液压凿岩机次要零部件坏缘由剖析

液压凿岩机是一种岩石孔钻凿设备,具有冲击、回转、推进、冲洗等多种功能,用于炮孔或锚杆孔的成孔施工。液压凿岩机结构比较复杂,因此其零部件损坏原因也比较复杂。本文对液压凿岩机主要零部件损坏的原因进行分析。

1. 蓄能器端盖裂纹

蓄能器端盖产生的裂纹如图 1 所示,产生裂纹有以下 3 个方面的原因:

一是检查蓄能器压力的方法不当。对蓄能器压力的检查不能过于频繁,这是因为检查时容易造成蓄能器气囊中氮气泄漏。蓄能器在充气压力低的情况下运行,将导致液压油产生的冲击力过大。该冲击力作用在蓄能器端盖上,可导致蓄能器端盖产生裂纹。

二是未更换充氮压力阀。蓄能器大修时,应更换充氮压力阀。这是因为旧的充氮压力阀经过长期频繁开、闭,其密封面会产生磨损。充氮压力阀密封面磨损后,可造成蓄能器气囊中氮气泄漏,进而导致蓄能器端盖产生裂纹。

三是蓄能器端盖拧紧力过大。未按规定力矩拧紧蓄能器端盖,可造成其内部产生附加应力,导致其产生早期裂纹。

2. 冲洗头破裂

冲洗头是由高强度耐腐蚀钢材制作而成,其作用是使水封保持在正确位置并支承止动环。冲洗头破裂部位如图 2所示,其破裂原因有以下 3 个方面:

一是操纵失误。经过对多起冲洗头破裂案例进行分析后得出结论,导致冲洗头破裂的主要原因是液压凿岩机在无推进力的情况下操纵冲击动作,特别是高冲击或反向推进(反打)时,容易造成冲洗头破裂。

二是冲洗头被腐蚀。由于制作冲洗头的材料不能兼具高强度和良好的耐腐蚀性,如果所使用的冲洗水具有酸碱腐蚀性,冲洗头就会被腐蚀。这种腐蚀作用可使冲洗头产生裂纹。

三是前端被腐蚀。凿岩机前端内部安装了冲洗头,如果前端被腐蚀,冲洗头会向前位移。冲洗头向前位移后,凿岩产生的反冲力经止动环传递到连接板处,造成应力集中在前端连接板处的孔

口周围。因为连接板是连接冲洗头的部件,应力集中容易造成冲洗头产生破裂。

3. 前端裂纹

液压凿岩机前端内部装有前导套和冲洗头,承受着由钎尾传递过来的所有载荷。前端裂纹部位如图 3 所示,其破裂原因有以下 3 个方面:

一是操作失误。凿岩机在低推进、无推进或者反向推进(反打)的情况下,操纵其长时间进行冲击作业。此时冲击活塞冲击力,通过止动环和冲洗头传递到前端,可造成前端产生裂纹。

二是前端内部腐蚀。前端内部若产生腐蚀,液压凿岩机作业时在其腐蚀部位会产生应力集中,导致前端产生裂纹。该裂纹会随着时间延伸,直到完全断裂。

三是冲洗水腐蚀。如果液压凿岩机使用的是具有腐蚀性的冲洗水,会造成前端产生腐蚀,其腐蚀部位会形成应力集中,导致前端产生裂纹。

4. 冲击活塞导承区域损坏

冲击活塞最常见的问题是导承区域损坏,造成活塞与导向套卡死。冲击活塞导承区域损坏如图 4 所示,其损坏原因有以下 3 个方面:

一是存在污染物。冲击活塞导承区域存在污染物的损害包括:液压油受到污染后,造成冲击活塞与与导向套之间接触不好;密封室与后端盖或冲击活塞导向套之间有污染物,导致冲击活塞对中性不好。上述损害造成活塞局部表面温度急剧升高,导致冲击活塞表面产生微小热裂纹。这种裂纹不断向冲击活塞内部扩展,最终导致冲击活塞断裂。

二是螺栓拧紧力不均衡。凿岩机两侧的螺栓坏损或者拧紧力不均衡,后端盖螺栓拧紧力不均衡 (在规定的保养期螺栓没有重新紧固),可造成凿岩机各部件连接同轴度降低,冲击活塞冲击

力不沿直线传递,最终可导致冲击活塞导承区域与导向套卡死或损坏。

三是啮合面腐蚀。导向套与活塞啮合面腐蚀,造成活塞冲击作业时摩擦加剧,导致冲击活塞导承区域及导向套过早损坏。

5. 冲击活塞气蚀

液压凿岩机的冲击活塞承受脉冲力,冲击活塞前、后驱动区域的表面,以及活塞密封区域经常会产生气蚀。冲击活塞产生气蚀情况如图 5 所示,气蚀原因有以下 2 个方面:

一是推进压力过低。液压凿岩机长时间在低推进压力下运行,可导致冲击活塞气蚀。推进压力过低时,迫使缓冲活塞向前运动,冲击活塞的冲击位置靠前,使冲击活塞的行程变长,冲击频率降低。因换向阀的换向时间没有改变,这样冲击活塞的换向与换向阀的换向时间不相匹配,造成瞬时高压,可导致冲击活塞气蚀。

