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XY-6B型鉆機的液壓系統故障診斷及其對策

時間:2018-05-10 15:49來源:未知 作者:360期刊網 點擊:

  XY-6B型鉆機的液壓系統故障診斷及其對策

  陳慶輝

  (福建省121煤田地質勘探隊,福建龍巖364021)

  摘要:文章主要通過研究液壓巖芯鉆機的液壓系統工作原理、故障診斷及分析,認為液壓系統主要故障可歸為六種類型:液壓油污染、系統泄漏或空氣進入系統、油溫過高、鉆機移車、立軸給進時的低速爬行、系統中壓力不足、系統產生噪聲和振動等。總結了排除各類故障的方法,對延長液壓巖芯鉆機的使用壽命和提高鉆探施工的經濟效益具有重大意義。

  關鍵詞:液壓系統;原理分析;故障診斷;處理方法

  中圖分類號:TH137 文章標識碼:A 文章編號:1006-8937(2010)03-0043-04

  XY-6B rig's hydraulic system fault diagnosis and its Countermeasures

  CHEN Qing-hui

  (Fujian No. 121 Coal Geological Exploration Team, Longyan, Fujian 364021, China)

  Abstract:This paper mainly for the hydraulic core rigs working principle of the hydraulic system, fault diagnosis and analysis that the main hydraulic system failure can be classified six types:hydraulic oil contamination; system leakage or air into the system;oil temperature is too high; Rig shift car, when the vertical shaft to enter the low-speed crawling; system under pressure; system to produce noise and vibration. Summed up the failure to exclude all kinds of ways,which is to extend the service life of hydraulic core drilling and raise boring construction of the economic benefits of great significance.

  Keywords : hydraulic system ; principles of analysis ; fault diagnosis ; treatment

  XY-6B型鉆機是機械傳動一液壓控制的立軸式巖芯鉆機,其由電動機通過彈性圈柱銷式聯軸器和濕式離合器帶動,通過變速箱、傳動箱的主軸、付軸、中間軸上直齒輪、齒狀離合器的掛合、滑移來實現八正二反轉速;依靠齒狀離合器的掛合、脫開來實現立軸和卷揚機分動、同時運轉,卷揚機的游星輪系和各齒輪付的嚙合傳遞扭矩和旋轉;液壓系統主要是用來實現鉆進工藝必不可少的動作,如立軸的升降、停止,鉆機前后移動,確定鉆具重量、調整孔底壓力,處理孔內事故、下套管及起拔套管,油壓卡盤的卡緊、松開等。以下主要分述了就該類鉆機液壓系統的主要構成及工作原理。

  1 XY-6B型鉆機液壓系統的主要構成及工作原理

  1.1液壓系統的主要構成

  液壓系統由油箱、葉片油泵、手搖油泵、操縱閥、給進控制閥、孔底壓力指示器以及各類油缸等組成。其液壓系統如圖1所示。

  1.2液壓系統的型式和特點

  液壓系統型式采是用單泵多油缸的并聯、開放系統,即由一個主油泵自油箱吸油將排出的壓力油供給各油缸,驅動它們做功,各回油都流回油箱的開放系統和壓力油通過多路換向閥并聯進入各油缸完成給進、松緊卡盤、移車等動作的并聯系統。其特點:系統結構簡單緊湊,操縱簡便,可調節系統壓力和給進控制速度,但由于泵是按快速運動的最大流量選擇,導致系統無用功耗所占比例很大,造成功率浪費、油液發熱。

XY-6B型鉆機液壓系統圖

  圖1XY-6B型鉆機液壓系統圖

  給進回路是利用溢流閥手輪可調系統壓力,即可調整鉆頭的壓力,利用節流閥可控制進入油缸的流量,即可控制給進速度的節流閥調速回路和利用溢流閥的操縱手把快速增壓來實現快速運動回路。其特點:在減壓鉆進時,將溢流閥卸壓,調節通過調節節流閥閥口,控制回油速度,在給進油缸下腔保持一定背壓以平衡掉一部分鉆具重量,可實現減壓鉆進,但由于巖層等因素引起的鉆進速度變化,將引起給進壓力的較大變化,以致影響孔底鉆頭壓力的恒定和給進速度的穩定,故必須經常予以調節以保持穩定。此外,當鉆進硬巖時,若鉆進速度極低時,節流閥前后壓差很小,無法減壓,造成孔底鉆具壓力的突然增加,以致壓壞鉆頭,另外,當孔深時,為形成較大的背壓,節流閥的開口面積極小,容易產生節流閥堵塞,致使回路不能正常工作。

