CS150D潛孔鉆機液壓故障診斷及排除辦法

陳慧泉

（銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽 銅陵市 244000）

CS150D潛孔鉆機液壓故障診斷及排除辦法

陳慧泉

（銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽 銅陵市 244000）

CS150D潛孔鉆機系湖南有色重型機器有限責(zé)任公司研發(fā)、生產(chǎn)的井下系列鉆機。該鉆機自動化程度高，具有電動行走、鉆孔角度控制、自動防卡桿等功能。其中液壓系統(tǒng)采用了先進的電液比例變量系統(tǒng)，利用PLC對液壓閥進行程序控制，該鉆機在現(xiàn)場使用多年以來，體現(xiàn)出了良好的性能，在礦山得到了很好的推廣。相比一般的潛孔鉆機而言，該鉆機其獨特的電液比例控制與負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)，在礦山使用中發(fā)揮了很好的作用，現(xiàn)結(jié)合其液壓系統(tǒng)特點，針對現(xiàn)場常見故障進行剖析，從3個方面闡述該鉆機液壓故障的診斷及排除方法。

潛孔鉆機；液壓系統(tǒng)；故障診斷；故障排除

當(dāng)前，潛孔鉆機技術(shù)迅速發(fā)展，液壓系統(tǒng)已成為各種潛孔鉆機的核心部分，它的應(yīng)用極大地提高了潛孔鉆機的綜合技術(shù)性能，改善了工人操作條件，降低了能源消耗，提高了工作效率。但潛孔鉆機液壓系統(tǒng)在使用中，由于工作環(huán)境惡劣，作業(yè)時間長，任務(wù)重，故障多發(fā)，而且故障的判斷和排除也較為復(fù)雜。

1 依據(jù)系統(tǒng)原理有效判斷故障

充分了解液壓系統(tǒng)的原理，掌握液壓元件、輔件、系統(tǒng)的配置關(guān)系對故障診斷非常重要，只有對原理充分了解才會對故障進行正確、高效的判斷。CS150D鉆機液壓系統(tǒng)的工種分為定位、行走、鑿巖3種。圖1所示為行走和鑿巖工況的原理，因定位動作由開關(guān)量電磁換向閥分別控制，其原理與圖中推進油缸工況相同，本文不作過多表述。如圖1所示，泵1是A10V系列負(fù)載敏感式變量泵，泵的最大輸出流量與輸出壓力分別由比例節(jié)流閥2與比例溢流閥4，通過反饋油壓力與泵出口壓力的比較來改變斜盤排量，達到控制系統(tǒng)流量大小和限制系統(tǒng)的最高壓力的目的。比例節(jié)流閥2是通過PLC控制器用電流值來對其開口度進行無級調(diào)節(jié)；比例溢流閥4是變量泵反饋控制油路的壓力調(diào)節(jié)閥，通過PLC控制器用每個具體工況所賦的電流值來調(diào)節(jié)溢流閥芯的開啟壓力。此類負(fù)載敏感式系統(tǒng)有如下幾大特點：

