修機(jī)｜挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)壓力傳感器故障分析及案例

壓力傳感器（Pressure Transducer）能感受壓力信號(hào)，并能按照一定比值規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出的器件或裝置。本文在分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)壓力傳感器常見故障的基礎(chǔ)上，針對(duì)案例進(jìn)行排查。

1 工作原理和基本參數(shù)

1.1 工作原理

挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)一般使用硅壓阻式壓力傳感器。壓力傳感器內(nèi)的電阻應(yīng)變片感應(yīng)到主泵壓力后產(chǎn)生機(jī)械形變，引起傳感器電阻值發(fā)生變化。電子線路檢測(cè)到這一變化后，轉(zhuǎn)換并向控制器輸出對(duì)應(yīng)這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量電信號(hào)?？刂破鲗⒃撾娦盘?hào)轉(zhuǎn)化為壓力值在顯示器上顯示，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)主泵壓力信號(hào)的檢測(cè)、傳輸、顯示，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷故障。

1.2 基本參數(shù)

我公司挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)壓力傳感器的主要參數(shù)：檢測(cè)量程為 0 ～ 40MPa，對(duì)應(yīng)輸出電流為 4 ～ 20mA。其中在油壓為 0MPa 時(shí)，壓力傳感器對(duì)應(yīng)輸出電流為 4mA；在油壓為 40MPa時(shí)，壓力傳感器對(duì)應(yīng)輸出電流為 20mA。壓力變化對(duì)應(yīng)輸出為線性，精度要求為滿量程的±0.25%；最大允許誤差為 ±1%FS。壓力傳感器量程與輸出信號(hào)線性曲線如圖 1 所示。

2 常見故障分析

2.1 壓力顯示異常

在挖掘機(jī)單純上電的情況下，排除溫度變化對(duì)壓力傳感器精度的影響，只考慮壓力傳感器非線性、遲滯和重復(fù)性的誤差影響，取其精度為 0.25%FS（滿量程）。

挖掘機(jī)上電后，顯示器顯示液壓系統(tǒng)有大于 0.1MPa 的壓力，屬于故障。發(fā)動(dòng)機(jī)熄火瞬間，主泵內(nèi)部殘余壓力不能及時(shí)釋放，會(huì)造成顯示器在短時(shí)間內(nèi)有壓力顯示。但是在 30s 后，壓力值應(yīng)為 0MPa。精度按滿量程的 0.25% 計(jì)算，測(cè)量壓力為 0MPa 時(shí)的電流值為 4.04mA 可滿足精度要求，顯示器顯示 0.1MPa 壓力值亦屬于正常情況。但是當(dāng)顯示器顯示值大于 0.1MPa時(shí)，測(cè)量的電流值大于 4.04mA，則超出了壓力傳感器精度控制范圍，此時(shí)可判定壓力傳感器內(nèi)部電阻應(yīng)變片出現(xiàn)故障，應(yīng)更換壓力傳感器。

2.2 前后泵壓差過大

新組裝的挖掘機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，顯示器顯示其前、后泵壓差大于 0.8MPa，屬于故障。這是因?yàn)樾陆M裝挖掘機(jī)的主泵均經(jīng)過生產(chǎn)廠家校準(zhǔn)，空載運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主泵自身實(shí)際壓差很小，可忽略不計(jì)?？紤]溫度等綜合因素對(duì)壓力傳感器測(cè)量的影響，取最大允許誤差范圍為滿量程的 ±1%，按誤差計(jì)算前、后泵顯示極限壓差值為 0.8MPa。若挖掘機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)前、后泵壓差大于 0.8MPa，就超出最大誤差范圍，此時(shí)可判斷壓力傳感器損壞，應(yīng)予以更換。

2.3 壓力傳感器密封處漏油

壓力傳感器與過渡接頭連接處漏油的主要原因?yàn)槊芊馊嚎s量不足、密封圈過大或損壞，會(huì)造成密封圈因失效而漏油。壓力傳感器密封溝槽設(shè)計(jì)不合理或密封圈選用不合理，會(huì)造成其壓縮量不足或過大。其中密封圈壓縮量不足，會(huì)引起密封失效泄漏；壓縮量過大，將使壓縮應(yīng)力增大、摩擦阻力增大，會(huì)造成密封圈扭曲變形和加快磨損。與壓力傳感器密封圈配合的金屬表面粗糙度不符合要求，會(huì)造成密封圈與接觸表面產(chǎn)生研磨和黏著，導(dǎo)致密封圈過早失效。與密封圈配合表面垂直度偏差嚴(yán)重，可造成密封圈壓縮量不足，導(dǎo)致密封失效漏油；壓力傳感器密封圈安裝不到位或緊固力矩過大，可造成密封圈切傷或劃傷，導(dǎo)致密封失效漏油。

3 故障案例

近期我公司新組裝挖掘機(jī)在調(diào)試過程中，頻繁出現(xiàn)顯示器顯示異常及壓力傳感器漏油故障，現(xiàn)結(jié)合故障案例進(jìn)行排查。

