掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的故障分析與排除

摘要：以掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)油溫過(guò)高、噪聲過(guò)大、元件卡緊等故障為立足點(diǎn)，探討相適應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，涉及控制油溫、緩解噪聲污染、基于既有元件加以?xún)?yōu)化等多個(gè)方面，從而給掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，有利于充分發(fā)揮出該類(lèi)機(jī)械設(shè)備的作用。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī);液壓系統(tǒng);故障機(jī)理

0? ? 引言

液壓系統(tǒng)為掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，是整體裝置實(shí)現(xiàn)高效行走、連續(xù)截割的重要支持。在現(xiàn)代煤礦礦建二三期工程建設(shè)領(lǐng)域，掘進(jìn)機(jī)逐步具有大功率、高精度的特征，與之相配套的液壓系統(tǒng)綜合運(yùn)行能力需提升至全新的層次，但隨之也容易引發(fā)各類(lèi)系統(tǒng)故障。工程實(shí)踐表明，液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率呈逐步提高的變化趨勢(shì)[1]。為給生產(chǎn)作業(yè)提供可靠的硬件支持，有關(guān)技術(shù)人員必須對(duì)液壓系統(tǒng)形成全面的認(rèn)識(shí)，采取科學(xué)的故障排除方法，保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以維持掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

1? ? 工程概況

陜西延長(zhǎng)石油巴拉素煤業(yè)有限公司巴拉素礦井距榆林市西約40 km，行政區(qū)劃隸屬陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)巴拉素鎮(zhèn)管轄，采用全立井開(kāi)拓方式，目前主立井正在裝載硐室上室澆筑混凝土，副立井、一號(hào)回風(fēng)立井井筒正在進(jìn)行射孔注漿工作，二號(hào)回風(fēng)立井外壁掘砌施工已成井92 m。巴拉素礦井及選煤廠(chǎng)項(xiàng)目二期部分礦建及2102工作面巷道工程分為一標(biāo)段和二標(biāo)段，二標(biāo)段和一號(hào)風(fēng)井臨時(shí)改絞工程由中煤第三建設(shè)有限責(zé)任公司三十工程處承接，一標(biāo)段和2102工作面部分巷道工程由中煤第五建設(shè)有限公司承接。在巴拉素煤礦二期工程中，施工巷道均為巖巷，對(duì)此施工設(shè)備方面采用石家莊煤礦機(jī)械廠(chǎng)的EBZ-200H及大同中科EBZ-260H型綜掘機(jī)。為了保證工程質(zhì)量，文章針對(duì)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的典型故障制定了相應(yīng)的處理措施。

2? ? 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)概述

掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)內(nèi)部組成復(fù)雜，包含速度切換電磁閥、行走溢流閥、各類(lèi)馬達(dá)等[2]。各部分組件的功能具有差異性，其中速度切換閥具有調(diào)控速度的作用;行走溢流閥和行走馬達(dá)協(xié)同運(yùn)行，為整機(jī)設(shè)備的雙速行走提供支持;馬達(dá)制動(dòng)器可有效調(diào)控液壓系統(tǒng)的啟停狀態(tài);馬達(dá)變速缸的變化可帶來(lái)掘進(jìn)機(jī)工作速度的改變;平衡閥和中心環(huán)轉(zhuǎn)接頭的主要作用在于給液壓系統(tǒng)提供安全保障，使其可穩(wěn)定運(yùn)行。

3? ? 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的典型故障分析

掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的典型故障有以下幾種：

（1）液壓沖擊。掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)啟停過(guò)程中或換向運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部運(yùn)動(dòng)元件和油液均會(huì)在慣性的作用下發(fā)生狀態(tài)變化，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力大幅度提升，產(chǎn)生較顯著的液壓沖擊作用。此條件下相比于常壓值而言，液壓系統(tǒng)的實(shí)際壓力將達(dá)到該值的3倍甚至更多，并且伴有較明顯的噪聲污染問(wèn)題，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)部零部件發(fā)生大幅度振動(dòng)，甚至出現(xiàn)零部件受損、管路破裂等質(zhì)量問(wèn)題。

（2）油溫過(guò)高。掘進(jìn)液壓系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于得到油液的輔助和潤(rùn)滑，但此過(guò)程中易出現(xiàn)油溫異常增高的情況，隨著溫度的逐步提高，當(dāng)超過(guò)液壓系統(tǒng)散熱器所能承受的最大極限溫度時(shí)，則會(huì)破壞液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，特殊情況下甚至引發(fā)爆炸事故，威脅工作人員的生命安全和造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）噪聲過(guò)大?，F(xiàn)階段，掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的硬件配套水平依然具有滯后性，其在運(yùn)行期間伴有較明顯的噪聲污染，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的元件將發(fā)生不同程度的損傷，同時(shí)難以給工作人員營(yíng)造舒適的環(huán)境。究其原因，與液壓沖擊、氣穴、氣蝕等方面有關(guān)。

