1、故障现象

某型液压挖掘机在使用600h及1800h时，先后发生2次右侧履带无法行走、铲斗挖掘无力故障。经检查发现，这2次故障的发生均与P2泵调节器损坏有关，如图1所示。

该挖掘机主泵由2台变量柱塞泵(P1、P2泵)组成，其中P2泵调节器发生故障后，造成该泵流量调节失效，2次维修都更换了新的调节器总成，之后挖掘机工作恢复正常。

拆解损坏的调节器后发现，均为负反馈先导活塞断裂，断裂情况如图1c所示。先导活塞断裂后，P2泵的流量无法调节，导致挖掘机出现上述故障。分析认为，其他挖掘机很少出现调节器先导活塞断裂故障，如果找不到先导活塞断裂的原因，仅仅更换新调节器，以后此类故障还会出现。

2、控制原理

(1)负反馈控制油路

为了查找故障原因，应先分析调节器控制原理。该型号挖掘机主泵控制采用负流量控制系统，该种控制系统在各类挖掘机中应用广泛，其工作原理如图2所示。挖掘机不动作时，P1泵和P2泵输出的压力油经主阀的中位油道(3、4)分别通过2个节流阀5进入回油管6，然后回到液压油箱7。在流经溢流阀8时产生负反馈压力，该压力经过ps1管路及ps2管路分别控制P1泵及P2泵的负流量控制口，将P1泵和P2泵的斜盘摆角降至最小，使其输出流量降低，在挖掘机没有动作时达到节能的效果。

(2)主泵调节器控制原理

以P2泵的主泵调节器为例，其结构如图3所示。当挖掘机无动作时，主阀中位油道回油经过溢流阀产生的负反馈压力，该压力进入调节器的负反馈油口处，并作用于先导活塞上，使先导活塞向右压缩弹簧，并推动驱动连杆II，使其带动伺服阀杆向右移动。当伺服阀杆移动时，P2泵输出的压力油经内部油道进入伺服缸的大孔径截面，推动伺服缸向右移动，使P2泵斜盘角度减小，以降低主泵流量和发动机负载。

当挖掘机处于工作状态时，主阀中位油道回油切断，节流阀前的先导油压降至零，先导活塞在弹簧的作用下向左移动，带动伺服阀杆也向左移动，主泵输出压力油进入伺服缸小腔，推动伺服缸向左移动，使P2泵的斜盘角度增大，以加大P2泵排量、满足挖掘机挖掘作业要求。

3、原因分析

我们拆解了故障调节器后发现，先导活塞断裂的部位恰好是先导活塞与驱动连杆II连接的位置，是整个先导活塞最为薄弱的区域，其断裂的原因可能是其材质有问题，也可能是油压过高。

该型号主泵配装过大量的挖掘机，且已使用了很长时间，之前并没有出现过类似的故障，由此排除先导活塞设计存在缺陷，以及材料存在问题导致发生其断裂的可能，需要从先导控制油路上分析故障原因。

通过上述负反馈控制油路及主泵调节器负反馈控制原理的分析可以看到，P2泵调节器先导活塞压力来自主控阀ps2负反馈油路。因主油道设置了保护溢流阀(图2中的序号8)，其溢流压力设定为3.8MPa,故负反馈压力一般不会超过此压力值。假设主溢流阀发生故障后，高压油路会进入负反馈油道，可造成压力异常升高，导致先导活塞断裂。

4、试验验证

(1)负反馈压力测试

为了证明以上假设是否正确，我们进行了试验验证。我们在故障挖掘机的P2泵出口及ps2负反馈油路加装测压接头，分别测试挖掘机在做动臂、铲斗等动作时的压力，动臂下降时P2泵及负反馈压力测试数据如图4所示，铲斗向上扬起时P2泵及负反馈压力测试数据如图5所示。

根据上述压力测试结果的曲线可以看出，挖掘机动作停止时，ps2负反馈压力出现了瞬间压高，最高达到了15MPa，是正常压力的4倍左右。

(2)先导活塞耐久性测试

为了验证15MPa负反馈瞬时压力是否会造成调节器先导活塞损坏，我们在主泵供应厂家的协助下，进行了调节器台架试验，以测试其耐久性。

试验时在ps2负反馈油路施加15~20MPa的压力，频率约为4Hz，负反馈压力波形如图6所示。在该条件下，先导活塞在70000次左右的时候发生了断裂，其断裂部位与故障挖掘机调节器先导活塞断裂部位一致，从而证实了P2泵负反馈压力异常升高，造成调节器先导活塞发生断裂。

5、解决方案

负反馈压力异常升高的原因是溢流阀没有起到溢流作用，其原因是溢流阀内部卡滞。更换新的溢流阀后再次测试负反馈压力，均在0~3MPa正常范围内。维修后挖掘机已使用4000h，再未发生P2泵调节器先导活塞断裂故障。

主泵调节器卡滞，会造成挖掘机动作异常，一般都会认为是由于液压系统污染或调节器本身磨损造成的，更换新调节器并更换液压油即可。在对该机进行第一次维修时，由于没有对故障进行深入分析，导致该故障再次发生。当其再次发生后，我们给予了充分的重视，进行了认真的分析和试验，才将故障的真正原因找出。