Słabe zamykanie łyżki w koparce Komatsu PC 35: przyczyny i rozwiązania

Koparki Komatsu, w tym modele takie jak PC35, PC180 czy PC200-6, są złożonymi maszynami, w których precyzja działania układu hydraulicznego jest kluczowa. Problem słabego zamykania łyżki, szczególnie po rozgrzaniu maszyny, jest częstą usterką, która może mieć wiele przyczyn. Poniżej przedstawiamy szczegółową analizę potencjalnych problemów i metod ich diagnozowania oraz rozwiązywania.

Zasada działania układu hydraulicznego Komatsu PC200-6

Koparka hydrauliczna Komatsu PC200-6 wykorzystuje dwupompowy, zmienny układ hydrauliczny z dwoma obwodami. Jedna pompa dostarcza olej do lewego skoku, wysięgnika i łyżki, a druga pompa zasila prawy skok, obrót i ramię. Zespół pompy głównej składa się z pompy głównej, zaworu PC i zaworu LS. Dwie pompy łączą się przez kolektor i wchodzą do głównego zaworu sterującego, umożliwiając połączenie niektórych urządzeń roboczych.

System wykrywania obciążenia CLS9

W układzie hydraulicznym koparki PC200-6 zastosowano zamknięty system wykrywania obciążenia CLS9 (Closed-center Load Sensing). Zawór LS (Load Sensing) jest odpowiedzialny za wykrywanie obciążenia i sterowanie przepływem. Jego działanie opiera się na ciśnieniu pompy głównej (p) i ciśnieniu wyjściowym zaworu roboczego (p_is), które jest określane przez stopień otwarcia tego zaworu. Różnica ciśnień (△ p_is = p_r - p_is) steruje wydatkiem pompy głównej i jest nazywana różnicą ciśnień zaworu LS.

Sterowanie przepływem pompy głównej

Gdy różnica ciśnień △ p_is na zaworze LS jest niższa od ciśnienia nastawionego na zaworze LS (standardowo 2,2 MPa), kąt wychylenia mechanizmu zmiennej pompy głównej zmienia się, zwiększając przepływ. Natomiast, gdy różnica ciśnień △ p_is jest większa niż ciśnienie nastawione, kąt wychylenia mechanizmu zmiennego pompy głównej zmniejsza się. Wielkość △ p_i zależy od skoku rdzenia zaworu roboczego.

Proces pracy pompy głównej:

1. Położenie neutralne: Gdy główny zawór roboczy jest w położeniu neutralnym, końcówka A zaworu LS działa na ciśnienie pompy głównej, a końcówka B na ciśnienie wylotowe zaworu roboczego. W tym stanie ciśnienie jest równe ciśnieniu rury spustowej. Różnica ciśnień na zaworze LS zwiększa się, zawór LS przesuwa się w prawo, a duża wnęka serwotłoka łączy się z kanałem olejowym pompy głównej. Kąt wychylenia mechanizmu zmiennego przesuwa się w kierunku minimalnego przepływu pompy głównej.
2. Zwiększenie otwarcia zaworu roboczego: Gdy powierzchnia otwarcia głównego zaworu roboczego wzrasta, różnica ciśnień na zaworze LS zmniejsza się. Ciśnienie w rurze spustowej LS i siła sprężyny powodują przesunięcie suwaka LS w lewo, łącząc dużą wnękę serwotłoka ze spustem i powrotem oleju. Ze względu na różnicę w powierzchni serwotłoka, jest on przesuwany w prawo, co powoduje zwiększenie kąta wychylenia mechanizmu zmiennego i wzrost przepływu.
3. Zmniejszenie otwarcia zaworu roboczego: Wraz ze zmniejszaniem się obszaru otwarcia głównego zaworu roboczego, ciśnienie tłoka maleje, p_ms wzrasta, a zawór LS przesuwa się w prawo. Gdy △ p_i wzrośnie do 2,2 MPa, zawór suwakowy LS znajduje się w położeniu środkowym. Ciśnienie w dużej wnęce serwotłoka dławi połowę ciśnienia pompy głównej, a serwotłok zatrzymuje się w tym położeniu, utrzymując kąt wychylenia mechanizmu zmiennego bez zmian. W tym momencie stosunek ciśnień na obu końcach serwotłoka wynosi Pr: Pex = 2:1, gdzie Pr to ciśnienie pompy głównej, a Px to duże ciśnienie końcowe w serwotłoku.
4. Dalszy wzrost △ p_s: Gdy △ p_s dalej rośnie i jest większe niż 2,2 MPa, siła połączona ciśnienia w rurze spustowej i sprężyny jest mniejsza niż ciśnienie pompy głównej. Zawór LS przesuwa się w prawo, zwiększając ciśnienie wejściowe siłownika wnęki tłoka i popychając serwotłok w prawo, co powoduje zmniejszenie przepływu.