3.1 前泵顯示壓力異常

1 臺(tái)新組裝正在調(diào)試的 20t 級(jí)挖掘機(jī)上電后，其顯示器顯示前泵有 0.6MPa 的壓力值，且過了 0.5h 其壓力值仍無變化，而后泵壓力值顯示正常。

針對(duì)該故障，我們測(cè)量了前泵壓力傳感器接入電流，測(cè)得電流值為 4.26mA（理論零點(diǎn)電流為 4mA），這說明前液壓泵的壓力傳感器有故障。但是在拆卸該壓力傳感器的過程中，發(fā)現(xiàn)其緊固力矩過大（實(shí)測(cè)為 70N?m，工藝要求為 30N?m），隨懷疑因緊固力矩過大造成壓力傳感器內(nèi)部電阻應(yīng)變片發(fā)生不可恢復(fù)變形，導(dǎo)致顯示器顯示異常。更換新的壓力傳感器并按規(guī)定力矩緊固后試機(jī)，故障現(xiàn)象消失。

3.2 前后泵壓差過大

1 臺(tái)新組裝正在調(diào)試的 20t 級(jí)挖掘機(jī)上電后，在空載 P 模式（重載作業(yè)模式）10 擋運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，顯示器顯示前泵壓力為 3.5MPa，后泵壓力為 4.4 MPa，壓差為 0.9 MPa；將油門旋鈕在各擋位之間調(diào)換，顯示器顯示的前、后泵壓差維持在 0.9 MPa，存在壓差過大故障。分別在空運(yùn)轉(zhuǎn)、動(dòng)臂提升、動(dòng)臂提升溢流過程中，測(cè)量前、后泵壓力傳感器接入電流，發(fā)現(xiàn)前、后泵電流差值為 0.36mA 和 0.4mA，據(jù)此換算出壓力值為 0.9MPa 和 1MPa。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)壓力值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)后泵的壓力值不符合標(biāo)準(zhǔn)。拆卸后泵壓力傳感器過程中，發(fā)現(xiàn)其緊固力矩過大（實(shí)測(cè)為 75N? m，工藝要求為30N? m），隨懷疑因緊固力矩過大造成壓力傳感器內(nèi)部電阻應(yīng)變片發(fā)生不可恢復(fù)變形，導(dǎo)致顯示器顯示異常。更換新的壓力傳感器并按規(guī)定力矩緊固后，故障現(xiàn)象消失。

3.3 壓力傳感器連接處漏油

1 臺(tái)新組裝正在調(diào)試的 20t 級(jí)挖掘機(jī)，其前泵壓力傳感器與過渡接頭連接處發(fā)生漏油故障。結(jié)合上述 2 個(gè)故障案例，仍懷疑其緊固力矩過大，造成密封圈損壞，導(dǎo)致漏油。但是檢測(cè)該壓力傳感器緊固力矩為 30N?m，符合工藝要求。在拆卸該壓力傳感器過程中，發(fā)現(xiàn)其安裝位置有輕微傾斜，使用塞尺檢查傾斜縫隙即過渡接頭垂直度偏差為0.57mm，檢測(cè)其表面粗糙度為 Ra 6.4。壓力傳感器為精密部件，按照相關(guān)液壓接頭制作行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（一般為 O 形密封圈），與其配合的過渡接頭的垂直度應(yīng)控制在 0.1mm 以內(nèi)，與其連接的過渡接頭的表面粗糙度應(yīng)為 Ra 3.2，該檢測(cè)結(jié)果顯然超差嚴(yán)重。更換不合格過渡接頭后試機(jī)，漏油故障排除。過渡接頭垂直度超差如圖 2 所示。

4 改進(jìn)措施

結(jié)合上述 3 個(gè)故障案例，為徹底解決挖掘機(jī)組裝過程中出現(xiàn)壓力傳感器故障，我們決定采取以下 2 項(xiàng)改進(jìn)措施：一是嚴(yán)格控制擰緊力矩。嚴(yán)格按照工藝文件的規(guī)定力矩緊固壓力傳感器，防止壓力傳感器因受過大外力而損壞。二是嚴(yán)格控制過渡接頭加工精度。該型號(hào)壓力傳感器所用密封墊為矩形密封圈，此種密封圈的壓縮量較小，對(duì)與之配合的過渡接頭的表面粗糙度及垂直度要求較高，為確保密封的有效性，工藝文件規(guī)定過渡接頭的表面粗糙度為 R a 3.2，垂直度為 0.05mm以內(nèi)，該加工精度要嚴(yán)格控制。執(zhí)行以上改進(jìn)措施后的挖掘機(jī)，壓力傳感器再未出現(xiàn)類似故障。

作者：丁蒲剛 張杰 李建強(qiáng)

來源：《工程機(jī)械與維修》2018年第4期