起重机吊车液压系统故障分析与维修

1 液压系统症状分析

全液压汽车起重机是一种全回转、动臂式、液压传动和液压操作的汽车起重机。其支腿收放、回转机构、起升机构、吊臂伸缩和吊臂变幅等五个部分均为液压驱动，可无级调速，而且根据需要使任意一部分单独动作，也可在执行元件不满载时，各串联的执行元件任意组合地同时动作。这些机构动作的执行是通过动力元件的液压泵、控制元件的各种液压阀组、执行元件的液压缸及液压马达、辅助元件的油箱和油管等部件来完成的。①支腿收放回路。由于汽车轮胎的支承能力有限，在起重作业时必须放下支腿，使汽车轮胎架空，而汽车行驶时必须收起支腿。吊车前后各有两条支腿，每条支腿均由手动换向阀控制，支腿上配有水平液压缸和垂直液压缸。垂直液压缸上配有双向液压锁，以保证支腿被可靠地锁住，防止在起重作业过程中发生“软腿”现象或行车过程中液压支腿自行下落。②回转机构回路。该机构中采用液压马达作为执行元件。液压马达通过减速机来驱动转盘。转盘转速较低，一般每分钟1~3转。通过一个三位四通手动换向阀来获得左转、停转、右转三种不同工况。③起升机构回路。起升机构是起重机的主要执行机构，它是由一个或两个大转矩液压马达带动的卷扬机。马达的正转、反转由一个手动三位四通换向阀控制。马达的转速，即起吊速度可通过改变发动机的转速来调节。在马达下降的回油路上设有平衡阀，用以防止重物自由下落。由于设置了平衡阀，使液压马达只有在进油路上有压力的情况下才能旋转，这样重物下降时就不会产生“点头”现象。但液压马达的泄漏比液压缸大得多，当负载吊在空中时，尽管油路中设有平衡阀，仍有可能产生“溜车”现象。为此，在起升机构上设有带制动缸的制动系统，以便在液压马达停转时，用制动器锁住起升液压马达。同时在制动缸进油路上设有单向节流阀，其作用是使制动器上闸快，松闸慢。前者是为了使马达迅速制动，重物迅速停止下降；而后者则是当负载在半空中再次起升过程时，避免重物自重将液压马达拖动反转而产生瞬间滑降现象。④吊臂伸缩回路。吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套在基本臂之中。吊臂的伸缩是由伸缩液压缸和钢丝绳控制。为防止吊臂在重物作用下下落，伸缩回路中装有平衡阀。⑤吊臂变幅回路。所谓变幅就是用一液压缸改变起重臂的角度。变幅作业也要求防止在重物作用下下落，因此吊臂变幅回路上也装有平衡阀。而汽车起重机液压系统出现的故障也主要表现在这五个回路上，其最常见的故障是：系统压力不足；液压缸自行回缩。下面分别对上述两故障的诊断及维修方法进行详尽的阐述。

   2 故障诊断及维修

2.1系统压力不足

(1)系统压力不足的故障诊断

汽车起重机液压系统压力不足主要是由于液压泵、溢流阀出现故障造成的。汽车起重机液压系统一般由两个或三个液压泵为系统提供压力油。两油泵的供油方式是：排量小的油泵为支腿收放回路供油，在支腿收放回路的手动换向阀处于中位时，压力油通过中心回转体接头进入上车组合操纵阀；排量大的油泵输出的压力油通过中心回转体接头也进入上车组合操纵阀与排量小的油泵输出的压力油合流共同为回转机构回路、起升机构回路、吊臂伸缩回路和吊臂变幅回路供油。三油泵的供油方式是：排量小的油泵为支腿收放回路及回转机构回路供油；排量较大的油泵为吊臂伸缩回路和吊臂变幅回路供油；排量最大的油泵与排量较大的油泵在上车组合操纵阀处合流共同为起升机构回路供油。无论是两油泵供油方式，还是三油泵供油方式，其液压系统回路的基本形式为：液压泵排出的压力油一路由溢流阀调压后返回油箱。一般来说，汽车起重机液压系统调定压力为18~21Mpa；一路经多路换向阀后，到液压缸、液压马达等执行元件去执行各部动作。因而对于液压系统压力不足的故障来说，首先根据其外在的表现形式来诊断出五个机构回路中，究竟是哪个回路系统的压力不足。比如：缩杆憋压，压力表显示压力达不到允许值，这就说明吊臂伸缩回路系统的压力不足。然后针对压力不足的液压回路，根据其液压泵的供油方式及其液压回路的基本构成形式，判断出究竟是哪个液压泵、溢流阀出现故障造成压力不足的。对于液压泵、溢流阀的故障诊断，应按先溢流阀后液压泵的顺序进行排查。首先，对溢流阀进行检修或更换。由两或三个液压泵组成的吊车液压系统，一般来说，排量小的液压泵其溢流阀在下车组合操纵阀上；排量较大的液压泵和排量最大的液压泵的溢流阀在上车组合操纵阀上，可能是排量较大和排量最大的液压泵分别佣有自己独自的溢流阀，也可能是两个液压泵共同拥有一个溢流阀。如溢流阀进行检修或更换后，系统压力仍然不足，这就需要检修或更换液压泵。

