鉆機液壓系統故障分析與排除

婁鳴鶴

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶 163413）

0 引言

鉆機液壓驅動是利用高性能油液作為工作介質來提供動力，可以實現對鉆井系統的自動控制，已經被廣泛應用到油氣資源的開采中。鉆機設備多配置液壓盤剎、液壓動力鉗、液壓絞車、平移裝置等。可以實現無級調速，有著較為平穩的傳動性能，對過載進行自動保護，自動控制程度較高，輸出功率和扭矩都比較大。但受到液壓油質量、過濾、密封性、冷卻系統等方面的影響，如果油液中滲入空氣或雜質會對液壓系統的穩定性造成影響，會存在振動現象，液壓油黏度等特性也會變差。

1 鉆機液壓傳動原理

鉆機的液壓系統是由多種類型的液壓件構建而成。把電機輸出的機械能轉變為液壓油的壓力能，通過對液壓系統的壓力和流量進行調節來實現對液壓系統的控制，在液壓執行機構中把液壓能轉變為機械動能，從而驅動執行機構動作。液壓源是由三相異步電機、液壓油泵組成，液壓油泵把液壓油從油箱中泵出，通過加壓后轉變為液壓能，可以為液壓系統提供能量。液壓執行元件主要有液壓馬達和液壓缸，可以把液壓油具備的液壓能轉變為驅動力，從而使負載動作。液壓控制元件主要有電液比例閥、換向閥和溢流閥等，可以實現對液壓流量和壓力的控制，起到很好的保護作用。液壓系統的輔助元件主要有油箱、蓄能器等。

2 鉆機液壓系統的調試

在對鉆機液壓系統進行安裝和調試以前，應該在無塵裝配間中對每個液壓元件進行徹底的清洗和檢查，核實液壓部件的性能可以滿足設計要求。對液壓元件和管路進行清潔對于保證液壓系統穩定性發揮著重要作用，禁止雜質和灰塵進入液壓系統。第一次試裝配之后，可以采用濃度為20%的鹽酸進行清洗，再利用濃度10%碳酸氫鈉進行中和，利用溫水進行沖洗，干燥之后再進行裝配和調試。鉆機液壓系統的安裝調試需要按流程開展。

2.1 外觀檢查

確認每個液壓元件和液壓管的連接正確，液壓油泵和控制閥門的進出油和回油口位置是否按要求安裝。防塵措施是否設置的齊全，液壓元件的保護是否到位。液壓油箱液位能否滿足液壓系統安全運行，液壓控制閥、液壓管接頭是否達到安裝調試的要求，壓力表是否安裝在便于觀察的位置。如果液壓系統存在問題，需要解決之后再進行試運行。

2.2 空載試車

在空載情況下，可以對鉆機液壓系統回路和液壓元件等的可靠性進行測試，檢查能否達到設計要求，執行元件能否按要求進行動作。使液壓油泵在卸荷條件下運行，對卸荷壓力數值進行檢測，查看是否在正常卸荷區間。一般將卸荷壓力設置在液壓系統工作壓力的10%～20%。檢查液壓系統是否存在著刺耳的噪聲，液壓油箱液面是否有泡沫，如果存在泡沫現象則表明系統中存在空氣。在運行液壓泵之前，需要把系統中的所有溢流閥門都處于打開狀態，啟動之后不存在問題后方可將系統壓力調整為正常數值，避免對油泵產生損傷。

液壓油泵可以根據最大設計行程進行多次往復運動，或者讓油壓馬達以特定速度運行，從而有效地將液壓系統中的空氣排放出來。利用剛性擋塊等使執行元件停止運行，然后緩慢地調整壓力控制閥并觀察壓力表，讓液壓系統達到額定壓力，再對安全閥和壓力繼電器等保護裝置進行檢查，查看液壓元件是否存在漏油問題。液壓系統管路和元件中充滿了液壓油，油箱液位則會下降，需要向油箱中加裝液壓油，使液壓油箱液位達到合理高度。液壓系統執行元件在空載情況下，可以按照設定的工作循環運行，對執行元件的動作進行檢查能否達到設計要求，再對液壓系統的啟動平穩性進行檢查，查看是否存在爬行和沖擊問題。

2.3 負載試車

鉆機液壓系統的空載試車，是使液壓系統工作在額定壓力，對系統的輸出功率、扭矩和運行特性等進行檢查和調試。運行噪聲和振動能否工作在合理區間，每個液壓管路是否存在漏油問題，液壓執行元件運行是否平穩，液壓油運行溫度是否正常。在進行負載試車過程中，需要以較低的負載運行，如果液壓系統運行不存在異常，再緩慢提高負載來進行調試，避免對液壓系統元件造成傷害。

