钻机液压系统故障分析与排除

                               方桂花1,潘海涛2
       （1.内蒙古科技大学机械学院，内蒙古包头014010；2.内蒙古煤田地质局151 队，内蒙古包头014040）

   摘要：对生产过程中改造后的钻机液压系统出现的故障进行了分析，提出了排除故障的方法与日常维护。
   关键词：钻机；液压系统；故障诊断；维护

    1 、引言
  针对机械钻机使用较普遍，在施工过程中设备搬迁困难、钻孔效率低及施工劳动强度大等问题，对其设备进行了改造。改造后的钻机是机械-液压传动的钻机，主要适用于金属和非金属固体矿床勘探、金刚石小口径钻进、硬质合金钻进及工程地质勘探。改造后的钻机采用液压控制系统，工作人员的劳动条件得到了很大的改善，提高了工作效率和经济效益。改造后钻机设备布置工艺流程见图1 所示。
    
   泵站安装在控制台一侧，扳动控制手柄就可以实现机体的前后移动、钻杆的自动锁紧、加压钻进和减压钻进等。但是，当液压系统安装完毕，进行调试时，系统发生剧烈的振动和噪声。为此，对故障进行了分析并提出了相应的解决方案。
    2 、钻机液压系统
    2.1 工作原理
  改造前的钻机液压系统见图2a所示。
  钻孔深度：1000 mm；立轴行程：500 mm；立轴最大起重量：120 kN；立轴最高压力：80 kN；钻机系统压力：8 MPa；钻机前后移动行程：360 mm。液压系统主要用来实现钻机立轴升降、钻机前后移动、钻具称重、调整孔底压力、事故处理、下套管、起拔套管、油压卡盘卡紧、松开等动作。钻机配有给进缸2 个、卡盘缸2 个、移动缸1 个，通过这些液压缸可以实现钻机立轴升降，下套管、起拔套管、油压卡盘卡紧、松开、钻机前后移动等动作的控制。钻机配有两个液压泵，一个是齿轮泵1，通过带轮和动力机连接；另一个是手动柱塞泵2，当动力机或液压泵1发生故障关闭时，利用手摇液压泵2 供油，可将钻具提离孔底，防止发生埋钻事故。
    2.2 存在的问题
  在图2 所示系统中，液压泵1 为定量泵，在三位四通换向阀回到中位时，液压缸不工作。系统卸载是由先导式溢流阀3 与二位二通换向阀4 组成的卸载回路。这时可将远程控制口通过阀4 与油箱接通，当阀4 通路被切断时，系统正常工作；当阀4 通路被接通时，系统在低压下卸载。但是，当液压系统安装完毕进行调试时，系统发生剧烈的振动和噪声。
    
     3 、故障分析与排除
     3.1 故障的分析
  经检测发现，振动和噪声产生于溢流阀3。拆检溢流阀3 时阀内零件、运动件配合间隙、阀内清洁度、安装等方面都符合要求。将溢流阀3 装在试验台上测试，性能参数均属正常。而装入系统就发生剧烈的振动和噪声。经反复试验与分析，发现卸荷回路中，溢流阀3 的远程控制口到阀4 输入口之间的配管长度较短时，溢流阀3不产生振动和噪声，当配管长度大于1m时，溢流阀3产生振动，并出现异常噪声。其原因是控制腔的容积越大越不稳定，并且长管路中易残存一些空气，这样控制腔中的油液在阀4 通断的工况下，其压力波动较大，导致导阀或主阀的质量-弹簧系统自激振荡噪声。
     3.2 故障的排除
   当对溢流阀3进行远程调压或卸载时，一般应使远程控制管路愈短、愈细愈好，以减小容积，或者设置一个固定阻尼孔5（见图2b）以减小压力冲击及压力波动，安装位置尽可能靠近溢流阀3 远程控制口，将溢流阀3 的控制腔与控制管路隔开，这样流体的压力冲击与波动将被迅速衰减，有效地消除溢流阀3 的振动和噪声。由于溢流阀3 远程控制口的油液回油箱时被节流，将会增加控制腔内油液的压力，于是系统的卸载压力也相应提高了。为了防止系统卸载压力提高过高，固定节流元件的阻尼孔不应太小，只要能消除振动和噪声即可。况且过小的孔容易堵塞，造成系统无法卸载。
     4 、钻机的维护
     4.1 开机前的检查与维护
（1）各部件连接牢固可靠，结合面保持清洁良好；
（2）各润滑部位加注润滑油，检查油箱液面高度；
（3）各制动部位工作必须可靠；
（4）离合器调整合适；
（5）用手盘车观察各部件动作是否准确可靠。
    4. 2 运转中的操纵与维护
（1）动力机的运转正常后，方能开动钻机，接合离合器必须平稳。注意经常保持各部位有足够的润滑油；
（2）变换各挡转速试车，注意各运动部位的声响及温升，一般不超过70℃；
（3）注意压力指示器的指示数值；
（4）注意制动部件和锁紧装置的工作情况；
（5）卡盘磨损调整时，应保持互相对中，否则因卡紧力不均匀而损坏机件；
（6）经常检查各紧固部位的情况。
    4.3 钻机的保养
（1）每班检查各紧固部分，清洗各接合面，按钻机润滑表加注润滑油脂，消除漏油现象；
（2）每周除上述项目外还应检查离合器，手摇泵等部件；
（3）每月清洗一次油箱，过滤油，检查液压油有无变质。
     5、 结束语
  通过对改造后的钻机液压系统故障分析，提出了解决的方案。改进后的液压系统压力稳定，大幅度减弱了振动和噪声。目前改造后的钻机运行正常，工作人员的劳动条件得到了很大的改善，工作效率提高了20%。
     参考文献：
[1] 方桂花，汪建新,等.液压传动[M].北京：地震出版社，2002.
[2] 周庆固.工程钻探技术及施工方法[M].北京：地质出版社，1987.