  1.3 液壓系統的工作原理

  由一個YBC45/80葉片油泵自油箱吸油將排出的壓力油供,經過操縱閥分別進入各油缸驅動它們作功,根據操縱閥8的各換向閥不同工位和溢流閥8e、給進控制閥14不同工況的組合,各油缸可以完成立軸向上、向下、停止、快速上下、加壓給進、自重鉆進、稱重;松緊卡盤;鉆機前后移動等動作;手搖油泵并聯于油路系統中,當動力機發生故障,可用它將鉆具提離孔底避免埋鉆。立軸運動:根據換向閥8a不同工位和溢流閥8e、給進控制閥14不同情況的組合,立軸給進油缸11可以完成立軸不同等動作,如表1所示。

  表1立軸的動作和閥的位置、油路情況表

 
序號
 
 
    立軸動作名稱
 
 
  溢流閥8e
 
  換向閥8a
 
  的位置
  給進控制閥
 
  14的工況
 
    油路情況
 
 
    1
 
    加壓鉆進
 
    立軸向下
 
    調壓
 
    ①
 
 
  節流或
 
    全通
進油路:泵4-*閥8a一立軸缸1l一上腔:回油路:立軸
 
缸11-*下腔給進控制閥14一閥8a一油箱3。
2     立軸快速向下     調壓     ①     全通   同上
  3     .立軸停止     "o" 泵4-閥8a一油箱3。
 
4
 
快速倒桿或提動鉆具
 
    立軸向上
  手把快速增壓
 
    或調壓
 
    ②
 
 
    全通
 
進油路:泵4一閥8a--給進控制閥14一立軸缸11一下腔。
 
回油路:立軸缸11上腔一閥8a一油箱3。
 
5
 
    減壓鉆進
 
    立軸向下
    調壓或
 
    調零
    ②
 
 
  全通或
 
    節流
進油路:泵4一閥8a一給進控制閥14一立軸缸11一下腔。
 
回油路:立軸缸11一上腔一閥8a--油箱。
6   自重鉆進立軸向下     調零   ①或②     節流 油路情況同加壓或減壓鉆進。

  鉆機前后移車:當升降鉆具時,鉆機需快速離開孔口。

  移機液壓缸的油路如下:

  ①鉆機后移:換向閥8c于下位。泵4輸出的壓力油經閥8c進入移機液壓缸9左腔,帶動鉆機后移(退);液壓缸9右腔的回油經閥8c流回油箱。

  ②鉆機前移:換向閥8c于上位,泵輸出的壓力油經閥8C進入移機液壓缸9右腔,帶動鉆機前移(進);液壓缸9右腔的回油經閥8c流回油箱。

  ③松緊卡盤:由換向閥8b控制,油路情況與鉆機移動相同。

  ④孔底壓力指示器12。它是用來稱量鉆具和確定孔底壓力,它間接反映孔內情況。

  指示器設有靜盤和動盤。靜盤上有一種刻度,從零開始,按順時針方向增大蕓0度為油路單位壓力。動盤上有兩種刻度:外圈刻度(黑色)從零開始,按逆時針增大,為給進油缸下腔壓力,用來減壓和稱重用;里圈刻度(紅色)從零開始,按順時針增大為加壓用。以稱重、加壓、減壓三種鉆進工作狀態。

  2液壓系統故障診斷方法及其種類

  2.1 故障分析的原則

  產生故障的原因是多方面的,要消除故障必須查明產生故障的確切原因。針對產生故障的原因采取有效的措施,才能排除故障。不應在未弄清故障原因之前,亂拆機器,盲目更換零件。這樣不僅浪費人力、物力,而且不能消除故障,甚至可能在重裝時造成新的故障。主要采用以下分析原則:

  ①初步分析判斷。分析判斷時首先應注意到外界因素對系統的影響,在查明確實不是外界原因引起故障的情況下,再集中注意力在系統內部查找原因。其次是分析判斷時,一定要把機械、電器、液壓三個方面聯系在一起考慮,不能單獨只考慮液壓系統。

