压力传感器（Pressure Transducer）能感受压力信号，并能按照一定比值规律将压力信号转换成电信号并输出的器件或装置。本文在分析挖掘机液压系统压力传感器常见故障的基础上，针对案例进行排查。
1 工作原理和基本参数
1.1 工作原理
挖掘机液压系统一般使用硅压阻式压力传感器。压力传感器内的电阻应变片感应到主泵压力后产生机械形变，引起传感器电阻值发生变化。电子线路检测到这一变化后，转换并向控制器输出对应这一压力的标准测量电信号。控制器将该电信号转化为压力值在显示器上显示，最终实现对主泵压力信号的检测、传输、显示，以便实时监控和诊断故障。
1.2 基本参数
我公司挖掘机液压系统压力传感器的主要参数：检测量程为 0 ～ 40MPa，对应输出电流为 4 ～ 20mA。其中在油压为 0MPa 时，压力传感器对应输出电流为 4mA；在油压为 40MPa时，压力传感器对应输出电流为 20mA。压力变化对应输出为线性，精度要求为满量程的±0.25%；最大允许误差为 ±1%FS。压力传感器量程与输出信号线性曲线如图 1 所示。
2 常见故障分析
2.1 压力显示异常
在挖掘机单纯上电的情况下，排除温度变化对压力传感器精度的影响，只考虑压力传感器非线性、迟滞和重复性的误差影响，取其精度为 0.25%FS（满量程）。
挖掘机上电后，显示器显示液压系统有大于 0.1MPa 的压力，属于故障。发动机熄火瞬间，主泵内部残余压力不能及时释放，会造成显示器在短时间内有压力显示。但是在 30s 后，压力值应为 0MPa。精度按满量程的 0.25% 计算，测量压力为 0MPa 时的电流值为 4.04mA 可满足精度要求，显示器显示 0.1MPa 压力值亦属于正常情况。但是当显示器显示值大于 0.1MPa时，测量的电流值大于 4.04mA，则超出了压力传感器精度控制范围，此时可判定压力传感器内部电阻应变片出现故障，应更换压力传感器。
2.2 前后泵压差过大
新组装的挖掘机空载运转过程中，显示器显示其前、后泵压差大于 0.8MPa，属于故障。这是因为新组装挖掘机的主泵均经过生产厂家校准，空载运转过程中主泵自身实际压差很小，可忽略不计。考虑温度等综合因素对压力传感器测量的影响，取最大允许误差范围为满量程的 ±1%，按误差计算前、后泵显示极限压差值为 0.8MPa。若挖掘机空载运转时前、后泵压差大于 0.8MPa，就超出最大误差范围，此时可判断压力传感器损坏，应予以更换。
2.3 压力传感器密封处漏油
压力传感器与过渡接头连接处漏油的主要原因为密封圈压缩量不足、密封圈过大或损坏，会造成密封圈因失效而漏油。压力传感器密封沟槽设计不合理或密封圈选用不合理，会造成其压缩量不足或过大。其中密封圈压缩量不足，会引起密封失效泄漏；压缩量过大，将使压缩应力增大、摩擦阻力增大，会造成密封圈扭曲变形和加快磨损。与压力传感器密封圈配合的金属表面粗糙度不符合要求，会造成密封圈与接触表面产生研磨和黏着，导致密封圈过早失效。与密封圈配合表面垂直度偏差严重，可造成密封圈压缩量不足，导致密封失效漏油；压力传感器密封圈安装不到位或紧固力矩过大，可造成密封圈切伤或划伤，导致密封失效漏油。
3 故障案例
近期我公司新组装挖掘机在调试过程中，频繁出现显示器显示异常及压力传感器漏油故障，现结合故障案例进行排查。
3.1 前泵显示压力异常
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机上电后，其显示器显示前泵有 0.6MPa 的压力值，且过了 0.5h 其压力值仍无变化，而后泵压力值显示正常。
针对该故障，我们测量了前泵压力传感器接入电流，测得电流值为 4.26mA（理论零点电流为 4mA），这说明前液压泵的压力传感器有故障。但是在拆卸该压力传感器的过程中，发现其紧固力矩过大（实测为 70N•m，工艺要求为 30N•m），随怀疑因紧固力矩过大造成压力传感器内部电阻应变片发生不可恢复变形，导致显示器显示异常。更换新的压力传感器并按规定力矩紧固后试机，故障现象消失。
3.2 前后泵压差过大
