鉆機(jī)液壓系統(tǒng)故障的診斷方法與應(yīng)用

王榮鈞

（神華準(zhǔn)格爾能源有限公司設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017100）

鉆機(jī)液壓系統(tǒng)故障的診斷方法與應(yīng)用

王榮鈞

（神華準(zhǔn)格爾能源有限公司設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017100）

通過液壓故障處理方法的分析對比，結(jié)合神華準(zhǔn)格爾黑岱溝露天煤礦在用鉆機(jī)的液壓實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，闡述了借助一種液壓檢測儀，可快速分析判斷并最終確定故障發(fā)生的具體液壓元件，縮短液壓故障診斷時(shí)間，提高了設(shè)備液壓故障維修效率。

壓力；流量；測試儀；預(yù)防性維修

0 引言

神華準(zhǔn)格爾能源有限公司所屬的黑岱溝露天煤礦在2012年產(chǎn)原煤32.26 Mt/a，成為我國首座產(chǎn)能超30 Mt/a的特大型露天礦。該礦包括煤層、巖層在內(nèi)的爆破鉆孔，投入生產(chǎn)運(yùn)行的鉆機(jī)共12臺，其中有Atlas Copco生產(chǎn)的DM-H2、DM45鉆機(jī)、Ingersoll-Rand生產(chǎn)的DM-H鉆機(jī)、Sandvik生產(chǎn)的1190E鉆機(jī)。各鉆機(jī)的共同特點(diǎn)是電機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的全液壓驅(qū)動(dòng)型。

作為液壓傳動(dòng)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率輸出比大、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、可快速啟動(dòng)制動(dòng)及頻繁換向等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但是在維修方面，當(dāng)出現(xiàn)液壓故障后如何準(zhǔn)確、快速診斷故障點(diǎn)所在，已是一個(gè)的普遍性難題。結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場液壓維修經(jīng)驗(yàn)，提出流量-壓力的液壓系統(tǒng)檢測法，就液壓故障判斷方式及一種流量-壓力檢測儀（以下簡稱檢測儀）在露天采礦鉆機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。

1 液壓故障判斷的一般方式

液壓系統(tǒng)中各液壓元件的動(dòng)作大部分處在密閉的油液里，系統(tǒng)內(nèi)油液的流動(dòng)狀態(tài)和元件內(nèi)部零件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)看不見、摸不著。同時(shí)，液壓系統(tǒng)的故障表現(xiàn)形式規(guī)律不一，對于這些故障的準(zhǔn)確判斷與排除不僅需要專業(yè)理論知識，掌握各種液壓元件構(gòu)造性能、液壓基本回路的原理，還要有豐富的現(xiàn)場維修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，液壓系統(tǒng)的故障診斷比一般機(jī)械、電氣設(shè)備的故障診斷更為困難。

傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)故障判斷的方法有很多種，因現(xiàn)場條件、設(shè)備特點(diǎn)及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)等因素而方法不一，比如常用的因果圖、實(shí)驗(yàn)法、區(qū)域分析法、動(dòng)作循環(huán)查找法等。其中最常用的還是對系統(tǒng)各點(diǎn)壓力檢測后進(jìn)行的系列判斷。

液壓系統(tǒng)的工作壓力在正常工作條件下取決于負(fù)載，但在設(shè)備的長期使用后，由于元器件配合部位磨損、密封老化等原因，造成元器件內(nèi)、外部泄漏，使系統(tǒng)的工作壓力受到影響。如果系統(tǒng)中某一元件損壞，就有可能造成系統(tǒng)壓力明顯下降，這也是形成液壓故障判斷難度之一。

此外傳統(tǒng)判斷液壓系統(tǒng)故障方法中，使用比較、隔離、替換等方法來逐步查找，其本身也存在缺點(diǎn)問題。比如使用比較或替換法時(shí)，必須有同類型的設(shè)備或同型號的配件，且在替換時(shí)需重復(fù)拆裝，易造成元器件的損壞、液壓油的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染；使用隔離法時(shí)，在液壓系統(tǒng)中如果隔離不當(dāng)，將系統(tǒng)保護(hù)元器件隔離后，輕者容易造成系統(tǒng)元器件的損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐墒鹿省?/p>