圖1 行走、鑿巖工況的液壓系統(tǒng)原理

（1）兩組泵形成獨立的系統(tǒng)，分別控制左右行走、推進回轉(zhuǎn)工況；

（2）兩組泵都為變量泵，其排量大小由出口壓力與反饋壓力共同決定，排量可以在V0→Vmax之間無級變化；

（3）壓力控制閥設(shè)定在反饋油路上，此油路經(jīng)過了節(jié)流閥3節(jié)流，溢流功率損失很小；

（4）每個工況的最大壓力，是由系統(tǒng)反饋油路的比例溢流閥的賦值決定的；

（5）每個工況的最大流量都可以由比例節(jié)流閥賦值大小控制。

在現(xiàn)場故障維修中只有通過對系統(tǒng)原理的掌握，才能較深入地對復(fù)雜性故障進行分析判斷。例如，在一次打鉆過程中回轉(zhuǎn)工況速度變慢，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此時回轉(zhuǎn)工況的壓力也很小，而當(dāng)用卡桿油缸將鉆桿固定住使回轉(zhuǎn)阻力變大時，回轉(zhuǎn)壓力就可以上升到設(shè)定狀態(tài)。另外，經(jīng)反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，整個系統(tǒng)中與回轉(zhuǎn)工況用同一液壓泵作動力源的所有工況，在動作過程中或多或少都有壓力比正常時偏小的現(xiàn)象，而動作到位后又能上升到設(shè)定狀態(tài)。現(xiàn)場人員憑經(jīng)驗分析，認(rèn)為是因為壓力過小而導(dǎo)致速度變慢，只要把壓力加上去就可以恢復(fù)轉(zhuǎn)速，而一般來說無壓力或壓力減小的問題，是泵或者是控制壓力的溢流閥出了故障。在這種思路下，更換了比例溢流閥，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，而后又更換了泵，但問題仍未得到解決。現(xiàn)場技術(shù)人員通過認(rèn)真分析系統(tǒng)原理，認(rèn)識到控制泵出口流量的比例節(jié)流閥是設(shè)置在主油路上的，所有動作的壓力油都須從此閥流經(jīng)，進而分析如果此閥未打開，會使得整個系統(tǒng)無壓力；而如果開口度過小，進入執(zhí)行元件的流量也將會變小，從而使運動過程中的負(fù)載變小，最終將導(dǎo)致壓力變小。所以此類系統(tǒng)中比例節(jié)流閥故障也可導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不正常的故障現(xiàn)象。后來拆下比例節(jié)流閥時，發(fā)現(xiàn)閥里面有不少的碎屑物，經(jīng)過仔細清理、組裝，開機后所有動作都恢復(fù)正常，此次故障排除事例說明，分析系統(tǒng)原理對排除、診斷故障的必要性與有效性。

2 根據(jù)液壓元件的工作原理和特性排除故障

很多液壓系統(tǒng)故障都是因為某個液壓元件不能正常工作而引起的，所以對主要液壓元件的工作原理以及工作特性的了解是找出問題的重要手段，如果在一次故障中，系統(tǒng)中由同一變量泵供油的動作都出現(xiàn)壓力時有時無的情況，用排除法找到了問題的根源在液壓泵上，此時若更換液壓泵，故障肯定能夠得到排除，但工作量相對較大，時間也較長。經(jīng)過對泵的結(jié)構(gòu)原理以及使用情況分析，推斷應(yīng)該是泵的控制部分出現(xiàn)了故障，使得輸出壓力時有時無、時大時小。泵結(jié)構(gòu)和控制原理如圖2所示。

圖2 液壓泵的結(jié)構(gòu)與控制原理

從圖2中可看出，泵排量大小是由回位機構(gòu)與變量機構(gòu)通過調(diào)整斜盤角度來控制的，也就是說，斜盤角度決定了輸出油量的大小，因斜盤角度由變量機構(gòu)或回位機構(gòu)控制，任何一處出現(xiàn)問題都可直接導(dǎo)致輸出不正常。而變量機構(gòu)動作所需的壓力油的通斷是油受先導(dǎo)控制閥控制的，通過對泵結(jié)構(gòu)的分析，推測最有可能是先導(dǎo)控制閥存在問題，使控制泵排量的變量機構(gòu)不能與回位機構(gòu)產(chǎn)生正常的平衡關(guān)系，導(dǎo)致斜盤不能穩(wěn)定在正常的輸出狀態(tài)?，F(xiàn)場在拆開泵控制閥后，發(fā)現(xiàn)圖2中所示的FR閥芯的彈簧折斷，此閥芯是通過泵出口油壓在閥芯上產(chǎn)生的力與反饋油壓在閥芯上產(chǎn)生的力加上彈簧力相比較來達到控制變量機構(gòu)的目的，而彈簧的斷裂使泵變量機構(gòu)不能正常工作，導(dǎo)致了上敘故障，在更換此彈簧后，問題得到了解決。根據(jù)液壓元件的結(jié)構(gòu)原理來排除故障是一種通用的故障維修手段，因液壓系統(tǒng)元件在各液壓設(shè)備中功能與用途大同小異，深入地掌握好關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)原理，可以更經(jīng)濟地解決很多難以處理的故障。在此次故障處理中，更換一個彈簧相比更換整個液壓泵具明顯的優(yōu)勢。