Diagnostyka i rozwiązywanie problemów ze słabym zamykaniem łyżki

Ogólnie rzecz biorąc, lepkość oleju hydraulicznego spada do około jednej szóstej za każdym razem, gdy jego temperatura wzrasta o 10°C. Spadek lepkości powoduje wzrost wewnętrznego przecieku w układzie hydraulicznym. Jeśli koparka działa normalnie, gdy jest zimna, a jej wydajność spada po rozgrzaniu, prawdopodobną przyczyną jest zwiększony przeciek wewnętrzny spowodowany zużyciem niektórych części lub zatkaniem rdzenia zaworu, co prowadzi do spadku ciśnienia w układzie.

Kroki diagnostyczne:

1. Pomiar ciśnień pompy głównej i sterującego

   Montaż manometrów na pompie głównej i punktach pomiaru ciśnienia sterującego. Gdy maszyna jest zimna: ciśnienie pompy głównej wynosi 33 MPa, ciśnienie sterujące 4 MPa (norma). Gdy temperatura wzrasta do około 70°C: ciśnienie główne spada do 23 MPa, ciśnienie sterujące pozostaje na poziomie 4 MPa.

   Wniosek: Ciśnienie sterujące jest normalne, ale ciśnienie główne pompy jest nieprawidłowe. Może to wskazywać na problem z zaworem redukcyjnym, którego stożkowy rdzeń jest zużyty, co powoduje nieszczelność i niskie ciśnienie wyjściowe po rozgrzaniu. To z kolei prowadzi do niewystarczającego otwarcia głównego zaworu sterującego i zbyt małego przepływu do urządzenia roboczego.

2. Sprawdzenie głównego zaworu nadmiarowego

   Demontaż i sprawdzenie głównego zaworu nadmiarowego, cewki zaworu odciążającego i gniazda zaworu. Ich zużycie lub naprężenie może powodować poważny wyciek z układu hydraulicznego, uniemożliwiając wytworzenie wymaganego ciśnienia po rozgrzaniu maszyny. W opisanym przypadku nie stwierdzono wyraźnego zużycia.

3. Ocena pompy hydraulicznej

   Duże zużycie lub odkształcenie szczeliny między korpusem cylindra pompy hydraulicznej a płytą rozprowadzającą olej lub korpusem cylindra a tłokiem może uniemożliwić utworzenie filmu olejowego. Skutkuje to niską sprawnością objętościową pompy, niskim ciśnieniem wyjściowym po rozgrzaniu i osłabieniem działania całej maszyny. Warto zauważyć, że w przypadku remontu pompy, wymiana kluczowych elementów powinna wyeliminować tę przyczynę.

4. Sprawdzenie osiadania siłownika hydraulicznego

   Jeśli po rozgrzaniu maszyny osiadanie siłownika hydraulicznego urządzenia roboczego mieści się w normalnym zakresie, wskazuje to na prawidłowe działanie głównego zaworu sterującego.

5. Szczegółowy pomiar ciśnień w układzie LS

   Montaż manometrów w punkcie pomiaru ciśnienia na wylocie oleju hydraulicznej pompy głównej (pp), w dużej wnęce serwotłoka (pex) oraz w kanale olejowym LS (p_u).

   • W stanie zimnym: Podczas przepełniania drążka ciśnienie w układzie i prędkość są normalne. Ciśnienie pp jest prawie dwukrotnie większe niż pex. Ciśnienie p_u i pp są prawie takie same, co świadczy o normalnym sterowaniu przepływem pompy (zawory LS, PC i PC-EPC działają prawidłowo).
   • Wraz ze wzrostem temperatury: Różnica ciśnień między pp i pex stopniowo maleje, a różnica ciśnień między pp i p_is stopniowo rośnie. Gdy temperatura oleju hydraulicznego osiąga około 70°C, ciśnienie pp spada do 23 MPa. Różnica ciśnień między pp i pex jest prawie zerowa, a różnica ciśnień między pp i p_is jest większa. Wskazuje to na zbyt wysokie ciśnienie pex w dużej wnęce serwotłoka i niskie ciśnienie w rurze spustowej LS (p_is).

   Wniosek: Gdy drążek przepełnia, ciśnienie w dużej wnęce serwotłoka staje się takie samo jak ciśnienie pompy głównej. Różnica ciśnień △ p_is pomiędzy ciśnieniem wyjściowym pompy głównej (pp) działającym na lewy koniec zaworu LS a ciśnieniem tłoczyska działającym na prawy koniec zaworu LS jest większa niż 2,2 MPa. To powoduje przesunięcie zaworu LS w prawo, łącząc ścieżkę olejową dużej wnęki serwotłoka ze ścieżką olejową wyjściową pompy głównej. W rezultacie ciśnienie w dużej wnęce serwotłoka staje się równe ciśnieniu pompy głównej, a kąt tarczy krzywkowej przesuwa się do minimum, minimalizując przepływ pompy głównej. To tłumaczy powolną pracę maszyny po rozgrzaniu. Niskie ciśnienie w rurze spustowej LS (p_is) jest główną przyczyną spadku ciśnienia głównego systemu i osłabienia pracy.

