D11T 履帶推土機液壓與傳動系統故障分析及解決預防方法

張峻需

（國能準能集團 生產指揮中心，內蒙古 鄂爾多斯 017100）

D11T 履帶推土機是由美國卡特彼勒公司設計制造的，是黑岱溝露天煤礦主采的工程設備，主要承擔排棄土石、修筑坡道、開挖路塹、清除積雪、平整場地、拋擲爆破后吊斗產降段作業等任務，也可用來完成短距離內松散物料的鏟運和堆集作業。

黑岱溝露天礦共有14 臺D11T 履帶推土機，現使用時間超過7 年，由于設備逐漸老化，在加之作業環境惡劣，長時間重載作業，司機倒班作業操作習慣不同，檢修人員維護保養不到位等情況，發現近年來由液壓與傳動系統故障停機的頻率越來越高，嚴重降低了設備的出動率，制約了露天礦產量的完成。因此，需要對該類故障做系統性地分析研究，準確判斷、定位故障點，及時處理故障，并通過預防來降低故障率，避免大型故障發生。

1 D11T 履帶推土機液壓系統工作原理

1）機具控制系統工作原理。該系統是由電液比例控制的低壓控制高壓的系統，由機具泵（雙聯定量齒輪泵）和1 個先導泵（定量柱塞泵）提供動力，機具泵供油到機具主控閥，先導泵供油經減壓閥解壓后，供給先導電磁閥，不同動作的電磁閥接收到控制信號，將先導油供給主控閥閥芯推動閥芯移動，機具泵的主油路經主控閥到達各油缸實現推土鏟、裂土器提升、下降、傾斜動作。

2）風扇冷卻系統工作原理。由風扇泵（變量柱塞泵）供油到風扇馬達，風扇馬達驅動風扇轉動，為發動機及水箱降溫，后經液壓油冷卻器流回油箱。風扇轉速是根據發動機水溫控制的，發動機ECM 輸出信號給風扇泵壓力控制電磁閥，通過增加或減少電流改變電磁閥閥芯開口大小，改變柱塞泵斜盤角度，進而改變風扇泵輸出油量達到改變風扇轉速的目的。

2 D11T 履帶推土機傳動系統工作原理

D11T 推土機通過發動機提供動力源，經變扭器、主傳動軸、變速箱、傳遞和傘齒輪、轉向制動器最終到達終傳動，由終傳動驅動履帶機構行走。

1）變扭器工作原理。D11T 履帶推土機變扭器是帶有輸出扭矩分配的單級變矩器，發動機的動力一部分由發動機太陽輪傳遞至變扭器行星輪在由行星輪架傳遞到輸出軸，另一部分由與發動機飛輪連接變扭器泵輪液壓油經定輪流向渦輪，渦輪旋轉將動力傳遞到輸出軸，變扭器是保護傳動系統不受突然出現的扭矩沖擊和震動的影響，并為車輛提供更大的扭矩。

2）變速箱工作原理。主驅動軸輸出動力到變速箱輸入軸經過變速箱離合器的不同擋位離合器的嚙合輸出到輸出軸，D11T 推土機的輸入軸與輸出軸在同側。變速箱是行星動力換擋變速箱，三速前進、三速后退，采用離合器直徑大、高容量和油冷式離合器。

3）傳遞和傘齒輪工作原理。傳遞和傘齒輪是將變速箱輸出軸輸出的動力，通過傘齒輪連接轉動2個內橋半軸輸送動力到轉向離合器和制動器。

4）轉向離合器和制動器工作原理。轉向離合器轉動機器，制動離合器停止機器，轉向離合器與制動離合器相互合作，駕駛人員通過操縱手柄將信號傳輸到動力傳動ECM 電子控制器，由ECM 電子控制器輸出輸信號到達轉向制動離合器電液控制閥，控制主閥油液進入轉向制動離合器油腔內，油液進入油腔后通過油壓控制轉向、制動器活塞進而控制摩擦片嚙合分離，達到轉向與制動的目的。制動器在無油壓狀態時制動器中蝶形彈簧始終壓緊活塞使光片和摩擦片嚙合，使設備處于靜止狀態[1]。