使用壓力表對液壓系統(tǒng)進(jìn)行壓力測量情況如圖1所示，如果不考慮系統(tǒng)壓力損失，則在正常工作狀況下3個(gè)測壓點(diǎn)的壓力顯示是相同的，即P0=P1=P2=P。

圖1 液壓系統(tǒng)的壓力表測量法

假設(shè)圖示液壓系統(tǒng)中的溢流閥調(diào)定壓力為20 MPa，系統(tǒng)發(fā)生故障后對3個(gè)測壓點(diǎn)分別進(jìn)行測量，在液壓馬達(dá)工作的狀態(tài)檢測壓力如果均明顯小于20 MPa，這時(shí)我們不能明確判斷究竟是液壓泵、液壓馬達(dá)或者溢流閥當(dāng)中的哪一個(gè)元件存在故障。因?yàn)橐簤罕萌绻霈F(xiàn)內(nèi)泄，會造成以上測量結(jié)果；如果液壓馬達(dá)內(nèi)泄漏嚴(yán)重，也會造成系統(tǒng)工作壓力降低；而溢流閥的泄漏或調(diào)壓彈簧損壞及彈力不足以及換向閥出現(xiàn)內(nèi)泄漏同樣也能造成上述故障表象。

當(dāng)然也可以用排除法來排除一部分元件存在故障的可能性。液壓系統(tǒng)的壓力表測量法如圖1所示，操作換向閥為中位狀態(tài)，則系統(tǒng)壓力P0=P1，若系統(tǒng)壓力仍明顯偏低，這樣也只能證明故障所在可能不是液壓馬達(dá)，對于液壓泵或溢流閥的故障判斷，具體仍需進(jìn)一步檢測。如果僅以液壓系統(tǒng)壓力測定的方法，是不能準(zhǔn)確斷定具體發(fā)生故障的元件，這樣在排除系統(tǒng)故障方面也就不能提供可靠依據(jù)。

2 采用檢測儀判斷液壓故障

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的位置雖然只是動(dòng)力源（液壓泵）、控制元件（各類型控制閥）和執(zhí)行元件（馬達(dá)或油缸）這幾方面，但維修的難點(diǎn)是不能準(zhǔn)確判斷元器件故障所在位置。液壓泵（馬達(dá)）的額定功率為其額定輸出（輸入）壓力和流量的乘積，而系統(tǒng)的壓力雖說取決于負(fù)載，但它也是由多方面的因素決定的，如元件的故障以及泄漏情況，而系統(tǒng)的流量卻可體現(xiàn)動(dòng)力元件、執(zhí)行元件和控制元件的即刻工況。

一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)中，在設(shè)定的位置接入檢測儀狀況如圖2所示，通過檢測儀對系統(tǒng)中這些位置壓力和流量參數(shù)的測定，從功率、壓力和流量邏輯關(guān)系中我們就可快速判斷出故障所在。

圖2 液壓系統(tǒng)的檢測儀測量法

假設(shè)該液壓系統(tǒng)額定壓力為20 MPa，出現(xiàn)液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)無力故障現(xiàn)象。若以圖1所示方式去判斷，單就壓力的測定，在理論邏輯上不能明確故障點(diǎn)所在，因?yàn)橄到y(tǒng)中的各元件只要其中一個(gè)出現(xiàn)問題，則都會產(chǎn)生這一故障現(xiàn)象。對系統(tǒng)的故障排除中，當(dāng)外觀的檢查（如泄漏、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音等）無異常，我們使用檢測儀進(jìn)行故障的檢測及判斷。

