AT2000天井鉆機回轉(zhuǎn)故障分析與改進

陳慧泉

（銅陵有色金屬集團冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

AT2000天井鉆機回轉(zhuǎn)故障分析與改進

陳慧泉

（銅陵有色金屬集團冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

針對AT2000天井鉆機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)電液控換向制閥出現(xiàn)換向延遲或換向無反應(yīng)等故障的情況，實踐找出了發(fā)生此故障的原因，并對所存在的主閥壓差不夠的缺陷做了相應(yīng)的改進。

天井鉆機；換向延遲；故障分析；電液換向閥；預(yù)壓閥

1 AT2000型天井鉆機工作原理

AT2000型天井鉆機是湖南有色重型機器有限責任公司自主研發(fā)的井下礦山設(shè)備，主要用于地下礦山及其他工程中，正向鉆進Ф250mm（或Ф280 mm）的導(dǎo)向孔并反向擴Ф2000mm的通風井、充填井或管道井等，也可以用于掘進大斷面天井和溜井，鉆進深度400m，鉆進傾角60°～90°。該鉆機具有成孔效率高、成井質(zhì)量好、操作安全、鉆孔偏斜率小等特點。

天井鉆機成井一般分導(dǎo)孔與擴孔2個步驟，導(dǎo)孔時由推進油缸提供軸向推進力，同時用2個液壓馬達產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)共同作用在鉆頭上。擴孔時由油缸產(chǎn)生提升力，馬達通過減速機鉆桿對擴孔刀盤產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。

AT2000天井鉆機軸向推進與旋轉(zhuǎn)部分主要原理為：鉆孔動作為液壓傳動，旋轉(zhuǎn)由一可調(diào)定量泵為動力源，由溢流閥調(diào)定所需壓力，由電液換向閥控制馬達旋轉(zhuǎn)方向，馬達為內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達，有高、低速二檔可選，通過液壓回路控制改變馬達排量進行高、低檔切換。在經(jīng)過一段時間的使用后，發(fā)現(xiàn)馬達有時不能動作或動作延遲的情況，亟需解決。

2 故障分析

理論上分析，馬達不能動作的原因有4個：泵無輸出、溢流閥卸荷、馬達損壞、馬達回轉(zhuǎn)換向閥沒有打開。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，是控制馬達旋轉(zhuǎn)與停止的電液換向閥不能打開，導(dǎo)致油液經(jīng)液控閥返回油箱。之后經(jīng)反復(fù)現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，此電液閥先導(dǎo)閥能正常打開，但主閥部分未能正常開啟。

AT2000天井鉆機上使用的電液換向閥為4WEH型電液換向閥，用于控制液流的開啟、停止和方向。此閥為內(nèi)供內(nèi)排式電液換向閥，組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括閥體（1）、主閥芯（2）、2個復(fù)位彈簧（3.1，3.2）的主閥及帶2個電磁鐵“a”（5.1）、電磁鐵“b”（5.2）的先導(dǎo)閥（4）。主閥閥芯由彈簧或壓力保持在中位或初始位置。2個彈簧腔（6）通過處于初始位置的先導(dǎo)閥與油箱連通。經(jīng)過控制油路（7）向先導(dǎo)閥（4）供油，控制油可以由內(nèi)部或外部供給（外部供給經(jīng)油口X）。主閥閥芯（2）是彈簧對中的三位四通閥，由先導(dǎo)閥（4）液壓操作。當先導(dǎo)閥一端帶電，通過換向先導(dǎo)油施壓于主閥芯的一端，移動閥芯至操作位置。根據(jù)操作方向，閥芯向低壓端滑動，液壓油則由P口至A口到達執(zhí)行機構(gòu)（旋轉(zhuǎn)液壓馬達），再從馬達出口回流至閥B口，或從閥T口排出，或從P口至B口到達執(zhí)行機構(gòu)，再從馬達出口回流至閥A口從閥T口排出。當電磁鐵斷電，先導(dǎo)閥復(fù)位至靜態(tài)位置彈簧腔卸荷，控制油從彈簧腔先導(dǎo)閥排入T口。