（4）元件卡緊。元件卡緊的覆蓋面較廣，例如活塞、速度切換電磁閥閥芯、潤(rùn)滑閥閥芯等零部件均容易發(fā)生卡緊現(xiàn)象，其原因在于慣性和吸附力的作用過(guò)強(qiáng)，或是液壓未維持平衡的狀態(tài)。

（5）元件爬行。元件爬行的主要特征在于液壓系統(tǒng)各階段的運(yùn)轉(zhuǎn)速度具有差異性，將嚴(yán)重影響到液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此類(lèi)故障的出現(xiàn)與系統(tǒng)潤(rùn)滑效果欠佳有密切關(guān)聯(lián)，部分氣體雜質(zhì)混入液壓泵內(nèi)，導(dǎo)致其油量供應(yīng)缺乏持續(xù)性，最終出現(xiàn)元件爬行現(xiàn)象[3]。

（6）液壓系統(tǒng)泄漏。泄漏主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是液壓系統(tǒng)的元件發(fā)生松動(dòng)和管路破裂現(xiàn)象，其主要與元件固定不到位或是質(zhì)量不達(dá)標(biāo)有關(guān);二是油液泄漏，與液壓系統(tǒng)的儲(chǔ)油密封性能欠佳有密切關(guān)聯(lián)。

（7）氣穴和氣蝕。液壓系統(tǒng)運(yùn)行期間，若油水分離的壓力未得到有效控制，當(dāng)該值超過(guò)油液壓力時(shí)將出現(xiàn)氣穴、氣蝕問(wèn)題，不利于液壓系統(tǒng)的持續(xù)性供應(yīng)，并且伴有較明顯的噪聲污染。出現(xiàn)氣穴和氣蝕現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)相關(guān)元件的正常使用。

4? ? 故障排除措施

（1）減緩液壓沖擊。液壓沖擊過(guò)程中的噪聲污染問(wèn)題較為明顯，可見(jiàn)液壓系統(tǒng)發(fā)生大幅度振動(dòng)現(xiàn)象，零部件受損嚴(yán)重，管路存在破裂的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)液壓系統(tǒng)整機(jī)癱瘓的情況。對(duì)此，必須采取減緩液壓沖擊的相關(guān)措施，例如配置蓄能器，以維持行走溢流閥運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）控制油溫。油溫的檢測(cè)工作需要得到信號(hào)式溫度計(jì)的支持，由此確定油液的溫度情況。若液壓系統(tǒng)的油溫異常提高，則容易引發(fā)爆炸事故。對(duì)于此問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)油位計(jì)及時(shí)檢測(cè)油位的狀態(tài)，以保證油箱油量的合理性，若超出閾值則適當(dāng)放油，偏低則添油，另外要密切關(guān)注并及時(shí)檢查冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以保證穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）降低噪聲污染。對(duì)于噪聲污染問(wèn)題，則要綜合考慮液壓沖擊、氣穴及氣蝕方面的具體情況，并適時(shí)優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)備，例如可安裝消聲器，利用該裝置有效降低噪聲污染，給員工提供安全且舒適的作業(yè)環(huán)境，并延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)的耐久性。

（4）改良元件裝置。通過(guò)改良元件裝置的方式，可以有效處理元件卡緊及元件爬行的故障，具體可配置均壓槽，以保證元件的受力維持在均衡狀態(tài);同時(shí)加強(qiáng)對(duì)元件質(zhì)量的檢查，適時(shí)采取潤(rùn)滑處理措施;定期清理油液泵，避免雜質(zhì)堆積現(xiàn)象。

（5）防止系統(tǒng)泄漏。全面檢查液壓系統(tǒng)的元件，準(zhǔn)確掌握元件的松動(dòng)情況以及管路的破裂情況，若存在異常則及時(shí)采取處理措施，例如固定元件、及時(shí)更換受損管路。若液壓系統(tǒng)存在漏油現(xiàn)象，首先要準(zhǔn)確分析漏油的具體成因，再根據(jù)實(shí)際情況采取相適應(yīng)的處理措施。若為焊接漏油，則通過(guò)高分子復(fù)合材料封堵;若為密封件漏油，可以使用耐油橡膠棒密封;若為法蘭連接處漏油，此時(shí)需對(duì)法蘭的表面采取密封處理措施;若為螺栓或管子螺紋處漏油，則需要密封螺栓，具體可選擇高分子復(fù)合材料，此外也可將螺母取出并向該處均勻涂抹福世藍(lán)脫模劑，此后再對(duì)其采取固定措施;而對(duì)于散熱器漏油現(xiàn)象，在處理時(shí)必須及時(shí)關(guān)閉散熱器的上下平板閥門(mén)，切斷油路連通渠道，再針對(duì)性清理漏油處，恢復(fù)潔凈狀態(tài)后涂抹福世藍(lán)材料。

（6）避免發(fā)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象。對(duì)于氣穴和氣蝕的處理，較為關(guān)鍵的是調(diào)整油泵吸油管的管徑，以免在節(jié)流口出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。此外，還需通過(guò)有效的隔絕措施避免油與空氣直接接觸，降低發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的概率。

