掘進機液壓系統工作原理分析及其使用維護

顧啟強

（山西焦煤西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

在煤礦生產過程中，用于開鑿巷道作業的主要設備為掘進機。掘進機是由截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行走部、后支撐部、潤滑系統、液壓系統、水系統、電氣系統和護板部組成。其中液壓系統和電氣系統分別是掘進機動力來源和控制來源，在實際工作中，液壓系統體現出了復雜性和重要性，直接影響整機的可靠性和安全性。

1 液壓系統的組成

1.1 掘進機液壓系統概述

掘進機液壓系統是由多種液壓泵及液壓閥件、馬達、油缸及各類附件組成組成的[1]。掘進機的液壓泵分為定量型液壓泵、變量型液壓泵以及混合型液壓泵，不同類型的變量泵系統如圖1 所示。掘進機液壓系統的發展過程可以分為早期、過渡期和現期三個階段，早期研發的掘進機采用分動箱齒輪泵結構，行走部采用斜柱塞馬達，減速機需要訂制，這種定量液壓系統目前已經不再使用[2]。過渡期生產的掘進機采用三聯葉片泵，行走部馬達和減速機采用緊湊型，前期和過渡期的掘進機產品都是小功率產品，在負載增大的情況下可靠性較差，會產生發熱等現象，不能滿足煤礦生產產能要求和安全生產要求。目前使用的掘進機液壓系統普遍采用變量式，變量式液壓系統的效率更高，能量損失少[3-4]。

圖1 不同類型的變量泵系統

隨著煤礦機械化技術的發展，懸臂式掘進機功率越來越大、機身高度卻越來越矮，不同型號掘進機的液壓系統大同小異[5-6]。本文以西曲礦應用最多的EZB160 型掘進機為例探討其原理和使用維護事項。

1.2 EBZ160 掘進機液壓系統組成

掘進機液壓系統由液壓泵、液壓閥件、馬達、油缸及各類附件組成，如圖2 所示。在掘進機運行過程中，液壓泵輸出壓力油，將機械能轉化為液壓油的內能； 液壓油在液壓閥件的控制下分別供給掘進機各部件的馬達或油缸，馬達將液壓油的內能轉化為旋轉的動能； 油缸將液壓油的內能轉化為直線往復的動能，實現掘進機的動作。

圖2 掘進機液壓系統工作原理

表1 是EBZ160 懸臂式掘進機液壓系統組成，液壓泵選用變量斜盤式柱塞雙泵，為掘進機液壓系統主油路提供油源。液壓閥件包括主閥、先導閥和溢流閥等，主閥位于操作臺內部，在先導閥的控制作用下驅動掘進機各執行機構產生相應動作。按照功能不同，掘進機液壓系統的馬達分為行走馬達、星輪馬達、一運馬達等。行走馬達型號為軸向柱塞馬達，通過行走減速器驅動掘進機移動，星輪馬達的作用是帶動星輪轉動，實現物料裝載，一運馬達的作用是帶動一運轉動，實現物料運輸。驅動油缸的作用是實現截割頭的移動及伸縮，還能實現鏟板升降和后支撐腿的升降。

表1 EBZ160 懸臂式掘進機液壓系統組成

2 液壓油管理和使用

2.1 選用和管理

液壓系統是掘進機的動力來源，也是經常發生故障的系統，液壓油的選用和管理是影響液壓系統可靠性的最關鍵因素。掘進機液壓系統工作壓力大，選擇液壓油品牌和型號時要充分考慮油品的耐磨性、抗氧化性和潤滑效果。要根據工作環境溫度選擇合適的掘進機液壓油，當環境溫度大于30℃時選用L-HM68，當環境溫度小于20℃時選用L-HM46，當環境溫度在20℃～30℃之間時酌情選擇上述兩種型號液壓油均可。西曲礦掘進機選用L-HM46 型液壓油，加油時通過風洞加油裝置與快速接頭連接，加油管路中裝設回油過濾器，實現加油過程的密封性，過濾精度不低于10μ，清潔度要求不低于NAS8。

2.2 檢查和更換

掘進機液壓系統的油品需要定時進行檢查，如果液壓油已經不符合使用標準，則必須更換。西曲礦規定每月取油樣一升，在清潔的試管中進行保存，保存十天和一個月后與新油進行外觀對比檢查，如果顏色、透明度、雜物及沉淀物有明顯區別，則立即更換該掘進機液壓油。如果每月定期檢查無異常，掘進機內液壓油每三個月更換一次，保證油品合格。當液壓油液位降低于最低限度時，要及時追加油量。當液壓系統中發現異物，則應全部放空液壓油，清理液壓管路后注入新油。

3 常見故障分析和處理

掘進機液壓系統常發生故障的部位有液壓泵、液壓缸、溢流閥等。結合西曲礦掘進機使用情況及實際維修經驗，總結掘進機液壓泵、液壓缸、溢流閥等部件發生故障的表現、原因和維修辦法。

3.1 液壓泵故障

液壓泵最常見的故障為不出油、輸油量少、壓力低。出現這些現象可能的原因為LS 閥卡滯、吸油管堵塞或進油管連接處泄露，導致液壓泵內混入空氣。此時應調節、清洗或更換LS 閥，疏通吸油管或清洗過濾器，重新檢查所有螺釘是否緊固，避免空氣進入。如果液壓泵發出嚴重噪音，并伴隨壓力波動，出現這種現象可能是泵與聯軸節不同心，油位低、油溫低或油液黏度大，也有可能是泵軸承或泵上的調節閥損壞，對應的解決辦法為調整泵與聯軸節同心，添加液壓油或將液壓油加熱到適當溫度，更換損壞部件。

