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?fù)Q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
AT2000型天井鉆機是湖南有色重型機器有限責(zé)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(fēng)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。
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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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
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(dāng)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(dāng)先導(dǎo)閥P口與A口相通時,B口將與T口相通,當(dāng)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。
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。