5）終傳動工作原理。轉向制動器傳輸動力到終傳動，由終傳動太陽輪雙極行星輪減速，采用雙級減速、行星終傳動齒輪使操作更平穩、安靜，齒輪和行星齒輪架的尺寸可承受更高的負載，潤換采用飛濺潤滑。

6）機行走機構原理。由履帶、履帶架、托帶輪、支重輪、導向輪組成，由終傳動傳出的動力傳到履帶，履帶驅動各輪架行走。

7）動力傳動液壓系統工作原理。該系統由傳動泵（五聯齒輪泵）供油，轉向制動泵為轉向制動提供動力，經濾芯、優先閥、轉向制動電磁閥、到轉向制動器進而控制轉向制動器動作。變扭器泵為變扭器提供動力，經濾芯、變扭器、油冷器流回油箱。潤滑泵為潤滑系統提供動力，經潤滑岐塊到達各潤滑點最終流回油箱，變扭器油底、變速箱油底掃油泵，將油抽回傳動油箱。

3 液壓與傳動系統故障分析及解決措施

3.1 大鏟提鏟慢無提升無傾斜

1）故障原因：①機具泵或先導泵故障：泵內損壞，泵內部或出口密封損壞，使機具泵工作壓力不能達到（13 790±500）kPa、先導泵工作壓力不能達到（620±210）kPa；②主控閥故障：閥芯內部卡死不能動作，或主控閥安全閥故障，系統壓力低；③先導電磁閥故障，提升或傾斜電磁閥接收信號后閥芯沒有動作；④機具液壓管路和接口泄漏；⑤液壓濾芯堵塞；⑥液壓系統ECM 故障，不能輸出所需指令。

2）解決方法：①機具泵、先導泵出口密封損壞卸壓，更換密封，其他故障更換泵總成；②調節主控閥比率控制閥，檢查更換主控閥安全閥，故障如果未解決，更換閥總成；③更換損壞的先導電磁閥；④處理漏油接口，更換破損管路；⑤更換液壓濾芯；⑥更換液壓系統ECM。

3.2 鏟刀自動卸壓

1）故障原因：①先導減壓岐塊上的死車電降下閥損壞，油缸里的高壓油直接流回油箱，造成刀鏟卸壓；②快降閥故障，使油缸的有桿腔和無桿腔連通，造成鏟刀卸壓；③油缸內密封損壞使有桿腔與無桿腔連通，造成鏟刀卸壓。

2）解決方法：①更換死車電降下閥；②更換快降閥；③更換油缸。

3.3 風扇轉速低

1）故障原因：①風扇泵故障，泵內損壞，泵內部或出口密封損壞，使風扇泵工作壓力不能達到（970±345）kPa；②風扇泵控制閥損壞，或彈簧不復位，閥芯一直處于下位工作，使得液壓油流入無桿腔推動活塞右移使斜盤角度減小泵輸出流量減少；③風扇馬達內卸，造成風扇轉速低。

2）解決方法：①更換風扇泵出口密封，其他故障更換泵總成；②更換風扇泵控制閥彈簧，如故障未解決更換風扇泵控制閥；③更換風扇馬達。

3.4 車輛沒有動力或動力不足

1）故障原因：①發動機輸出功率不足，轉速不能達到（1 980±80）r/min；②傳動泵故障，泵齒輪損壞，泵內部或出口密封損壞卸壓，造成傳動泵工作壓力不能達到（3 300±140）kPa；③變扭器故障，內部卸壓或泵輪、轉輪、軸承損壞或磨損過大，導致內部卸壓或運轉異常，或因出口安全閥壓力設定值低，壓力彈簧受損；④變速箱故障，變速箱內部卸壓嚴重或內部大面積的行星齒輪損壞工作異響，造成變速箱不能輸出足夠的動力；⑤優先閥、變速箱控制閥故障，優先閥和變速箱控制比率發壓力設置不正確或彈簧故障，造成壓力油供給不能滿足控制所需的壓力；⑥傳動液壓管路和接口泄漏；⑦濾芯堵塞；⑧傳動ECM 故障，不能輸出所需指令。