3 鉆機液壓傳動系統故障和排除措施

3.1 液壓執行元件不動作或動作速度較慢

鉆機液壓系統執行元件的運行速度，是由進入到執行元件流量來決定的，當出現該類故障，需要先對導致流量減小的原因進行分析。先檢查液壓泵附近的壓力表數值，如果沒有系統壓力可以對回油管進行檢查，回油管內不存在液壓油，則表明液壓泵并沒有從液壓箱中把液壓油打出來，也可能是液壓泵運行方向不對，或油泵存在著較大泄漏，或液壓油吸油阻力提升。當液壓系統回油管路溢流閥產生回油現象，可以調整溢流閥壓力，如果沒有起到效果，有可能是溢流閥開口部位被卡住，也可能是調整彈簧斷開，再就是主閥門阻尼孔堵塞，液壓油泵內的液壓油都從溢流閥中流走。可以拆卸下溢流閥進行徹底清洗，達到性能要求后再裝回原位。對溢流閥進行清洗之后，如果系統故障還沒有完全消除，則可能存在著壓力油路和液壓泵相關的控制閥卡阻，使系統處于回流狀態，或者由于閥體本身的泄漏較大。這就要拆卸相關的控制閥進行清洗，使其恢復到最初性能。如果還不能排除故障，則存在著液壓泵自身泄漏問題，或者存在著密封不良現象，如果存在著嚴重故障則需要進行修理或換新。

3.2 加載后液壓馬達運行速度較低

當鉆機液壓系統在較低負載或空載條件下，為了達到設定需要，當增加負載時液壓馬達的運行速度降低，可以按著上述介紹的故障排除方法進行解決。該種類型的故障主要是因為液壓元件存在著較大的液壓泄漏?？梢哉{整溢流閥來設定壓力，表明液壓泵、換向閥等元件不存在問題，多是由于換向閥后面的元件存在故障，可以逐步進行排除來解決。

3.3 執行機構順序動作無法準確實現

液壓系統的順序動作等存在的自循環，是通過控制器輸出控制信號來實現的，電液控制閥接收到信號后對液壓系統壓力和流量進行調整。形成該類故障多是因為電液控制元件沒有準確輸出信號，或者給出控制信號沒有正確執行，主要原因如下。

（1）采用行程開關及電磁閥對液壓系統壓力和流量控制，上述元件可能存在故障。

（2）采用壓力繼電器輸出控制信號，該液壓元件存在卡阻現象。

（3）上述兩種原因都可以從電路系統中排查出來，如果不存在上述問題，則表明控制閥沒有按著輸出的控制信號進行動作，多是由于控制閥被雜質卡住，或者存在著較大的油液泄漏，應該對故障元件進行清洗或修復。

3.4 噪聲或振動

液壓系統產生的運行噪聲多是由于振動導致，也有可能是液壓油中存在著空氣、液壓油泵中輸出流量存在著較多的波動、沒有合理選擇液壓元件或液壓管路沒有固定牢靠等。液壓系統存在振動多是因為液壓管沒有正確安裝，需要采取糾正措施。如果液壓管路不存在問題，多是由于液壓油中存在空氣，或是液壓油泵吸油高度大，吸油管路存在著較大的阻力而引起的，再就是液壓油箱透氣性不好，液壓油黏度過高或過濾器存在堵塞而引起的。

3.5 液壓油溫度高

液壓系統產生的功率損失會引起液壓油溫過高，如果鉆機液壓系統溫度過高，則可以從如下方面進行分析。

（1）存在著嚴重泄漏問題。如果液壓油泵運行壓力設置偏大，執行元件由于長時間使用產生磨損而出現間隙過大，液壓密封裝置受損，液壓油黏度較低等。這些因素都可能引起液壓系統泄漏，從而使液壓系統存在能量損失，需要根據不同的原因采取相應解決措施。

（2）卸荷回路無法正常工作。當液壓系統不再需要液壓油時，具有壓力的油會從溢流閥回流到油箱中，這就會產生較大的熱量。需要全面檢查卸荷回路中的控制閥，使卸荷回路可以正常工作。

（3）沒有根據使用要求選用合理黏度的液壓油，液壓系統運行就會產生較大的壓力損失。

（4）進行換向操作時產生沖擊問題，會使液壓系統存在不必要能量損失，就會把能量轉化為熱能，需要合理調整緩沖裝置，避免操作過程中存在沖擊問題。

（5）液壓散熱系統設計不合理，無法把液壓系統運行中的熱量釋放出去，需要對冷卻器等進行全面檢查。

4 結論和建議

鉆機液壓系統比較復雜，存在著較多的控制閥和執行元件，對鉆機液壓系統故障進行分析需要結合實際情況，需要在設計和安裝階段做好質量控制。應該避免空氣進入到液壓系統中，若混入空氣應該采取合理辦法排放出來，避免液壓系統存在振動和噪聲，使執行機構產生爬行，液壓油也會產生變質。需要保證液壓管路和閥組的清潔，如果液壓系統中混入雜質，可能會導致液壓閥被卡住，使閥體孔道被堵住而無法卸壓，也會加大運行部件的磨損，從而使液壓系統無法正常工作。需要科學合理地設置濾油器和安全防護裝置，對過濾器進行定期清理，液壓油到使用壽命需要進行更換。還應該避免出現漏油和運行溫度過高的問題。

鉆機液壓系統產生故障之后，不可以盲目進行拆卸液壓元件，需要按照液壓原理圖入手，充分了解液壓系統運行過程。對可能存在故障的部位進行檢查，修理完成后進行調試和試車，從而高效地處理好鉆機液壓系統故障。