  ②根據了解、詢問、核實、檢查所得到的資料列出可能的故障原因表。此時應牢記:一個故障現象可能是兩種或兩種以上的原因所導致的。例如,執行元件速度降低,可能是由于泵件磨損,也可能是由于缸內的內漏增大;再加上油溫過高,可能是油箱內的油量不足,或油液污染堵塞了散熱面,也可能是溢流閥的壓力調得過高。

  ③核實故障的現象并仔細檢查。通過觀察儀表度數、工作速度、監聽聲響、檢查油液、注意執行元件是否有誤動作等手段來進一步核實,然后按系統內液流流程從油箱或液壓泵依次沿回路仔細查找,按時紀錄下觀察結果。再檢查時要仔細檢查油箱內的油液,確定是否有污垢進入系統,影響系統各元件的正常工作;用手摸來檢查進油管及高壓油管有無脆化、軟化、泄露、破損;檢查閥、元件的各接頭以及殼體的安裝螺釘有無松動;最后檢查軸及液壓缸的活塞桿。在每步檢查中應注意檢查有無操作或保養不當的現象,以發現由此而產生的故障原因。

  ④作出結論。根據所列故障原因表,先選擇經簡單檢查核實或維修即可使設備恢復正常工作狀態的項目,即采取先易后難的原則,排出檢查順序,以便在最短的時間內完成檢查工作。

  ⑤驗證結論。一旦通過以上步驟,找出了液壓設備產生故障的原因,就開始著手排除故障。排除故障包括用適當的試驗裝置檢查油壓和流量,檢查泵、閥及其他元件,這些試驗檢查便是零件,液壓元件更換或修理的基礎。在實際工作中往往沒有適當的試驗裝置進行檢查,這時只好以更換泵、閥等元件作為排除故障的有效手段。

  對故障處理完畢后,應認真地進行定性、定量分析總結,從而提高處理故障的能力,防止以后同類故障的再次發生。

  綜上所述,可將故障分析原則歸納為三十二字方針,即“搞清現象,聯系原理;區別情況,周密分析;從簡到繁,由表及里;診斷準確,少拆為益”。

  2.2 常見故障的診斷方法

  液壓設備是由機械、液壓、電氣等裝置組合而成的,故出現的故障也是多種多樣的。某一種故障現象可能由許多因素影響后造成的,因此分析液壓故障必須能看懂液壓系統原理圖,了解原理圖中各個元件的作用,然后根據故障現象進行分析、判斷,針對許多因素引起的故障原因需逐一分析,抓住主要矛盾,才能較好的解決和排除。液壓系統中工作液在元件和管路中的流動情況,外界是很難了解到的,所以給分析、診斷帶來了較多的困難,因此,對于鉆機故障的分析和診斷需要我們在日常的工作中用嚴謹的工作態度、一絲不茍的工作作風,做好每一項修理工作,聯系原理,周密分析,不斷總結和積累。在實踐中我們總結出診斷液壓系統故障主要有如下3種方法。

  ①簡易故障診斷法。簡易故障診斷法是目前采用最普遍的方法,它是憑個人的經驗,利用簡單儀表根據液壓系統出現的故障,客觀的采用問、看、聽、摸、聞等方法了解系統工作情況,進行分析、診斷、確定產生故障的原因和部位,具體做法是:第一,詢問鉆機操作者,了解鉆機運行狀況。逐一進行了解液壓系統工作是否正常;液壓泵有無異常現象;液壓油檢測清潔度的時間及結果;濾芯清洗和更換情況;發生故障前是否對液壓元件進行了調節;是否更換過密封元件i故障前后液壓系統出現過哪些不正常現象;過去該系統出現過什么故障,是如何排除的等。

  第二,看液壓系統工作的實際狀況,觀察系統壓力、速度、油液、泄漏、振動等是否存在問題。第三,聽液壓系統的聲音,如沖擊聲;泵的噪聲及異常聲;判斷液壓系統工作是否正常。第四,摸溫升、振動、爬行及聯接處的松緊程度判定運動部件工作狀態是否正常。總之,簡易診斷法只是一個簡易的定性分析,對快速判斷和排除故障,具有較廣泛的實用性。