3.2 液壓缸故障

液壓缸最常見的故障現象是爬行和推力不足。液壓缸出現爬行的原因有空氣侵入、端蓋密封圈壓得太緊或過松，活塞桿彎曲導致與活塞不同心，也可能是雙活塞桿兩端螺帽過緊，導致同心度下降。如果出現液壓缸爬行，首先確定是否為空氣進入，增設排氣裝置，開動液壓系統以最大行程使工作部件快速運動，強迫空氣排出。如果排除空氣進入的原因，則應調整密封墊圈，使其松緊適當，保證活塞桿能來回用手平穩地拉動，大多數情況下此位置會有微量滲油，為正?，F象。液壓缸推力不足的原因是液壓缸和活塞之間的間隙太大，造成密封圈泄露，導致高低壓腔之間聯通。由于掘進機工作時經常使用液壓缸行程的某一段距離，在此范圍內造成局部腰鼓形狀的變形，導致高低壓腔之間互通。液壓缸出現推力不足，可采取的辦法有調整活塞的間隙或更換密封圈，鏜磨修復液壓缸孔徑，單配活塞。

3.3 溢流閥故障

溢流閥如果出現故障，可能表現為壓力波動、調整無效、漏油嚴重、噪音及振動等。導致溢流閥發生故障的原因可能是彈簧彎曲、斷裂、變形等，也可能是鋼球、閥座、錐閥等部件密封不良或接觸間隙過大等原因?？刹扇〉木S修辦法為更換彈簧，卸下調整螺帽將導桿接觸良好，檢查鋼球圓度，圓度不符合要求的要更換鋼球，同時配合研磨閥座等措施。

3.4 多路閥故障

多路閥故障常表現為滑閥不換向和LS 閥處漏油?；y不換向的原因可能是閥體卡死或變形、對中彈簧折斷、操作壓力小、液控換向閥控制油路被堵塞導致無油等。遇到滑閥不換向應拆開清洗異物，去除可能影響閥體卡死的毛刺，調節閥體安裝螺釘使壓緊力均勻； 遇到彈簧折斷的現象要更換彈簧；如果操作壓力小，則應提高操作壓力至少為0.35 MPa。造成LS 閥處漏油的可能是密封圈損壞或卸油管帶壓，要更換密封圈或檢查泄油管，確保其正確連通。

4 案例分析

4.1 案例1

現象描述：冬季，某掘進機在升井大修時，設備在廠房啟動后無壓力，等待一段時間后壓力恢復正常，試車時間半小時后壓力降為待命壓力，操作人員調整執行元件均無反應，其中先導手柄感受到較大反彈力。

故障分析：考慮到冬季廠房氣溫較低，油液會出現冷凝現象，可能造成控制管路回油不暢、安全閥的調制不足、LS 敏感壓力閥閥芯卡澀。

采取措施：①先將油泵空轉，用油泵將液壓油溫度升高，發現壓力沒有升高，然后操作先導手柄，觀察星輪轉動情況，發現只有一個星輪轉動，其他星輪不動。清洗安全閥后調整液壓壓力，發現掘進機恢復正常，半小時后壓力消失。②檢查LS過濾器，發現油路沒有堵塞。③檢查液壓系統控制元件，用測溫裝置檢查兩聯閥閥面溫度，配合手柄彈力分析，可能是回油管路有堵塞現象，拆開先導手柄，放出氣體后，發現后續流出液壓油有冷凝現象。將先導回油管接到回油集油塊上，暫時排除故障。

總結：冬季氣溫低，先導油路管內的液壓油出現冷凝，使流量降低，先導閥無法升溫，因此換向閥兩側壓力差消失，閥芯回到了中間位置導致壓力徹底消失。低溫和負壓的條件使得先導油管內出現了氣泡，氣泡進一步阻塞了油流，當油流到十字回油管時，兩閥的油壓力和溫度都增加較快，造成了先導閥不能回油，導致手柄上感應到彈力。

4.2 案例2

現象描述：某掘進機開機后工作正常，操作人員發現油泵的高壓管路出現高頻跳動，30 分鐘后掘進機各執行元件出現速度下降。

故障分析： 出現上述現象可能是油泵回油管路密閉性破壞，造成空氣進入，也可能是補油泵壞或溢流閥設置不當。

采取措施：首先打開泄油口放油，檢查回油管路的密閉性，發現回油管路密閉性較好，不存在泄漏；然后檢查單向閥和溢流閥，發現補油壓力低且無法調整，將溢流閥壓力逐漸調高，當壓力調節到4 bar 時出現溢流，當壓力調節到6 bar 時出現斷油，因此判斷補油泵壓力為5 bar，未達到補油壓力，應當更換補油齒輪泵，更換補油齒輪泵后故障排除。

總結： 本次故障發生的原因是補油泵壓力不足，造成主油泵吸入空氣造成了油管振動，在供油出現間斷的情況下就會出現油管脈動，造成分油盤磨損。

5 結語

本文總結了西曲礦EBZ160 懸臂式掘進機液壓系統的組成及其各部件的作用，從液壓油管理、液壓系統故障分析和處理兩方面中的薄弱環節進行了技術總結。在實際工作中要重視液壓油的管理，按規定嚴格執行有關管理制度，以減少液壓系統的故障率。設備檢查、檢修時對液壓系統常發生故障的部件要特別關注，提高檢修效率，減少對生產的影響。