2.1 在檢測位置1和2處進(jìn)行檢測

換向閥為中位截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，若壓力正常，流量為零，則可以排除換向閥和溢流閥的故障可能性；如果有一定流量顯示，則換向閥存在內(nèi)泄漏故障；若壓力低，流量為零，則排除換向閥的故障可能性，可嘗試進(jìn)行溢流閥壓力調(diào)整的操作；在調(diào)壓無效果后，可進(jìn)一步在檢測位置2進(jìn)行流量檢查，在明顯低于額定壓力情況下，有流量顯示則可明確斷定溢流閥故障，如無流量顯示，那便可以確定是液壓泵存在故障。

2.2 在檢測位置3處進(jìn)行檢測

當(dāng)換向閥處于上部位置接通狀態(tài)時(shí)，檢測儀如果顯示壓力偏低，流量明顯低于液壓泵額定流量的90%以下，則可以判斷液壓泵存在故障；如果壓力和流量正?；蛘呗晕⑵?，那對于回轉(zhuǎn)無力的故障點(diǎn)基本可以劃定為液壓馬達(dá)，只是再需進(jìn)一步的驗(yàn)證。

2.3 在檢測位置4和5處的檢測

液壓馬達(dá)在正常工作狀態(tài)下，內(nèi)泄流量正常為小于額定流量的5%或者近于零。在基本確定馬達(dá)為故障點(diǎn)后，可在檢測位置4和5進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。將檢測儀接入液壓馬達(dá)回油管路即位置4處，開啟換向閥后，將此處檢測儀流量顯示值與馬達(dá)進(jìn)油管路流量值進(jìn)行比對，其數(shù)值差即為液壓馬達(dá)內(nèi)泄漏的流量，或者說這個(gè)數(shù)值差也就是檢測位置5的流量顯示值。

流量-壓力檢測儀的使用，在液壓系統(tǒng)中通過對壓力及流量參數(shù)的測定，以及功率、壓力、流量及泄漏量之間的計(jì)算和液壓元件額定參數(shù)進(jìn)行對比的方式，我們就可以明確判斷出故障位置所在。這種方法應(yīng)用對于液壓系統(tǒng)閉式回路或多回路系統(tǒng)的故障診斷則更為有效。還有更重要的一點(diǎn)是，在對各元件的實(shí)際參數(shù)測定后，該液壓元件目前使用的性能和內(nèi)部磨損狀況我們也可以做到準(zhǔn)確掌握。

3 液壓檢測儀在鉆機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用及效果

3.1 鉆機(jī)設(shè)備情況

神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天礦所屬的鉆機(jī)目前有5個(gè)型號12臺，其中內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力3臺、電機(jī)動(dòng)力9臺。

鉆機(jī)動(dòng)力源的功用主要分為2部分，一是驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)產(chǎn)生風(fēng)壓源，主要用以鉆孔排渣；二是為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力源，通過齒輪分動(dòng)箱帶動(dòng)若干不同型號的液壓泵，對鉆機(jī)行走、鉆架起落、鉆桿回轉(zhuǎn)加壓等所有的動(dòng)作提供液壓動(dòng)力源。這樣就形成了全液壓驅(qū)動(dòng)型的鉆機(jī)。