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机上电后，在空载 P 模式（重载作业模式）10 挡运转过程中，显示器显示前泵压力为 3.5MPa，后泵压力为 4.4 MPa，压差为 0.9 MPa；将油门旋钮在各挡位之间调换，显示器显示的前、后泵压差维持在 0.9 MPa，存在压差过大故障。分别在空运转、动臂提升、动臂提升溢流过程中，测量前、后泵压力传感器接入电流，发现前、后泵电流差值为 0.36mA 和 0.4mA，据此换算出压力值为 0.9MPa 和 1MPa。结合标准压力值对比，发现后泵的压力值不符合标准。拆卸后泵压力传感器过程中，发现其紧固力矩过大（实测为 75N• m，工艺要求为30N• m），随怀疑因紧固力矩过大造成压力传感器内部电阻应变片发生不可恢复变形，导致显示器显示异常。更换新的压力传感器并按规定力矩紧固后，故障现象消失。
3.3 压力传感器连接处漏油
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机，其前泵压力传感器与过渡接头连接处发生漏油故障。结合上述 2 个故障案例，仍怀疑其紧固力矩过大，造成密封圈损坏，导致漏油。但是检测该压力传感器紧固力矩为 30N•m，符合工艺要求。在拆卸该压力传感器过程中，发现其安装位置有轻微倾斜，使用塞尺检查倾斜缝隙即过渡接头垂直度偏差为0.57mm，检测其表面粗糙度为 Ra 6.4。压力传感器为精密部件，按照相关液压接头制作行业标准（一般为 O 形密封圈），与其配合的过渡接头的垂直度应控制在 0.1mm 以内，与其连接的过渡接头的表面粗糙度应为 Ra 3.2，该检测结果显然超差严重。更换不合格过渡接头后试机，漏油故障排除。过渡接头垂直度超差如图 2 所示。
4 改进措施
结合上述 3 个故障案例，为彻底解决挖掘机组装过程中出现压力传感器故障，我们决定采取以下 2 项改进措施：一是严格控制拧紧力矩。严格按照工艺文件的规定力矩紧固压力传感器，防止压力传感器因受过大外力而损坏。二是严格控制过渡接头加工精度。该型号压力传感器所用密封垫为矩形密封圈，此种密封圈的压缩量较小，对与之配合的过渡接头的表面粗糙度及垂直度要求较高，为确保密封的有效性，工艺文件规定过渡接头的表面粗糙度为 R a 3.2，垂直度为 0.05mm以内，该加工精度要严格控制。执行以上改进措施后的挖掘机，压力传感器再未出现类似故障。
作者：丁蒲刚 张杰 李建强
来源：《工程机械与维修》2018年第4期
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修机｜挖掘机液压系统压力传感器故障分析及案例
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压力传感器（Pressure Transducer）能感受压力信号，并能按照一定比值规律将压力信号转换成电信号并输出的器件或装置。本文在分析挖掘机液压系统压力传感器常见故障的基础上，针对案例进行排查。
1 工作原理和基本参数
1.1 工作原理
挖掘机液压系统一般使用硅压阻式压力传感器。压力传感器内的电阻应变片感应到主泵压力后产生机械形变，引起传感器电阻值发生变化。电子线路检测到这一变化后，转换并向控制器输出对应这一压力的标准测量电信号。控制器将该电信号转化为压力值在显示器上显示，最终实现对主泵压力信号的检测、传输、显示，以便实时监控和诊断故障。
1.2 基本参数
我公司挖掘机液压系统压力传感器的主要参数：检测量程为 0 ～ 40MPa，对应输出电流为 4 ～ 20mA。其中在油压为 0MPa 时，压力传感器对应输出电流为 4mA；在油压为 40MPa时，压力传感器对应输出电流为 20mA。压力变化对应输出为线性，精度要求为满量程的±0.25%；最大允许误差为 ±1%FS。压力传感器量程与输出信号线性曲线如图 1 所示。
2 常见故障分析
2.1 压力显示异常
在挖掘机单纯上电的情况下，排除温度变化对压力传感器精度的影响，只考虑压力传感器非线性、迟滞和重复性的误差影响，取其精度为 0.25%FS（满量程）。
挖掘机上电后，显示器显示液压系统有大于 0.1MPa 的压力，属于故障。发动机熄火瞬间，主泵内部残余压力不能及时释放，会造成显示器在短时间内有压力显示。但是在 30s 后，压力值应为 0MPa。精度按满量程的 0.25% 计算，测量压力为 0MPa 时的电流值为 4.04mA 可满足精度要求，显示器显示 0.1MPa 压力值亦属于正常情况。但是当显示器显示值大于 0.1MPa时，测量的电流值大于 4.04mA，则超出了压力传感器精度控制范围，此时可判定压力传感器内部电阻应变片出现故障，应更换压力传感器。
2.2 前后泵压差过大