2）解決方法：①檢查發動機油料供應，各缸體運行等情況，必要時更換發動機；②泵出口密封不嚴卸壓，更換密封，其他故障更換傳動泵；③更換變扭器、調節出口安全閥壓力值、更換安全閥；④更換變速箱；⑤調節優先閥及變速箱比率控制閥，故障如果未解決，更換閥總成。⑥處理漏油接口，更換破損管路；⑦更換傳動濾芯；⑧更換傳動ECM。

3.5 車輛沒有部分擋位-不能加減擋-掛擋延遲

1）故障原因：①變速箱先導電磁閥故障，部分擋位的先導電磁閥損壞；②變速箱控制閥故障，變速箱控制閥閥芯卡死或行程不夠，不能完全打開，造成壓力不夠，摩擦片與光片不能壓緊而打滑；③部分擋位的摩擦片與光片長時間嚙合過熱燒結不能分離或摩擦片磨損過限不能壓緊光片打滑；④部分擋位的行星輪系故障[2]；⑤傳動系統進入空氣；⑥傳動ECM 故障，不能輸出所需指令。

2）解決方法：①更換不能動作的先導電磁閥；②調節變速箱主控閥比率控制閥，更換變速箱主控閥；③更換變速箱；④更換傳動ECM。

3.6 車輛制動不能釋放及車輛自動轉向

1）故障原因：①轉向制動先導電磁閥故障；②轉向制動控制閥閥芯卡死或行程不夠，不能完全打開；③轉向制動器摩擦片光片磨損過限或嚙合不釋放；④轉向制動器內部部件損壞，如制動器蝶形彈簧、離合器活塞等；⑤轉向制動泵故障；⑥終傳動內部部件損壞；⑦履帶鏈松。

2）解決方法：①更換不能動作的先導電磁閥；②更換轉向制動閥；③更換轉向制動器；④更換轉向制動泵；⑤更換故障的終傳動；⑥張緊松動的履帶鏈。

3.7 液壓與傳動系統油溫高

1）故障原因：①油溫傳感器故障；②油過少或過多或加注了不符合標號的油液；③變扭器油泵、潤滑泵損壞，導致傳動油循環不好；④油冷器堵塞，導致油循環不暢通；⑤系統濾芯堵塞；⑥傳動系統中存在長時間不能釋放的摩擦片與光片；⑦傳動系統中其他部件損壞，如軸承、齒輪等；⑧系統工作壓力高，系統內安全閥壓力設置偏高或安全閥損壞。

2）解決方法：①更壞損壞的溫度傳感器；②將油液恢復到油尺規定刻度范圍內，并加注符合黏度要求的油液；③更換損壞的油泵；④更換傳動油冷卻器；⑤更換堵塞的濾芯；⑥更換磨損過限及嚙合在一起的摩擦片、光片；⑦更換傳動系統中損壞的其他部件；⑧調整安全閥壓力值，更換損壞的安全閥。

3.8 液壓傳動系統震動噪聲過大

1）故障原因：①系統中各元件固定不牢，包括油泵、閥、管路等；②油泵安裝不平衡、泵軸對中不良；③油箱液位過低、吸油不充分，或泵接口、吸油管道漏氣，空氣混入液壓系統，空氣溶解在油液中，低壓時空氣逸出產生氣泡，形成空穴現象，高壓時氣泡受到急劇壓縮，引起高頻震動[3]。

