液壓馬達(dá)制動回路故障分析與解決

1．液壓馬達(dá)的傳動方式

在設(shè)計液壓馬達(dá)控制回路的時候，經(jīng)常遇到的問題是：①負(fù)載的轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)動慣量大；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)動負(fù)載。該方案的特點是：馬達(dá)至負(fù)載之間不需要傳動機構(gòu)，但當(dāng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量大時，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。這對行走設(shè)備和安裝空間有限的場合是一種不經(jīng)濟的方案。

2)采用高速液壓馬達(dá)通過減速裝置驅(qū)動負(fù)載。該方案的特點是：馬達(dá)與負(fù)載之間要設(shè)減速機構(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)動重物升降的典型制動回路。

這種制動回路如果設(shè)計不當(dāng)，就會引起馬達(dá)斷裂的典型故障。

2．馬達(dá)制動回路的典型故障分析

圖40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，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)停止運動。

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，重物才會停下。圖40所示的馬達(dá)制動回路可簡化為圖41所示的模型。

顯然，重物從運動到停止?fàn)顟B(tài)的改變，實際上是重物向下運動的動能轉(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△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p₀上升到p₁。

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p₁V₀=mv₁2/2和自由落體的運動規(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，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殼體內(nèi)腔。如果馬達(dá)泄油口不能及時卸掉這一壓力，馬達(dá)殼體就會炸開甚至斷裂。

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。

(2)比例方向閥存在零偏，即使控制信號為零，馬達(dá)的主控油路也不能及時卸壓，致使平衡閥控制油路卸壓時間過長，平衡閥主閥口不能及時關(guān)閉。

(3)油溫過低，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)計包含有大質(zhì)量的馬達(dá)制動回路時，關(guān)鍵是要確保平衡閥控制腔壓力能夠及時卸壓。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卸壓，避免這類事故發(fā)生。