1.存在的问题
1台QY20B汽车起重机在工作过程中出现了如下故障：(1)在回转作业启动时，3联齿轮泵中的第3联齿轮泵出现4次突然断轴现象，其余2泵工作良好；(2)当更换了新的3联齿轮泵(或焊接修复)后，起重机再次起动，回转机构回转失灵，其他机构工作正常。本文根据起重机液压系统原理图，对QY20B汽车起重机上3联齿轮泵中第3联泵的液压回路进行分析，找出故障产生的原因，解决齿轮泵断轴和回转失灵的问题。
2.起重机液压系统工作原理
如图1所示，QY20B汽车起重机的液压系统由1台3联齿轮泵供油，第1联泵1供给伸缩液压缸17、变幅液压缸18或与第2联泵2合流后供给卷扬马达19；第2联泵2给卷扬马达供油；第3联泵3供给下车支腿液压缸或上车的回转马达及卷扬离合液压缸、卷扬制动器液压缸。
第3联泵通过支腿操纵阀4向支腿或回转马达16供油，当定位式操纵阀5置于上位，分配阀7和出油阀8处于中位时，泵排出的液压油依次通过上述各阀回到油箱，第3联泵处于低压泄荷状态。当扳动支腿操纵阀4中的分配阀7时，压力油进入支腿水平液压缸，使4个支腿同时伸出或缩回。当分配阀7处于中位并扳动出油阀8时，压力油经过转阀9分别进入4个支腿垂直液压缸，实现支腿的垂直升降动作。支腿安放完毕后，将支腿操纵阀4的定位操纵阀5置于下位，此时第3联泵排出的油液经导控顺序阀14、多路阀15中的第1联向回转马达16供油，同时通过滤油器13和组合阀12向卷扬机构离合器和制动器系统供油。
第3联泵排出的液压油，经过滤油器13和组合阀12减压后给蓄能器11充液并供给垂直下降操纵阀10。组合阀12中的溢流阀对蓄能器11进行安全保护，蓄能器11中的油压引至导控顺序阀14的顶杆上腔。当蓄能器11中的压力较高，顶杆与顺序阀14进口压力之合大于导控顺序阀14的设定压力时，导控顺序阀14打开，第3联泵通过多路阀15给回转马达16供油。当蓄能器11的压力低于导控顺序阀14的设定压力且导控顺序阀14进口压力低于其设定压力时，导控顺序阀14关闭，第3联泵与回转马达油路切开，给蓄能器11及其后油路供油。
3.齿轮泵断轴分析
3.1第3联泵断轴原因的判断
更换备用泵后，通过试车可知，第3联泵所在的支腿系统工作正常，但回转系统不动作，表明泵突然断轴发生在回转液压系统中。打开滤油器13，发现其密封已破损，其滤芯为烧结金属，有堵塞迹象，表明油液污染已造成滤油器堵塞。
在正常工况下，第3联泵输出的油液先经导控顺序阀14，再经多路阀15到回转马达16。如果导控顺序阀正常开启，即使回转马达16负载很大，由于多路阀15进口处设有安全阀，第3联泵3也会得到保护。
因此导控顺序阀14未开启或开启过慢，造成第3联泵出口发生 断路 。由图1可知，第3联泵出口至导控顺序阀14之间没有设置安全阀，因此导控顺序阀14未开启或未即时开启，使得泵出口和导控顺序阀14之间的油路变成闭死腔，泵出口压力急剧上升，使第3联泵形成大负载，造成泵轴断裂。
3.2泵轴应力计算
应用材料力学和齿轮泵受力公式，对齿轮泵的泵轴进行受力计算与分析。
齿轮泵实际输入功率
(1)
齿轮泵实际输出功率
P=q△p (2)
总效率
(3)
齿轮泵的理论排量
(4)
圆截面轴扭转切应力
(5)
由式(5)可推导出该轴的许用输入转矩
(6)
将式(4)带入式(3)可推导出泵的进出口压力差
(7)
式中 T 输入转矩
输入角速度
n 转速
q 实际流量
△p 泵的进出口压差
d 轴的直径，d=0．015m
t 轴的许用扭转切应力，t=150MPa
由式(6)可计算出许用输入转矩T=99．35Nm。第3联泵的排量V=32ml／r，取总效率 =0．9，带人式(7)可得泵的允许进出口压力差△p=20．55MPa。只要泵的进出口压力差大于20．55MPa，则该泵轴就可能发生断裂。
3.3导控顺序阀无法开启的原因
图2为回转液压系统图(图中序号标注见图1)。导控顺序阀14为内控和外控联合控制型，泵出口压力油通过滤油器13进入主阀心下腔，再通过主阀阻尼孔进入主阀心上腔、先导锥阀前腔和顶杆右侧，蓄能器11的压力油通过导阀阻尼孔进入顶杆左侧，在顶杆推力和液压泵出口油压的联合作用下开启先导锥阀，先导锥阀打开后，在主阀阻尼孔两端压力的作用下主阀心开启，导控顺序阀打开。
由于滤油器13堵塞或蓄能器1l压力过低，都将使得导控顺序阀14无法打开，短时间内就将使第3联泵出口压力骤增，迅速超过20．55MPa，这是断轴的根本原因。
4.避免液压泵断轴的措施
4.1液压泵出口增设安全阀
在图1中，回转马达回路中的溢流阀只有当液压泵与多路阀、回转马达油路接通后，对液压泵、回转马达起过载保护作用，支腿操纵阀4中的溢流阀6也只当液压泵与支腿油路接通后，对液压泵及其油路起到保护作用，该系统在液压泵出口处没有设置安全阀。
当导控顺序阀无法开启或不能迅速开启时，液压泵出口将形成闭死容腔，都将导致泵出口压力急剧增大、产生断轴事故。如果在第3联泵的出口设置1个溢流阀，对泵进行安全保护，即使回路出现故障也可以通过溢流阀保护液压泵，防止液压泵由于压力过高而断轴。
该系统中，只需将支腿操纵阀4中的溢流阀6改到定位式操纵阀5的前面，使该溢流阀真正成为第3联泵的安全阀，见图3。
4.2油液污染监测与控制
汽车起重机回转系统中液压泵的断轴故障是由于油液污染导致滤油器堵塞，引起导控顺序阀无法正常开启而造成的。该汽车起重机已经连续使用10年并从未彻底更换过液压油，也未对滤油器进行过清洗，液压油已经严重老化，污染物大量存在于系统回路中。
拆下导控顺序阀和管路滤油器，对阻尼孔和滤芯进行细致清洗后，连接好管路，重新发动起重机，起重机的各个机构工作正常，目前该起重机已连续使用数月，没再发生液压泵断轴和回转失灵的故障。
选择带有旁通油路的滤油器或带发讯器的滤油器，并定期清洁油液、即时更换滤芯，是降低设备故障率的有效措施。
5.结论
(1)液压泵出口未设置安全阀、顺序阀未开启或未即时开启，导致液压泵出口形成 断路 ，使得液压泵出口压力骤增是起重机回转系统中齿轮泵断轴及回转机构回转失灵的直接原因；
(2)油液的污染导致了滤油器堵塞或供油不畅，导致了顺序阀未开启或未即时开启。选择带有旁通油路的滤油器或带发讯器的滤油器，并定期清洁油液、对油液污染状态进行监测和控制是降低设备故障率的有效措施；
(3)液压泵的出口处一定要设置溢流阀，限制液压泵出口的最高压力，对液压泵形成直接安全保护。