3 用常見故障的診斷、分析方法找出故障

CS150D潛孔鉆機的液壓系統(tǒng)原理與其它設(shè)備有很多的共性，在液壓系統(tǒng)故障排除方法中，常會用到一些液壓設(shè)備通用的故障排除方法，可以較為直觀地找出故障點，常用的方法有分段測試法、堵截法、替代法等。分段測試法是在故障發(fā)生后利用各類測量儀器，對故障嫌疑部分進行相應(yīng)測試，尤其適合于壓力參數(shù)的檢測，通過相關(guān)環(huán)節(jié)的壓力信號或壓差信號，可較直觀地找出故障點。堵截法是一種通過流量信號來判斷故障的方法，系統(tǒng)中因某一處發(fā)生故障而導(dǎo)致與其相關(guān)的動作受到影響，而用壓力測試不能確定故障點時，可對故障嫌疑處進行堵截處理，使其不產(chǎn)生流量損失或壓力損失，如果相應(yīng)的壓力值和流量值都能恢復(fù)正常，則故障點可確認(rèn)。而替換法是指當(dāng)某一故障牽涉到較多的故障點時，可對某些易于拆裝的元件進行更換，也可用一臺機上相同元件來替換，如果是單個元件出現(xiàn)故障，通過替換法可較準(zhǔn)確地判斷出故障元件。上述為液壓系統(tǒng)常用故障檢查方法，因其便于操作、理論性要求不高，在液壓設(shè)備故障排除中使用廣泛。對CS150D潛孔鉆機來說，這些故障診斷技術(shù)實用性也是很強的，通過對液壓系統(tǒng)的了解，CS150D雙泵系統(tǒng)各組液壓元件幾乎都是對稱分布的，且型號規(guī)格大都相同，例如泵、閥等，系統(tǒng)某一邊工況發(fā)生故障后，可以方便地進行替換，交換安裝元件或交換液壓管路，用另一邊正常的泵或閥來替換工作。由于系統(tǒng)的控制元件液壓閥都是安裝在兩個相同集成塊之上的，也可以很方便地對各個工況進行測試與堵截。

當(dāng)故障可能有多種原因時，應(yīng)多種方法結(jié)合使用，從而更加快捷地找出故障點。如在一次移機時，發(fā)現(xiàn)鉆機左邊行走變慢，現(xiàn)場人員通過觀察兩泵出口的壓力表，發(fā)現(xiàn)左行走工況的壓力明顯低于右行走，先從原理上分析，速度變慢的最根本原因是流量變小。但不能確定是因馬達本身損傷而導(dǎo)致泄露使流量變大，還是泵或控制閥的原因而使流量變小。在現(xiàn)場維修條件非常有限的情況下，較為方便的是用替換法，因為左、右行走馬達的控制閥是對稱安裝在兩集成塊上的，通往馬達的油管也是從集成塊接入的，因此可以很方便地把兩組通往馬達A、B口的油管互換，用本來正常右行走工況的泵、控制閥來供給左行走，而用左行走的泵、閥來供給右行走?，F(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)原正常的右行走速度變慢了，本來不正常的左行走速度正常了，這樣通過替換法很直接地排除了行走馬達出現(xiàn)故障的可能。而又因為行走速度變慢的同時壓力也有明顯變小，為了解故障點是否受流量大小的影響，嘗試用堵塞堵住有故障一邊的A、B口油孔，使其不通往行走馬達，而不產(chǎn)生流量。此時發(fā)現(xiàn)壓力可以達到工況設(shè)定值，通過堵載法又可確定壓力控制元件自身沒有問題。那么，可以確定影響流量的就只有泵或流量控制閥了。根據(jù)以往經(jīng)驗，閥的故障率要高于泵，先檢查流量閥，最直接的方法還是把左右兩邊的流量閥互換，此時發(fā)現(xiàn)行走變慢的故障換到另一邊了，由此可鎖定問題出在流量控制閥上。由以上情況可分析出，當(dāng)用堵塞堵住油路時因其流量理論上為零，壓力損失不會產(chǎn)生，所以顯示出壓力值是正常的。而當(dāng)驅(qū)動行走這種流量需求大的工況時，就會在流量控制閥上產(chǎn)生大的壓力損失，使變量系統(tǒng)流量隨之減小，從而導(dǎo)致行走速度變慢，通過對閥進行仔細的拆裝、清洗，故障得到解除。這樣通過簡單、方便的堵截法與元件替代法快捷、準(zhǔn)確的找到了故障點。

4 結(jié) 論

CS150D潛孔鉆機液壓系故障處理中，通過對系統(tǒng)原理、元件基本結(jié)構(gòu)與性能的掌握，結(jié)合相應(yīng)的檢測手段與分析方法，采用合理的維修方式可以準(zhǔn)確、快速地找出機器故障，減少維修成本，提高鉆機的工作效率。而在平時維修的過程中應(yīng)注重理論與實踐相結(jié)合，不斷提高事故分析、診斷水平也是十分重要的。同時由于CS150D潛孔鉆機液壓系統(tǒng)故障的多樣性及PLC智能控制的專業(yè)性，在生產(chǎn)實踐中還應(yīng)該積極研究與應(yīng)用多種現(xiàn)代先進診斷技術(shù)。潛孔鉆機液壓系統(tǒng)故障診斷的準(zhǔn)確性、快捷性和便利性也將大大提高。

［1］ 李 堅，楊鐵雷.A10V變量泵特點及工作原理［J］.工程機械與維修，1997（4）.

［2］ 羅建明.液壓系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因分析方法［J］.中國設(shè)備管理，2001（3）.

2012－06－18）

陳慧泉（1970－），男，安徽銅陵人，機械工程師，從事設(shè)備管理工作。