3.2 鉆機(jī)設(shè)備液壓故障原有處理方法

鉆機(jī)液壓故障的處理，一般是根據(jù)故障表現(xiàn)形式，由近及遠(yuǎn)運(yùn)用邏輯推理法、比較法甚至替代法進(jìn)行判斷排查。

鉆桿回轉(zhuǎn)無力故障的處理方法：①先觀察操作臺壓力表，看工作壓力是否正常，如果壓力低，則需要檢查回轉(zhuǎn)分支這一回路中的管路溢流閥和主泵調(diào)壓閥。這里涉及的難點(diǎn)是無法準(zhǔn)確斷定具體是哪個(gè)方面的問題，一般就是先調(diào)整這2個(gè)閥的壓力進(jìn)行比較，在還不能排除故障的情況下，再進(jìn)行逐個(gè)更換閥總成進(jìn)行再一次的確認(rèn)處理（這其中不可避免的會存在誤判現(xiàn)象）；②壓力正常情況下，考慮回轉(zhuǎn)主換向閥不能開啟或者開啟不到位造成流量不足，通過目測或量尺測量閥桿位移量的方法判斷電液比例助力閥的性能。這其中主閥溢流閥芯是否存在泄漏則不能有更好的方法進(jìn)行判斷；③其它故障的可能性都排除后，再就是考慮液壓回轉(zhuǎn)主馬達(dá)方面。對于馬達(dá)的處理，先進(jìn)行轉(zhuǎn)速—扭矩的調(diào)節(jié)，如果沒有效果，再就是進(jìn)行更換馬達(dá)總成件的方式進(jìn)一步排除。而更換該液壓馬達(dá)的工作量則比較大，需要吊車、高空車輔助設(shè)備的配合。

3.3 液壓檢測儀在鉆機(jī)設(shè)備的實(shí)踐應(yīng)用

1）實(shí)例1：DM-H型102#鉆機(jī)出現(xiàn)行走經(jīng)常性跑偏故障

該型號鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)分為閉式液壓回路和開式液壓回路2種類型，其中行走部分作為設(shè)備全部液壓系統(tǒng)中的唯一的閉式回路，由2件雙向變量液壓泵、2件雙向定量行走馬達(dá)及控制等部分組成；而包括主回轉(zhuǎn)馬達(dá)、主閥、換向閥等組成的回轉(zhuǎn)分支液壓系統(tǒng)成為鉆機(jī)完成采鉆作業(yè)的開式液壓系統(tǒng)動(dòng)力源。這兩部分液壓系統(tǒng)均由雙向變量泵提供壓力油，再由左、右馬達(dá)換向閥進(jìn)行切換。

出現(xiàn)這種跑偏故障現(xiàn)象，原有的處理方法是先對比2件主泵的壓力，調(diào)整至相同，如果故障還存在，那就更換速度慢的液壓馬達(dá)再進(jìn)一步排除。

在此次應(yīng)用檢測儀輔助處理的實(shí)踐維修過程中，首先檢測了2件主液壓泵泄油口，根據(jù)泄油口流量情況對液壓泵性能進(jìn)行一個(gè)初步判斷，主液壓泵的液壓原理圖如圖3所示。

圖3 鉆機(jī)主泵液壓原理圖

由于設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)原因，2件主泵的泄油口為串接形式，檢測儀只能先接入左側(cè)主泵的泄油口（檢測儀1），檢測后再連接這2件泵串接的總管路（檢測儀2），通過計(jì)算再得到右主泵的實(shí)際流量參數(shù)。檢測步驟按啟動(dòng)空載、履帶空轉(zhuǎn)和實(shí)地行走滿載3種工況對主泵的流量、壓力參數(shù)檢測并做記錄。

經(jīng)過對主液壓泵泄油口的檢測，具體檢測對比值見表1所示，2件主泵的出口壓力雖然相同，左側(cè)主泵泄漏量已然超標(biāo)（該類型主泵標(biāo)準(zhǔn)排量為221 L/min），該泵性能不符合設(shè)備需求。

表1 2臺主泵泄漏檢測對比值

在更換左側(cè)主泵后，設(shè)備的行走跑偏故障消除，恢復(fù)了正常運(yùn)行。再對2件主泵的出油口進(jìn)行檢測，其性能參數(shù)均已符合要求。

流量-壓力檢測儀的應(yīng)用，通過實(shí)踐故障排除我們可以看到，其不僅可以準(zhǔn)確斷定故障所在位置，而且對液壓元件在用性能參數(shù)做到一個(gè)精準(zhǔn)的掌握。檢測儀對鉆機(jī)液壓系統(tǒng)可以做到一個(gè)體檢式的全面監(jiān)測、檢查及故障排除功用。