  ②液壓系統原理圖分析法。根據液壓系統原理圖分析液壓傳動系統出現的故障,找出故障產生的部位及原因,并提出排除故障的方法。它是目前工程技術人員應用最為普遍的方法,但要求人們對液壓知識具有一定基礎并能看懂液壓系統圖,掌握各圖形符號所代表元件的名稱、功能,了解元件的原理、結構及性能,結合動作循環表對照分析,就容易判斷出故障。

  ③邏輯分析法。液壓系統發生故障時,往往不能立即找出故障發生的部位和根源,為了避免盲目性,人們必須根據液壓系統原理進行邏輯分析或采用因果分析等方法逐一排除,最后找出發生故障的部位和原因。

  2.3 故障的類型及形成的因素

  2.3.1故障的類型

  故障的類型可分為六種:液壓油污染;系統泄漏或空氣進入系統;油溫過高;系統產生噪聲和振動;鉆機移車、立軸給進時的低速爬行;系統中壓力不足或系統無油壓。

  2.3.2故障形成的因素

  內在因素。設計時技術參數選擇不當、系統結構不合理、所選用的元件結構性能質量不符合要求、系統安裝未能達到符合規范要求、零件加工不符合要求,以及經過長期使用后有關零件的正常磨損等。

  外在因素。液壓鉆機運輸、安裝中引起的損壞、使用惡劣、調試、操作、日常維護保養不當等。

  3液壓系統常見故障的排除方法

  3.1 油污引起的故障的排除方法

  液壓油的污染是指從外界混入空氣、水分、粉塵以及由自身氧化后生成的不溶解沉淀物等。油液的污染,會加劇液壓元件中相對運動零件間的磨損,造成節流小孔堵塞或滑閥運動副卡死,并將破壞油的化學穩定性,加速氧化物的產生和油中有機雜質的分解,據資料統計,液壓系統的故障有75%以上是由于油液的污染所造成的,因此,防止液壓油的污染,對保證系統正常工作至關重要。據黃守明[s]采取的主要措施是:①安裝前對管道、鑄件等須經過徹底清晰(機械的和化學的),液壓系統完成總裝后還要進行徹底清洗。②各液壓元件裝配時,禁止用帶纖維的織物(如棉紗等)擦拭。③油箱要合理密封,通大氣處要設空氣濾清器。④密封必須可靠,禁止使用不耐油的密封件及膠管。⑤合理選用濾油器的類型和安裝位置。⑥定期更換油液。

  3.2空氣進入系統引起故障的排除方法

  空氣進入液壓系統(包括水蒸汽及油中有機雜質分解而產生的氣體),通常以氣泡的形式懸浮于液體之中,空氣在系統內的存在是系統產生振動和噪音的主要原因之一。

  采取的主要措施:①首先,油箱中加入足量的液壓油,一般要求油面位于油標窗2/3處以上,其次,吸油管和回油管應插入油面以下,且應保持足夠的深度。②系統各部分應保持充滿油液,其辦法是在液壓泵的出口處安裝一單向閥和在回油路上設置背壓閥。③防止系統中各點壓力低于空氣分離壓。在節流孔、噴嘴、閥類等節流部位,當壓力油從小孔或縫隙高速流出而背壓較低時,會形成局部真空,_旦低于分離壓時,溶解于油中的空氣就會分離出來,因此要求油閥孔的壓力降不能太大,閥前與閥后的壓力比應小于3.50。④阻止從系統中排人油箱的氣泡再循環。其一般方法是使回油管遠離,并用隔板隔開。更為有效的是用60~ 100目的濾網作為氣泡分離器,把油與氣泡分開。⑤應保證管接頭的良好密封,正確地設計排氣裝置。

  3.3油溫過高引起故障的排除方法

  液壓系統油溫過高,將使油液的粘度降低,泄漏增大,容積效率下降,造成油液速度的不穩定,油液變質,密封件老化等。

  采取的主要措施:①保持油箱中油液的正確油位,一般要求油面位于油標窗2/3處以上,使系統有足夠的循環冷卻油。②保持冷卻器內水量充足,管路暢通。③在系統不工作時,液壓泵必須卸荷。④正確選擇油液的粘度。