二是液压凿岩机频繁反向推进(反打)、蓄能器气囊,沙巴体育-在线官网,中的氮气压力过低或过高以及蓄能器坏损,都将加速冲击活塞的气蚀磨损。例如蓄能器氮气压力过低时,使缓冲活塞缓冲能力降低,冲击活塞脉冲得不到缓冲,使液压油压力剧增,可造成冲击活塞气蚀。

6. 冲击活塞密封面损坏

冲击活塞密封面损坏情况如图 6 所示。冲击活塞密封面损坏通常原因是活塞密封区域与缸体之间咬死。由于这部分的钢制部件之间发生咬死可能导致冲击活塞被卡住,所以在冲击活塞完全断裂之前就停止了冲击。冲击活塞咬死可能有以下 2 种原因:一是液压油中有杂质,或者杂质从凿岩机外部进入到冲击活塞密封面和缸体之间。二是侧螺栓拧紧力矩错误,导致对中性不好,或冲击活塞导向套磨损。

7. 冲击活塞冲击端面损坏

冲击活塞冲击端面损坏情况如与图7 所示。冲击活塞冲击端面损坏通常由以下原因引起:

(1)盐腐蚀

如果液压凿岩机置于盐性环境里一段时间,即使没有运行 , 金属也会受到盐性侵蚀,疲劳强度将会比正常情况降低三分之二,活塞正常冲击几个小时后就会损坏。冲击活塞不能承受盐水侵蚀,延长活塞寿命的唯一方法就是不使盐水进入凿岩机。

(2)腐蚀损坏

如果在凿岩机运行时有腐蚀性液体进入活塞表面和钎尾处,活塞冲击端面将会形成腐蚀凹槽。凹槽会引发疲劳裂纹最终导致活塞断裂。如果活塞损坏不是很严重,可以对活塞进行研磨。

8. 旋转轴承磨损严重

凿岩机旋转轴承磨损情况如图8所示。

旋转轴承预紧力应适当,如果预紧力太小,轴承滚珠将会偏离滚道并造成轴承损坏。带有简单缓冲活塞的凿岩机(如 COP 1032/1238/1440 型凿岩机)对旋转轴承预紧力过小尤为敏感。这些凿岩机的缓冲活塞击打在旋转衬套上,带来的振动引起轴承滚珠偏离其滚道,并导致轴承罩畸形,最终导致旋转轴承破裂。

预紧力过大,使得作用在轴承上摩擦力过大,会导致轴承过早磨损。组装旋转轴承时,必须进行轴承预紧力测试。

9. 旋转衬套损坏

旋转衬套将冲击的反作用力从钎尾传递到缓冲活塞上,其损坏情况如图 9所示。导致旋转衬套损坏通常有 2 个原因:

(1)润滑不足

充分的润滑是旋转衬套保持良好性能必要条件。高推进力和大孔径凿孔要加强润滑。旋转衬套端面周围变色是润滑不足造成的,润滑严重不足时,可导致旋转衬套破裂,还会对凿岩机其他零部件造成损坏。

(2)疲劳损坏

旋转衬套是易损件,一般在冲击条件下工作 400h 后应更换,以防止由于旋转衬套疲劳损坏给其他零件带来损坏。

10. 侧螺栓损坏

侧螺栓用于将凿岩机的各个部件组装在一起,其损坏情况如图 10 所示。侧螺栓承受着凿岩过程中由于严重振动而产生的冲击力。为了避免疲劳失效,侧螺栓必须按工艺要求拧紧。造成侧螺栓损坏有 2 个原因:一是在规定的间隔期内没有检查螺栓紧固力矩。二是螺母和螺栓之间有杂质,或螺纹腐蚀而导致卡死。

在螺纹腐蚀情况下,即使按照拧紧力矩拧紧侧螺栓,也不会产生足够的紧固力。螺纹上的压痕、腐蚀点可导致裂纹,这种裂纹可能导致侧螺栓疲劳失效。

侧螺栓严重锈蚀或者有裂纹应该更换。每次大修都应更换侧螺栓、螺母和垫片,以防止继发性损坏。不能将新旧螺栓混用。

11. 止动环损坏

凿岩机最常见的损坏原因是由剧烈的反打、低推进力或者无推进力引起。当活塞驱动钎尾到达其前面位置时,活塞会有一些剩余的冲击力,这些剩余的冲击力将作用在止动环上。 反打、低推进力或者无推进力会造成止动环加速磨损。止动环损坏情况如图 11 所示。

更换钎尾时必须检查止动环,损坏或者磨损超过 1mm 时就应更换。止动环是易损件,为了避免因止动环疲劳损坏造成相关部件(如缓冲活塞、钎尾)损坏,一般每冲击 400h 就需更换新止动环。

12. 驱动套磨损

驱动套(三棱套)最常见的故障现象就是过早磨损,其磨损情况如图 12所示。驱动套磨损通常由以下 4 个原因引起:一是没有润滑或者润滑不够。二是润滑油的型号不对。三是钻孔的孔径比凿岩机所设计的尺寸大。四是驱动套过热。

驱动套过热可导致钎尾花键区域破裂。此外,驱动套内部齿条损坏、前端导向套磨损严重,均会引起驱动套开裂,驱动套和旋转衬套间隙过大也会引起驱动套开裂。

13. 缓冲活塞气蚀

有时缓冲活塞经短时间运行就发生严重气蚀,如图 13 所示。

缓冲活塞气蚀通常是由于蓄能器膜片破损或者充氮压力不正确。由此产生的流量波动会在缓冲活塞上产生气蚀。

附图

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责任编辑:Yaodl

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