5? ? 液壓系統(tǒng)故障的主要影響

液壓系統(tǒng)故障的成因錯(cuò)綜復(fù)雜，體現(xiàn)在液壓油質(zhì)量欠佳、外界環(huán)境影響、人員操作不當(dāng)?shù)榷鄠€(gè)方面。對(duì)其帶來(lái)的主要影響具體做如下分析：

（1）液壓油質(zhì)量對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：液壓油是液壓系統(tǒng)中不可或缺的部分，兼具傳遞能量、潤(rùn)滑、降低熱量、防銹蝕等多重功能，因此在組織掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)維護(hù)工作時(shí)需高度注重對(duì)液壓油質(zhì)量的控制，嚴(yán)把液壓油質(zhì)量關(guān)，從源頭上規(guī)避液壓系統(tǒng)故障。

（2）液壓系統(tǒng)溫度過(guò)高對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：油液質(zhì)量欠佳時(shí)容易導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的整體溫度大幅提升，此環(huán)境下油液的粘度較正常狀態(tài)而言有明顯下降，潤(rùn)滑油膜的厚度減小，液壓元件受損程度加劇，油泵的容積和工作效率均大不如前。從液壓元件的角度來(lái)看，在高溫環(huán)境下將出現(xiàn)較為明顯的熱膨脹現(xiàn)象，配合間隙隨之減小，最終表現(xiàn)出元件失靈或者卡死等異常狀況。此外，也會(huì)由于密封元件變形而漏油從而影響整臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最終影響生產(chǎn)進(jìn)度。

（3）水分對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：水分占比對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀況將帶來(lái)較顯著的影響，若該值超過(guò)0.05%，可見(jiàn)液壓油愈發(fā)渾濁、油品老化程度加劇且部分金屬存在銹蝕或腐蝕現(xiàn)象。與此同時(shí)，含水量偏高時(shí)油品容易乳化，所帶來(lái)的潤(rùn)滑效果欠佳。

（4）空氣對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：液壓系統(tǒng)因密封性不足等原因而混入空氣后，若壓力經(jīng)減壓閥降低，此時(shí)空氣快速?gòu)挠椭嗅尫?，由此?huì)產(chǎn)生氣穴、氣蝕等問(wèn)題，同時(shí)振動(dòng)幅度異常增加，噪聲污染較大。

（5）顆粒物對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：液壓系統(tǒng)受污染的原因可歸結(jié)為兩個(gè)方面：一是內(nèi)部污染，例如液壓油在氧化過(guò)程中逐步形成油泥，或是摩擦副在運(yùn)行過(guò)程中形成磨粒等，此類(lèi)物質(zhì)將直接污染液壓系統(tǒng);二是外來(lái)污染，較為常見(jiàn)的有加工期間產(chǎn)生的殘留金屬屑、源自于空氣的塵土等。液壓油受到污染后將難以維持正常的使用狀態(tài)，金屬和雜質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致摩擦副發(fā)生劇烈磨損現(xiàn)象，而產(chǎn)生的金屬碎屑會(huì)對(duì)油液造成不良影響，使其發(fā)生氧化現(xiàn)象，在此期間產(chǎn)生的油泥與周邊其他雜質(zhì)混合后將產(chǎn)生大尺寸的固結(jié)物質(zhì)，成為油線(xiàn)管道堵塞、潤(rùn)滑槽堵塞的重要成因。而此過(guò)程中的作用機(jī)制較為復(fù)雜，故障判斷難度較大，將使故障處理周期延長(zhǎng)。

（6）其他油液混入對(duì)液壓系統(tǒng)的影響：液壓系統(tǒng)對(duì)油液質(zhì)量提出了較高要求，不允許出現(xiàn)以其他油品替代或混用的情況，若在液壓系統(tǒng)運(yùn)行中摻入其他油品，將導(dǎo)致原有的液壓油性能發(fā)生變化，系統(tǒng)故障發(fā)生概率提高。若油液內(nèi)的清凈分散劑用量較為豐富，則會(huì)導(dǎo)致液壓油的破乳化性能大幅下降，水難以從油中快速分離，油液的潤(rùn)滑效果欠佳，液壓系統(tǒng)的零部件易銹蝕。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，掘進(jìn)機(jī)在現(xiàn)代化礦建二三期施工中獲得了廣泛應(yīng)用，而在掘進(jìn)機(jī)的組成中，液壓系統(tǒng)占據(jù)較大的比重，其運(yùn)行質(zhì)量將直接影響到掘進(jìn)機(jī)的整體工作狀況。因此，需要以合理的方式應(yīng)用液壓系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)其內(nèi)部各零部件的質(zhì)量控制，若存在故障則深入探討原因，采取針對(duì)性的處理措施，以提高掘進(jìn)機(jī)的工作性能。在后續(xù)的工程實(shí)踐中，有關(guān)技術(shù)人員依然要對(duì)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)展開(kāi)深入的探索，合理應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)，為生產(chǎn)作業(yè)提供可靠的硬件支持。

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收稿日期：2020-08-19

作者簡(jiǎn)介：魯?shù)聞偅?972—），男，江蘇徐州人，工程師，從事礦山建設(shè)工作。