2）解決方法：緊固各個元件、元件與元件所連接的螺栓，并保證各元件安裝平穩，特別是安裝泵體時保證同軸度。

4 液壓與傳動系統故障的預防

1）加強日常點檢。①經常清理，保持清潔[4]；②經常觀察油標尺，確保油液保持正常液位；③檢查油泵、變扭器、控制閥等部件有無過熱、噪聲等異常情況，發現異常及時更換；④檢查行走機構各潤滑點的潤滑狀況，履帶架張緊機構是否正常，保證履帶鏈保持正常張緊度；⑤檢查樞軸油封是否完好，行走機構減震緩沖膠墩磨損情況，發現損壞及時更換；⑥認真仔細檢查管路泄漏、管接頭和管夾的松緊，并及時處理[5]；⑦檢查行走機構支重輪、托帶路、導向輪軸承部位是否漏油、磨損過限、損壞發現問題及時更換。

2）加強保養。①保養時使用符合標準的液壓油、傳動油；②油箱內的舊油放干凈后，方可加入新油；③加注新油和更換濾芯時保證周圍環境清潔，將零部件上沾染的污泥雜質等及時清除[6]，防止外界雜質進入系統；④縮短保養周期，鑒于多數D11T 使用時間已超過8 年，工作負荷大，作業環境惡劣，系統中各部件磨損加劇，液壓系統保養周期由2 000 h縮短到1 800 h、傳動系統保養周期由1 000 h，縮短到900 h，可以保證油的清潔，通過各舊油及濾芯濾出的雜質情況判斷系統各部件磨損情況[7]，合理制定檢修計劃。

3）加強設備的計劃性檢修。①定期對油液做油脂化驗，通過化驗指標了解系統各部件磨損情況，為制定計劃性檢修提供科學的數據支持，預防突發故障，提高設備出動率；②對各傳動部件進行計劃檢修，對變速箱、變扭器、轉向制動器、終傳動等關鍵部件定期下機維護，對各部件中的軸承、活塞、齒輪、摩擦片、光片、彈簧、密封等零件進行測量，對間隙過大和磨損過限的零件進行更換，更換時嚴格按照標準裝配；③保證各部件總成周轉件的完好數，確保計劃性檢修時有足夠的周轉件用于更換。

4）合理改造設備管路。由于設備運行時震動較大，油管與機體和管卡的摩擦，時常造成管壁磨破漏油，尤其對設備單根走向長度大的油管更為突出，針對上述情形，對變扭器至油冷器之間、風扇泵至風扇馬達之間的橡膠軟管進行改造，將原來6 m 長的軟管改造為：2 根1 m 長的軟管和1 根4 m 長的鐵管，這樣鐵管與機體固定不容易磨損，軟管長度變短震動幅度降低，也不易磨漏，更換也更加方便。

5）加強設備操作管理。①單臺設備固定人員操作；②按照標準流程操作設備，嚴禁暴力操作；③嚴禁帶病作業，發現異常及時停機檢查，并通知檢修人員，避免故障擴大。

6）加強作業管理。①做好作業現場的灑水作業，降低環境污染，減少設備檢修、保養時由于環境原因污染傳動系統；②平整作業場地，使推土機作業更加平穩，減少行走機構起伏，保護傳動系統；③針對作業難度大，長時間重負載作業，可安排設備輪流作業。

7）智能化診斷。隨著科學技術的不斷進步，故障診斷和預防也對新科技進行應用，智能技術就是其中一種。應用智能技術是設備故障診斷必然的發展趨勢，也是科學技術發展道路上產物。智能技術的核心是計算機技術，通過計算機技術模擬人類思維，從而讓故障診斷系統更“人性化”的收集故障信息，當獲取故障信息之后可通過顯示器等反饋并給出相應的處理意見。智能系統是礦山生產未來主要的發展方向，將其應用到液壓機診斷中不僅可以節省很多人工成本，更讓診斷效率得到了明顯提升[8]。

5 結語

通過對D11T 履帶推土機液壓、傳動系統研究，可以更加系統的了解設備的工作原理，分析判斷故障原因提出故障解決方法，并針對系統故障提出預防措施。通過預防措施的實踐，現黑岱溝露天礦D11T 液壓與傳動系統故障率大幅降低，突發性故障顯著減少，進一步降低了生產成本，降低了勞動強度，提高了設備出動率，為礦內完成各項工作任務提供了保障。