2）實(shí)例2：DM-H2型503#鉆機(jī)運(yùn)行人員反映設(shè)備出現(xiàn)空壓機(jī)油溫過高故障現(xiàn)象

以往對此故障的處理方法是，先檢查散熱器葉片是否有堵塞現(xiàn)象，散熱器沒問題后再檢查散熱風(fēng)扇馬達(dá)及供油系統(tǒng)壓力狀況來排除故障。

該類型鉆機(jī)設(shè)備的空壓機(jī)機(jī)油溫度正常情況不大于100℃，在這次故障的處理中，檢查司機(jī)室溫度儀表顯示為103℃，對循環(huán)油泵端口進(jìn)行實(shí)測為105℃。因沒有空壓機(jī)循環(huán)散熱泵的參考流量數(shù)據(jù)，對此維修人員針對該鉆機(jī)和另一臺同類型的502#鉆機(jī)使用檢測儀進(jìn)行了檢查。散熱泵流量檢測對比值具體如表2所示。

從上述檢測對比結(jié)果可知，2件設(shè)備空壓機(jī)循環(huán)散熱泵參數(shù)相近，甚至上報(bào)故障的503#鉆機(jī)散熱泵性能更優(yōu)些。但是在液壓系統(tǒng)散熱器的檢測中，發(fā)現(xiàn)為風(fēng)扇液壓馬達(dá)提供壓力油的雙聯(lián)泵存在流量偏低，實(shí)際流量與理論流量相差近10%，至此可以判斷，這就是造成空壓機(jī)油溫高故障所在。最終原因也如所判。

表2 散熱泵流量對比值

檢測儀的應(yīng)用不僅可以確定液壓系統(tǒng)發(fā)生故障元件的準(zhǔn)確位置，還可以為精確斷定液壓系統(tǒng)元件的在用性能參數(shù)提供可靠依據(jù)。

4 總結(jié)

流量-壓力檢測儀在黑岱溝露天礦鉆機(jī)設(shè)備維修中進(jìn)行的實(shí)踐應(yīng)用，較傳統(tǒng)方式具有顯著特點(diǎn)：①壓力和流量參數(shù)的確定使得復(fù)雜的液壓系統(tǒng)故障判斷變得清晰明確，可以快速測定故障所在，提高了維修效率，延長設(shè)備有效運(yùn)行時(shí)間；②在液壓故障的維修中，避免了原有故障判斷過程中帶有的不確定性的推斷，避免了一些無謂更換液壓元件的失誤現(xiàn)象，在節(jié)約生產(chǎn)成本方面卓有見效；③檢測儀這種故障判斷方法的應(yīng)用，通過準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)測量和統(tǒng)計(jì)，以及階段對比趨勢分析，與設(shè)備預(yù)防性維修有機(jī)結(jié)合，為現(xiàn)代化礦山設(shè)備的計(jì)劃性檢修提供精準(zhǔn)的理論依據(jù)，為一流采剝設(shè)備維修的建設(shè)提供科學(xué)保障。

［1］黃如意.黑岱溝露天煤礦年產(chǎn)原煤突破3000萬噸［J］.西部資源，2011（5）：22.

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【責(zé)任編輯：解連江】

Diagnosis methods and application of drill hydraulic system fault

WANG Rongjun
(Equipment Repair Center,Shenhua Group Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Ordos 017100,China)

Through the analysis and contrast of hydraulic fault handling methods,combined with the drill hydraulic maintenance experience in Heidaigou Open-pit Mine,this article elaborated that by means of a hydraulic tester,we can rapidly analyze and ultimately determine the failure of hydraulic components,shorten hydraulic fault diagnosis time,improve the efficiency of the hydraulic equipment fault maintenance.

pressure;flow;tester;preventive maintenance

TD422.1

B

1671－9816（2017）08－0045－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.013

王榮鈞.鉆機(jī)液壓系統(tǒng)故障的診斷方法與應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（8）：45-49.

2017-04-05

王榮鈞（1971—）男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，鉗工高級技師、工程師，本科，畢業(yè)于海拉爾煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)從事露天礦采鉆設(shè)備維修工作。