(2)溢流阀与液压泵的维修

1)滋流阀的维修

由于吊车的溢流阀均在组合操作阀上，如图1为吊车上溢流阀的一种形式。如果更换溢流阀就需要更换组合操作阀，这样不但费时、费力，而且加大了维修成本。因而对于溢流阀的维修主要采取以修为主的维修方式。溢流阀工作原理为：液压系统的压力油P，通过阻尼孔a和油道b作用在主阀芯上端和先导阀的锥阀芯9上。当液压系统压力低于调压弹簧11的调定值时，锥阀芯9关闭。这样主阀芯5上下端压力相同，在弹簧3作用下，主阀芯处于最下端位置，主阀芯关闭。A和B不通，阀不起调压作用。当液压系统压力超过调压弹簧11的调定值时，锥阀芯被打开。这样，主阀芯上腔的压力小于下腔的压力，在主阀芯上产生了一个压力差，当这个压力差形成的液压力大于弹簧的弹簧力时，主阀芯向上开启，多余的压力油从A腔溢流回B腔，从而使A腔保持调定的工作压力，实现溢流稳压。由溢流阀工作原理可知，溢流阀泄压主要是由于压力油从密封元件O形圈16处泄漏及压力油从锥阀座8和锥阀9之间的接触面处泄漏，从而造成压力调整不上去，产生系统压力不足的现象。因而对溢流阀的修理主要是针对上述两方面进行的：

1 阀体 2 堵 3 弹簧 4 螺堵 5 主阀芯 6 阀座 7 阀体 8 锥阀座 9 锥阀 10 螺套 11 弹簧

12调整螺柱 13 螺毋 14 螺冒 15 O形圈 16 O形圈 17 挡圈 18 盖 a 阻尼孔 b 油道

图1 溢流阀

①锥阀及锥阀座的修理。锥阀与锥阀座为刚性接触，因而要在高压的压力油作用下，保证其良好的密封性，就必须使其接触面为线接触。而在长期使用中，锥阀在不断地进行开启和关闭的动作，必然会出现接触面磨损变大、密封不良的现象，这时就需要通过研磨锥阀、锥阀座来改善其密封性。主要做法是：把锥阀夹在钻床上转动，用油石研磨锥阀的锥面，直到锥阀锥面上原有的接触痕迹磨没为止；用磨床或手工研磨阀座上与锥阀接触的端面，直到端面上的锥阀接触面磨没为止；把锥阀的锥面上放上研磨砂并与阀座对研，直到其接触面为一连续不间断的圆线为止。

②密封元件的维修。吊车溢流阀上的密封元件主要是O形圈，而O形圈磨损或损坏时，就必须更换。但O形圈更换时须注意：a、由于O形圈磨损或损坏后其断面直径大小很难测量准确，因而O形圈断面直径大小的选配就显得尤为重要。因为O形圈的良好密封效果很大程度上决于安装槽尺寸的正确性。一般槽宽b和槽深H在有关手册中有推荐值。槽深H有较高公差要求，主要是为了保证密封圈有一定的预压缩量K (K=d₀-H)。K过小时，容易引起漏油；K过大时，摩擦阻力增加，加速磨损，另外安装时容易损坏O形圈。一般用在静密封时，取K= (0.15~0.25) d₀。在动密封时取K= (0.1~0.2) d₀。如图2所示。

只有选配合适断面直径大小的O形圈，才能保证预压缩量，从而确保。形圈良好的密封效果。通过测量槽宽b和槽深H，根据有关手册确定预压缩量值，然后根据其密封性质（静态或动态密封）来确定系数，从而计算出所选配的。形圈断面直径大小。b、O形圈一侧或两侧挡圈（图3）的安装。很多维修人员在安装O形圈挡圈时存在着两点误解：其一、认为挡圈安装在O形圈的哪侧都可以；其二、认为O形圈一侧或两侧安不安挡圈都可以。上述二个观点都是极其错误的。因为O形圈装配好后，O形圈在径向有一定压缩，依靠压缩变形，在偶合面上产生一定接触应力而起密封作用。当压力较高时，O形圈可能被压力油挤进配合间隙，引起密封圈损坏，如图4所示。为了避免这种情况发生，在O形圈的一侧或两侧（决定于压力油作用于一侧或两侧）增加一个挡圈，挡圈用较橡胶硬的聚四氟乙烯

