AT2000天井鉆機回轉故障分析與改進

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天井鉆機回轉系統電液控換向制閥出現換向延遲或換向無反應等故障的情況，實踐找出了發生此故障的原因，并對所存在的主閥壓差不夠的缺陷做了相應的改進。

天井鉆機；換向延遲；故障分析；電液換向閥；預壓閥

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的井下礦山設備，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孔與擴孔2個步驟，導孔時由推進油缸提供軸向推進力，同時用2個液壓馬達產生旋轉共同作用在鉆頭上。擴孔時由油缸產生提升力，馬達通過減速機鉆桿對擴孔刀盤產生旋轉力。

AT2000天井鉆機軸向推進與旋轉部分主要原理為：鉆孔動作為液壓傳動，旋轉由一可調定量泵為動力源，由溢流閥調定所需壓力，由電液換向閥控制馬達旋轉方向，馬達為內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。在經過一段時間的使用后，發現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、馬達回轉換向閥沒有打開。經現場檢查發現，是控制馬達旋轉與停止的電液換向閥不能打開，導致油液經液控閥返回油箱。之后經反復現場試驗發現，此電液閥先導閥能正常打開，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。此閥為內供內排式電液換向閥，組成結構如圖1所示，主要包括閥體（1）、主閥芯（2）、2個復位彈簧（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閥與油箱連通。經過控制油路（7）向先導閥（4）供油，控制油可以由內部或外部供給（外部供給經油口X）。主閥閥芯（2）是彈簧對中的三位四通閥，由先導閥（4）液壓操作。當先導閥一端帶電，通過換向先導油施壓于主閥芯的一端，移動閥芯至操作位置。根據操作方向，閥芯向低壓端滑動，液壓油則由P口至A口到達執行機構（旋轉液壓馬達），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口到達執行機構，再從馬達出口回流至閥A口從閥T口排出。當電磁鐵斷電，先導閥復位至靜態位置彈簧腔卸荷，控制油從彈簧腔先導閥排入T口。

圖1 彈簧對中的電液換向閥結構示意

先導閥的壓力來自主閥P口，常態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鍵，此壓差由預壓閥來提供，預壓閥結構如圖2所示。油液從液控閥P口進入，預壓閥插裝在主閥進油處，預壓閥閥芯在彈簧力作用下處于關閉狀態，當P口進油后，油液先從閥體（19）四周的節流小孔流入先導控制X口，預壓閥的設定壓力為4bar，當壓力超過4bar后，預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，但經現場測量主閥兩端的壓力，發現高壓端壓力為10bar時，低壓端壓力也達到7 bar，因先導換向閥的排油方式為內排式，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生反推力。

圖2 預壓閥結構示意

3 解決方案分析

預壓閥在使用一段時間后，因動作頻繁，加之溫度原因使得預壓彈簧變軟，壓力隨之降低。當預壓壓力產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。

（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，當先導閥P口與A口相通時，B口將與T口相通，當先導閥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端油液應流至先導閥B口再排回T口。很明顯，如果T口回油系統產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。經分析與比較，因換向閥的回油端是通過先導閥排往T口的，只需將主閥的回油壓力即T口壓力與先導閥的T口壓力隔開，同時讓主閥芯排油端通過先導閥直接排回油箱，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，疊加在先導閥與主閥之間，讓先導閥A、B口與主閥a、b換向口直通，P口則與先導進油口直通，先導閥T口從過渡塊側面引出，與主閥體y口隔斷，引出的先導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過同類故障，大大提高了其可靠性與穩定性。

［1］黃道斌.AT2000型天井鉆機的應用［J］.礦業研究與開發，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用［J］.采礦技術，2010，10（1）：54－56.

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

2012－03－09）

陳惠泉（1970－），男，工程師，從事設備管理工作。