圖1 彈簧對中的電液換向閥結(jié)構(gòu)示意

先導(dǎo)閥的壓力來自主閥P口，常態(tài)下此閥的中位機能為H型，即P、T、A、B口都相通，P口通油后直接經(jīng)過T口流回油箱，則換向時必須是P口壓力高于T口，才能使主閥芯兩端產(chǎn)生壓差從而推動主閥芯向低壓端運動。因此壓差成為主閥能否打開的關(guān)鍵，此壓差由預(yù)壓閥來提供，預(yù)壓閥結(jié)構(gòu)如圖2所示。油液從液控閥P口進入，預(yù)壓閥插裝在主閥進油處，預(yù)壓閥閥芯在彈簧力作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，當P口進油后，油液先從閥體（19）四周的節(jié)流小孔流入先導(dǎo)控制X口，預(yù)壓閥的設(shè)定壓力為4bar，當壓力超過4bar后，預(yù)壓閥閥芯克服彈簧力打開，油液進入閥體。正常情況下能使主閥芯高壓端的壓力比低壓端大4bar，但經(jīng)現(xiàn)場測量主閥兩端的壓力，發(fā)現(xiàn)高壓端壓力為10bar時，低壓端壓力也達到7 bar，因先導(dǎo)換向閥的排油方式為內(nèi)排式，即排油端與主閥T口相通，所以T口回油壓力將在閥芯需要滑動時產(chǎn)生反推力。

圖2 預(yù)壓閥結(jié)構(gòu)示意

3 解決方案分析

預(yù)壓閥在使用一段時間后，因動作頻繁，加之溫度原因使得預(yù)壓彈簧變軟，壓力隨之降低。當預(yù)壓壓力產(chǎn)生的壓差達不到開啟主閥芯所需壓力（＞2.5 bar）時，主閥芯無法開啟，解決方案有如下2種。

（1）更換預(yù)壓閥，將作用在主閥芯兩端的壓力提高，但考慮到實際使用工況，不能保證使用一段時間后同樣的問題不再出現(xiàn)。

（2）改造主閥，將閥芯低壓端壓力減小，則能提高主閥芯兩端壓差。主閥芯兩端的油是與A、B口相通，當先導(dǎo)閥P口與A口相通時，B口將與T口相通，當先導(dǎo)閥A口與液控主閥a端相通時，液控主閥芯將向b端移動，同時b端油液應(yīng)流至先導(dǎo)閥B口再排回T口。很明顯，如果T口回油系統(tǒng)產(chǎn)生的回油壓力直接作用在液控主閥芯的低壓端，換向所需壓差則減小。通過對原理分析，只需將T口壓力減小，換向所需壓差將增大。經(jīng)分析與比較，因換向閥的回油端是通過先導(dǎo)閥排往T口的，只需將主閥的回油壓力即T口壓力與先導(dǎo)閥的T口壓力隔開，同時讓主閥芯排油端通過先導(dǎo)閥直接排回油箱，將大大降低主閥芯動作時排油端的壓力，使作用在主閥芯兩端的壓差提高。

針對以上分析，最終確定改造方法為：加工一過渡閥塊，疊加在先導(dǎo)閥與主閥之間，讓先導(dǎo)閥A、B口與主閥a、b換向口直通，P口則與先導(dǎo)進油口直通，先導(dǎo)閥T口從過渡塊側(cè)面引出，與主閥體y口隔斷，引出的先導(dǎo)回油口用管路接回油箱。

4 改造后效果

在安裝好過渡塊后，分別測量主閥芯兩端壓力，進油端壓力（11bar）不變，回油端壓力為0bar，換向也良好，改造后經(jīng)過1個月的試用，效果良好。之后把我礦使用的同類型天井鉆機都進行了改造，使用過程中再沒出現(xiàn)過同類故障，大大提高了其可靠性與穩(wěn)定性。

［1］黃道斌.AT2000型天井鉆機的應(yīng)用［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，1999（S1）.

［2］孫書彬，汪忠波.天井鉆機在夏甸金礦開拓工程中的應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2010，10（1）：54－56.

［3］李 格，譚祁陽.AT2000型天井鉆機［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，1986（3）.

2012－03－09）

陳惠泉（1970－），男，工程師，從事設(shè)備管理工作。