一.故障现象
1台使用了9800h的5t型装载机在施工现场作业过程中，其动臂操纵手柄扳动逐渐变得沉重，甚至出现动臂换向阀阀芯卡滞现象，影响该机正常使用。
该故障具有如下特点:装载轻物料时，动臂换向阀阀芯卡滞情况较轻;装载重物料时，动臂换向阀阀芯卡滞情况较重。
装载质量相同的物料，从下降状态返回中位与从举升状态返回中位相比，前种情况操作时动臂换向阀阀芯卡滞更为严重。
与动臂换向阀阀芯沉重或卡滞相比，铲斗阀阀芯工作正常。5t机型装载机工作装置液压系统如图1所示。
二.故障排查
(1)
检测液压系统压力
该型装载机工作装置液压系统的压力为18MPa。经检查，在该机动臂举升和铲斗缸收斗时，工作装置液压系统的压力均能达到18MPa，符合技术要求。
(2)
排查换向阀
服务工程师按照常规方法排查换向阀，其步骤如下:清理装载机换向阀周围杂物，检查调整换向阀软轴操纵系统；检查多路阀与机架之间安装平顺，不存在多路阀变形问题;拆下动臂换向阀阀芯，用细砂纸进行研磨。
(3)
排查液压油和滤芯
检查液压油合格，更换液压油滤芯。上述排查未发现任何异常，动臂换向阀阀芯卡滞故障依旧。
该型装载机软轴操纵系统如图2所示。
(4)
排查动臂缸
通过以上排查未能找到故障部位，并且铲斗阀阀芯始终没有发生卡滞故障，可排除液压油中存在较多铁屑及其他颗粒污染物造成动臂换向阀阀芯卡滞的可能性。
分析认为，若动臂缸内泄漏严重，其内、外腔均可形成很高油压，会造成动臂换向阀壳体微量弹性变形，甚至会造成动臂换向阀阀芯微量弹性弯曲，导致动臂换向阀阀芯卡滞。
更换2个动臂缸的活塞密封圈之后试机，动臂换向阀阀芯卡滞故障消失。
三.故障原因分析
(1)
液动力分类
液压系统的液动力分为稳态液动力和瞬态液动力。
稳态液动力是指阀芯移动完毕、阀口开度固定后，压力油流经阀口时的动能作用在液压阀及其阀芯上的稳态力。
瞬态液动力是指在阀芯运动过程中，压力油流经阀口时的速度不断发生变化，导致压力油流经阀口时的动能不断变化，该不断变化的动能作用在液压阀及其阀芯上的瞬态力。
(2)
换向阀受力状况
多路换向阀阀体内部油道形状各异，阀芯与阀体的配合面并非均布，且阀芯节流槽相对于液体的流动方向也不是完全对称分布的，此外阀体、阀芯各部位强度及刚度不同，在油压作用下，阀体、阀芯受到复杂的径向力和轴向力，加上稳态液动力和瞬态液动力的大小与变化，阀芯节流槽、阀体油腔以及阀口开闭引起的油压、流速变化使阀体、阀芯受力不平衡。
我们将复杂的稳态液动力和瞬态液动力进行简单化处理，即将额定压力与静压力进行比较。经计算，动臂缸额定压力与内泄漏之后静压力对比如附表所示。
(3)
故障发生的根源
附表仅从液压系统额定工作压力、动臂缸活塞顶部面积和活塞杆面积等因素，将额定压力与内泄漏后的静压力进行比对。
比对结果表明，1个动臂缸内泄漏后的静压力是额定压力的1.5倍;2个动臂缸内泄后的静压力是额定压力的3.2倍。
由此可知故障发生的根源是:当2个动臂缸产生严重的内泄漏之后，动臂换向阀在过高静压力作用下，造成动臂换向阀壳体微量弹性变形、阀芯微量弹性弯曲，从而导致动臂阀阀芯发生卡滞故障。
铲斗阀阀芯没有发生卡滞故障，则是因为铲斗缸没有发生内泄漏。
(4)
阀芯卡滞是综合因素
此次换向阀阀芯卡滞故障的排查，需说明以下事项:
一是在装载机维修过程中，在举升状态下检测油压时，如果动臂缸内泄漏不严重，通常系统油压会保持正常。
二是装载机液压缸内泄漏不一定都造成换向阀阀芯沉重或卡滞，若换向阀与液压缸同时存在内泄漏，且换向阀内泄程度超过液压缸有杆腔内泄程度，便可有效释放静压力，也就不会造成换向阀阀芯卡滞。
三是换向阀阀芯滑动是否沉重或卡滞，与阀体和阀芯之间的配合精度、阀体材料的强度及刚度、阀芯材料及热处理工艺、阀芯卸荷槽相对于液体流动方向的对称分布性、额定压力设计、液压缸是否内泄漏、换向阀是否内泄漏、液压油污染度及温度等因素等都有一定关系。因此，本文描述的动臂换向阀阀芯滑动沉重及卡滞故障，是上述相关因素综合作用的结果。
本文选自《工程机械与维修杂志》，2017年第7期
作者：朱啸麒 梁开武