  3.4 系統有嚴重噪音及振動的排除方法

  振動和噪音是同一物理現象的兩個方面。隨著液壓傳動的速度、油壓和功率的不斷提高,振動與噪音亦趨加劇。噪聲影響操作者的勞動條件,振動則更影響機器的工作精度,或使管接頭送脫甚至斷裂,故應采取措施以減弱或排除它們。

  采取的主要措施:①油箱缺油,吸油過濾器堵塞,使油泵吸空應注入足夠量的新油,清洗過濾器。②油缸等元件存有空氣,應上、下活動活塞,排除空氣。③工作壓力調太高,應降低工作壓力。④油泵軸的密封處和吸油接頭漏氣,應更換密封件、擰緊接頭。⑤泵吸入空氣,應仔細聽運轉聲音,同時在可能發生漏氣的結合部位或密封處涂上油,經涂油后后噪音立即變小則是漏氣處,應予以消除。⑥油泵轉動中轉動軸與泵軸軸心不一致,應重新安裝調整,使軸心在一條直線上。

  3.5 低速爬行故障的排除方法

  在液壓系統中,當油缸在緩慢移動時,在一定條件下可能產生時而滑動、時而停止的交替運動,這種現象稱為“爬行”,爬行是一種不連續的振動。

  采取的主要措施:①減小摩擦力變化、移車、卡盤、給進油缸在往復運動中,摩擦力主要是運動物體與導軌間的摩擦力和液壓缸內密封件的摩擦力。因此,可以充分潤滑導軌滑動面并正確選擇潤滑油,在潤滑油中加入某些添加劑,以及保證滑動面足夠的制造精度來減小摩擦力變化。液壓缸內密封件的摩擦力,可通過正確安裝和調整來使活塞桿在整個行程中受到的摩擦力保持基本一致。②提高液壓系統的剛度,當油液中混入空氣時,則油的有效體積彈性系數大大降低,從而使系統剛度減小,產生爬行。因此必須防止空氣進入液壓系統和設法排出系統中的空氣。此外其他機械傳動部分的剛度亦應盡可能提高,以利消除爬行。③保持供油量變化最小,在工作過程中若負載變化,會引起系統供油量發生變化,從而使爬行更為嚴重,所以爬行還以流量控制閥的性能有關。因此要選用在小流量下保持性能穩定的調速閥,在液壓缸與調速閥之間最好不要采用軟管,因為軟管變形大,也容易引起運動部件的爬行。

  3.6 系統中壓力不足故障的排除方法

  液壓系統壓力不足,其原因及排除方法如下:①油泵排出的油沒有壓力或壓力不足。原因可能是由于油泵的轉向不對,抑或零件損壞以及泵的吸油管阻力過大或漏氣等所致,此時需檢查泵的工作情況,并將發現的故障排除。②溢流閥發生故障。可能因閥芯卡住,先導閥閥座脫落或彈簧折斷而失去作用,或因彈簧調整不當,因而閥口保持在較大開啟狀態使泵排出的油,經溢流閥流回油箱而不能形成所需壓力;也可能由于其他閥動作不靈而卡住,使泵處于卸荷狀態。為此,需要檢查有關閥的工作情況,如發現動作不靈或零件損壞,應進行修復或更換。③油泵的供油壓力能夠由溢流閥調節,但液動機中沒有足夠的壓力來推動負載。這可能是由于管路中的節流小口、閥口被污物堵塞;也可能是由于液動機中密封不好或磨損過多,使壓力油腔和回油腔間泄露嚴重所造成。這就需要仔細檢查管路和液動機構的工作情況,然后將有故障的地方進行修整。可按表2逐一進行XY-6B型鉆機液壓系統故障的排除。

  4.結論

  XY-6B型鉆機液壓系統出現故障,設備不能正常運行,直接影響鉆探生產,通過本文的分析,對不同的故障進行具體問題具體分析,并根據實際情況靈活應用文中判斷方法,準確排除故障并及時總結經驗,從而逐步提高判斷故障的技術水平。另外,重視對液壓系統的維護、維修和保養,及時對出現的故障進行分析、排除,提高鉆機的工作可靠性,確保設備安全運轉。

  參考文獻:

  [1]張赤誠.探礦工程液壓傳動[M].北京:北京地質出版社,1983.

  [2]姜佩東.液壓與氣動技術[M].北京:高等教育出版社,2000.

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