Identyfikacja i usunięcie głównej przyczyny

Analiza wykazała, że główną przyczyną jest niskie ciśnienie w rurze spustowej LS (p_is) po rozgrzaniu maszyny. Spowodowane jest to wewnętrznym przeciekiem w rurociągu LS. Po sprawdzeniu zaworu obejściowego LS, zaworu trójdrogowego LS i zaworu odciążającego nie stwierdzono usterek. Jednak demontaż i analiza głównego zaworu sterującego wykazały poważne wycieki powietrza w obwodzie oleju LS między zaworem odciążającym a kanałem powrotnym oleju.

Ponowna inspekcja zaworu odciążającego wykazała, że szczelina między końcem wejściowym zaworu odciążającego LS a kanałem powrotnym oleju była zbyt duża z powodu długotrwałego zużycia. To powodowało wyciek oleju LS do kanału powrotnego oleju. Wraz ze wzrostem temperatury, lepkość oleju hydraulicznego spadała, a ilość wyciekającego oleju LS stopniowo wzrastała, co prowadziło do spadku ciśnienia w rurze spustowej LS.

Rozwiązanie: Po wymianie zaworu odciążającego usterka została natychmiast usunięta.

Specyficzne problemy z zamykaniem łyżki i ramienia

W przypadku problemów, gdzie łyżka nie reaguje na podciągnięcie dźwigni (do góry), ale reaguje na opuszczanie, lub zamykanie łyżki nie działa, a ruchy powracają do normy dopiero po poruszeniu tylnym ramieniem lub dotknięciu dźwigni opuszczającej/podnoszącej stopę, należy podejść do diagnozy w specyficzny sposób.

Objawy i potencjalne przyczyny:

• Łyżka opada i otwiera się grawitacyjnie: Oznacza to brak przepływu oleju i ciśnienia w odpowiednich sekcjach. Sugeruje to problem z przepływem, a niekoniecznie z ciśnieniem generowanym przez pompę, jeśli inne funkcje działają poprawnie.
• Poprawne ciśnienie sterujące na niskich i wysokich obrotach: Jeśli ciśnienie sterujące (np. 28-35 atmosfer) jest w normie, to pompa główna prawdopodobnie nie jest przyczyną, zwłaszcza jeśli problem dotyczy tylko jednej lub wybranych funkcji.
• Brak ciśnienia LS z rozdzielacza na pompę podczas pracy problematycznymi siłownikami (Komatsu PC 180 LC 7K): Problem z brakiem ciśnienia LS, które pojawia się dopiero po rozgrzaniu maszyny, lub podczas jazdy i obrotu, a nie podczas pracy siłowników. Wskazuje to na problem z rozdzielaczem.

Wiesław, jeśli problem występuje na jednej lub tylko wybranych funkcjach, a reszta działa, to NIE JEST WINA POMPY.

Szczegółowa diagnoza problemów z rozdzielaczem:

• Zawory ważące na rozdzielaczu: W systemach takich jak Liebherr, ciśnienie LS jest generowane z suwaka danego ruchu i przekazywane do pompy poprzez zawór ważący, proporcjonalnie do kąta wychylenia manetki. Jeśli zawory ważące są sprawne (uszczelnienia, tłoczki pracują lekko, sprężyny są całe), problem może leżeć gdzie indziej w rozdzielaczu.
• Punkt wspólny magistrali LS: Dziwne jest, gdy nie działają tylko siłowniki (np. zamykanie łyżki), a inne funkcje (jazda, obrót) są sprawne. Może to wskazywać na jakiś wspólny punkt magistrali LS, który jest uszkodzony lub zablokowany.

Zawór przelewowy do regulacji ciśnienia na rozdzielaczu

Element oznaczony jako "A" na załączonym obrazku, podobny w sekcjach ramienia i gąsienic, to prawdopodobnie zawór przelewowy do regulacji ciśnienia. W przypadku zauważenia odgniecenia na przylgni grzybka (na iglicy), regulacja ciśnienia może być nieskuteczna. W takiej sytuacji, dorobienie nowej iglicy (w odpowiednim zakładzie) może być rozwiązaniem, pod warunkiem, że gniazdo zaworu jest w dobrym stanie. Zwiększenie mocy na gąsienicach po podkręceniu podobnego zaworu świadczy o jego kluczowej roli w regulacji ciśnienia w danych sekcjach.

tags: #slabe #zamykanie #lyzki #komatsu #pc #35