = mv12/ 2 和自由落體的運(yùn)動規(guī)律v 1=Δh/t 1+1/2gt 1可求得:p 1=（1/2V0）mv12=m/2Vo（Δh/t1+1/2 gt1）2式中p 1--馬達(dá)回油口液體吸收重物動能后的壓力

　　V0--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Δh 越長, 壓力p 1 就越高。當(dāng)這一壓力超過馬達(dá)允許的較高壓力, 柱塞馬達(dá)球鉸和傳動軸的連接處會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)殼體就會炸開甚至斷裂, 出現(xiàn)如圖3 所示的典型故障。

　　3 、故障原因分析及解決方法

　　在圖2 所示的系統(tǒng)中, 造成重物下滑故障的具體原因包括:

　?、傧到y(tǒng)主回油過濾器5 堵塞, 使B 腔卸壓不及時(shí);

　?、诒壤较蜷y存在零偏, 即使控制信號為零, 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, 平衡閥主閥口不能及時(shí)關(guān)閉;

　?、塾蜏剡^低, 油液黏稠, 馬達(dá)主回油路流動阻力大;

　　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5 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。