用于静密封时，当压力超过32MPa时要用挡圈，这样密封压力最高可达到70MPa。用于动密封时，当压力大于10MPa时也要装挡圈，此时密封压力最高可达32MPa。吊车液压系统设定压力在18~21 MPa，但吊车在满负荷使用时，有可能其瞬间压力波的峰值高大30~40MPa，因而为了确保密封件不被损坏及系统良好的密封性能，需要在处于高压密封的0形圈一侧安装挡圈，挡圈安装在压力油作用的O形圈的另一侧。

2)液压泵的修理

吊车由于液压泵故障造成系统压力不足时，需要对液压泵进行修理或更换。然而对于许多吊车尤其是进口吊车，其液压泵价格较高，每台达数万元且难于购买，因此吊车液压泵损坏时，主要是以修为主。吊车液压泵为齿轮泵，而造成齿轮泵输出压力不足的原因，主要是由于齿轮泵的泄漏。齿轮泵存在三条泄漏途径：一是通过齿轮外圆与泵体配合径向间隙的泄漏，称为径向泄漏；二是由于有齿向误差，通过两个齿轮的啮合线处的泄漏，称为啮合线泄漏；第三条途径是通过齿轮端面与侧盖板之间轴向间隙的泄漏，称为轴向泄漏。

三种泄漏中，由于径向泄漏通道较长，即使在径向间隙较大的情况下，泄漏也比较小。而在两个齿轮啮合点处，随着泵压力的增高，啮合点的接触更加紧密，通过啮合线的泄漏量也不会太大。影响泵容积效率的主要泄漏是轴向泄漏。轴向泄漏量约占总泄漏量的80%。为了控制轴向间隙确保油泵一定的容积效率，吊车的高压齿轮泵采用轴向间隙自动补偿装置，使浮动侧盖板在液压的作用下压紧齿轮端面，减小轴向间隙，从而减少泄漏，提高容积效率。

3)油泵的检测

对于吊车油泵来说，也主要是由于浮动侧盖板磨损过量，造成轴向间隙过大，内泄严重，使之系统压力上不去。因而在对吊车油泵维修时，应首先根据齿轮泵的泄漏途径有针对的对齿轮泵的重要部件进行检测，然后根据检测结果进行有针对性的修理。

浮动侧盖板的检测。浮动侧盖板高压区为铜基合金，其厚度约0.7mm。一般磨损量0~0.23 mm，磨损量最大不能超过0.3mm。对铜基合金磨损量不超过0.3mm的浮动侧盖板，可采用研磨的方法进行修复。如果磨损量超过0.3mm或铜基合金层脱落，则浮动侧盖板无法使用。

泵体的检测。一般情况下，齿轮外圆与泵体内孔的间隙应在0.03~0.lmm之间，齿轮轴和轴承间也有微量间隙，通常在高压下泵体都有微量扫膛现象。但经长期使用，如果刮伤深度超过0.16mm，泵的容积效率将会显著下降。泵体将不能再用。

油泵的修复。油泵经检测后，如磨损超限，就需要更换油泵；如磨损未超限，就需安对磨损部件进行修复工作。将浮动侧盖板用平面磨床磨平后进行研磨以达到其精度要求；然后在对两齿轮端面进行磨削加工以达到其使用要求；测出磨削量，在将泵壳端面磨削到所需尺寸；更换泵内的全部密封元件，对油泵进行组装。进行修复后的液压泵基本上能够达到使用要求。

2.2液压缸自行回缩

吊车液压缸自行回缩的现象是吊车最危险的故障之一。因为在吊车负载时，出现液压缸自行回缩，轻者造成起重货物损坏，重者会造成车毁人亡的事故。因而，对于吊车中最常见也是最危险的液压缸自行回缩的故障，必须认真对待。吊车中支腿收放、吊臂伸缩和吊臂变幅回路均采用液压缸作为动作执行元件，然而为确保支腿在负载时不“软腿”，行走时不下沉，在其液压缸上装有双向液压锁；为确保吊臂伸缩缸和变幅缸在重物作用下能够可靠地停在空中，同时也为了使油缸在重物作用下能够平稳下降不出现“点头”现象，在吊臂伸缩和变幅回路上装有平衡阀。而支腿收放、吊臂伸缩和变幅的液压回路的基本形式是：从泵排出的油液经手动换向阀后，油液先经双向液压锁或平衡阀，然后再进入液压缸，推动液压缸执行动作。综上所述，吊车液压缸自行回缩的故障实质上就是由两个原因造成的。其一、平衡阀或双向液压锁故障造成液压缸自行回缩；其二、液压缸本身内泄造成液压缸自行回缩。下面就其两故障的诊断、修理进行阐述。