新组装的挖掘机空载运转过程中，显示器显示其前、后泵压差大于 0.8MPa，属于故障。这是因为新组装挖掘机的主泵均经过生产厂家校准，空载运转过程中主泵自身实际压差很小，可忽略不计。考虑温度等综合因素对压力传感器测量的影响，取最大允许误差范围为满量程的 ±1%，按误差计算前、后泵显示极限压差值为 0.8MPa。若挖掘机空载运转时前、后泵压差大于 0.8MPa，就超出最大误差范围，此时可判断压力传感器损坏，应予以更换。
2.3 压力传感器密封处漏油
压力传感器与过渡接头连接处漏油的主要原因为密封圈压缩量不足、密封圈过大或损坏，会造成密封圈因失效而漏油。压力传感器密封沟槽设计不合理或密封圈选用不合理，会造成其压缩量不足或过大。其中密封圈压缩量不足，会引起密封失效泄漏；压缩量过大，将使压缩应力增大、摩擦阻力增大，会造成密封圈扭曲变形和加快磨损。与压力传感器密封圈配合的金属表面粗糙度不符合要求，会造成密封圈与接触表面产生研磨和黏着，导致密封圈过早失效。与密封圈配合表面垂直度偏差严重，可造成密封圈压缩量不足，导致密封失效漏油；压力传感器密封圈安装不到位或紧固力矩过大，可造成密封圈切伤或划伤，导致密封失效漏油。
3 故障案例
近期我公司新组装挖掘机在调试过程中，频繁出现显示器显示异常及压力传感器漏油故障，现结合故障案例进行排查。
3.1 前泵显示压力异常
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机上电后，其显示器显示前泵有 0.6MPa 的压力值，且过了 0.5h 其压力值仍无变化，而后泵压力值显示正常。
针对该故障，我们测量了前泵压力传感器接入电流，测得电流值为 4.26mA（理论零点电流为 4mA），这说明前液压泵的压力传感器有故障。但是在拆卸该压力传感器的过程中，发现其紧固力矩过大（实测为 70N•m，工艺要求为 30N•m），随怀疑因紧固力矩过大造成压力传感器内部电阻应变片发生不可恢复变形，导致显示器显示异常。更换新的压力传感器并按规定力矩紧固后试机，故障现象消失。
3.2 前后泵压差过大
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机上电后，在空载 P 模式（重载作业模式）10 挡运转过程中，显示器显示前泵压力为 3.5MPa，后泵压力为 4.4 MPa，压差为 0.9 MPa；将油门旋钮在各挡位之间调换，显示器显示的前、后泵压差维持在 0.9 MPa，存在压差过大故障。分别在空运转、动臂提升、动臂提升溢流过程中，测量前、后泵压力传感器接入电流，发现前、后泵电流差值为 0.36mA 和 0.4mA，据此换算出压力值为 0.9MPa 和 1MPa。结合标准压力值对比，发现后泵的压力值不符合标准。拆卸后泵压力传感器过程中，发现其紧固力矩过大（实测为 75N• m，工艺要求为30N• m），随怀疑因紧固力矩过大造成压力传感器内部电阻应变片发生不可恢复变形，导致显示器显示异常。更换新的压力传感器并按规定力矩紧固后，故障现象消失。
3.3 压力传感器连接处漏油
1 台新组装正在调试的 20t 级挖掘机，其前泵压力传感器与过渡接头连接处发生漏油故障。结合上述 2 个故障案例，仍怀疑其紧固力矩过大，造成密封圈损坏，导致漏油。但是检测该压力传感器紧固力矩为 30N•m，符合工艺要求。在拆卸该压力传感器过程中，发现其安装位置有轻微倾斜，使用塞尺检查倾斜缝隙即过渡接头垂直度偏差为0.57mm，检测其表面粗糙度为 Ra 6.4。压力传感器为精密部件，按照相关液压接头制作行业标准（一般为 O 形密封圈），与其配合的过渡接头的垂直度应控制在 0.1mm 以内，与其连接的过渡接头的表面粗糙度应为 Ra 3.2，该检测结果显然超差严重。更换不合格过渡接头后试机，漏油故障排除。过渡接头垂直度超差如图 2 所示。
4 改进措施
结合上述 3 个故障案例，为彻底解决挖掘机组装过程中出现压力传感器故障，我们决定采取以下 2 项改进措施：一是严格控制拧紧力矩。严格按照工艺文件的规定力矩紧固压力传感器，防止压力传感器因受过大外力而损坏。二是严格控制过渡接头加工精度。该型号压力传感器所用密封垫为矩形密封圈，此种密封圈的压缩量较小，对与之配合的过渡接头的表面粗糙度及垂直度要求较高，为确保密封的有效性，工艺文件规定过渡接头的表面粗糙度为 R a 3.2，垂直度为 0.05mm以内，该加工精度要严格控制。执行以上改进措施后的挖掘机，压力传感器再未出现类似故障。
作者：丁蒲刚 张杰 李建强
来源：《工程机械与维修》2018年第4期
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