(1)故障诊断

通过了解平衡阀的工作原理可知：换向阀手柄处于出杆位置时（图5b），C腔压力油推开单向阀，通过B腔由a口进入，并推动液压缸出杆；换向阀手柄恢复中位时（图5a），C腔压力油消失，单向阀及滑阀在弹簧力的作用下压向阀座，B、C腔被切断，由于重物重力的作用，使液压缸a口到B腔的油液压力升高，此时单向阀更紧的压合在阀座上，从而使重物被可靠的停在空中；换向阀手柄处于缩杆位置时（图5c），压力油进入A腔，推动滑阀，并使滑阀开口量逐渐增加达到某一平衡位置，液压缸开始缩杆，重物平稳下降。当重力使下降速度加快，液压缸缩杆加快，而进油量未变，形成液压缸进油供不应求，A腔的压力降低，在弹簧力的作用下滑阀左移，开口量缩小，回油减少迫使液压缸缩杆速度降低，恢复原速。通过了解双向液压锁的工作原理，我们可知：双向液压锁装在垂直支腿油缸上，换向阀手柄后拉时（图6b）压力油从s口进入a腔，顶开右侧钢球，压力油流向油缸无活塞杆腔，同时进入a腔的压力油又推动双向锁活塞向左运动，顶开左侧钢球，使油缸有活塞杆腔的油液经b腔自t口流回油箱，使支腿伸出；换向阀手柄前推时，油液反向流动使支腿缩回（图6c）；换向阀手柄中位时，s、t口均无压力油，双向锁活塞处于中间位置，钢球在弹簧及支腿油缸压力油作用下使之紧压阀座，切断w、v通道，达到锁死支腿垂直油缸的目的（图6a）。由平衡阀和双向液压锁的工作原理可以看出，只要平衡阀和双向液压锁密封性能良好，油液是不会从平衡阀和双向液压锁泄漏出来的。由此，我们可以得到一个简单可行的判断平衡阀和双向液压锁好坏的方法：上仰变幅缸角度超过45°或变幅缸上仰60°后伸出一定的吊杆或把车架起使轮胎离地，通过这样的方法使油缸负重，油缸一腔产生压力，并且压力油作用在平衡阀或双向液压锁上。然后松掉连接平衡阀和双向液压锁的油管，观察平衡阀和双向液压锁与油管连接的接口处是否有油液流出。如果有油液流出，则说明平衡阀和双向液压锁密封性能失效，致使液压缸产生自行回缩的现象。这时就需要检修或更换平衡阀或双向液压锁，如检修或更换平衡阀或双向液压锁后，按照上述负重方法再进行试验，平衡阀和双向液压锁与油管连接的接口处无油液流出，液压缸还是自行回缩，则说明液压缸自行回缩是由于液压缸自身内泄所引起的。

(2)维修方法

对于平衡阀和双向液压锁的修理过程和方法基本上与上述所讲的溢流阀的维修方法是一样的，这里就不在阐述了。至于液压缸的修理主要就是更换液压缸中的密封元件。但更换液压缸中密封元件时要注意：①由于吊车液压缸的缸筒与缸盖大多数采用卡键式连接方式，因而在活塞插入缸筒越过卡槽时，活塞上安装的油封容易被卡槽所刮坏。正确的安装方法是：如图7所示，在活塞插入缸筒前，测量出卡槽的宽度、深度及缸筒直径，然后用聚四氟乙烯材料根据其宽度、深度及缸筒直径等尺寸做成一个轴套，并按45°方向将聚四氟乙烯轴套锯开，安装在卡槽内，并且缸筒内壁与聚四氟乙烯轴套内表面的高度基本一样。然后再把活塞插入缸筒，这样就不会损伤密封元件。②吊车液压缸中活塞及活塞杆的密封一般采用的是Y形密封圈。在装配Y形密封圈时，一定要使唇口对着有压力的油腔，才能起密封作用；一定要区分出Y形密封圈孔用和轴用密封圈的区别。如图8所示。孔用Y形密封圈是对缸筒起密封作用的，轴用Y形密封圈是对活塞杆起密封作用的。因而在安装缸筒及活塞杆密封圈时，一定要认真检查所安装的Y形密封圈是孔用还是轴用密封圈，否则就会引起液压缸泄漏。