AT2000天井钻机回转故障分析与改进

陈慧泉

（铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿， 安徽铜陵市 244000）

AT2000天井钻机回转故障分析与改进

陈慧泉

（铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿， 安徽铜陵市 244000）

针对AT2000天井钻机回转系统电液控换向制阀出现换向延迟或换向无反应等故障的情况，实践找出了发生此故障的原因，并对所存在的主阀压差不够的缺陷做了相应的改进。

天井钻机；换向延迟；故障分析；电液换向阀；预压阀

1 AT2000型天井钻机工作原理

AT2000型天井钻机是湖南有色重型机器有限责任公司自主研发的井下矿山设备，主要用于地下矿山及其他工程中，正向钻进Ф250mm（或Ф280 mm）的导向孔并反向扩Ф2000mm的通风井、充填井或管道井等，也可以用于掘进大断面天井和溜井，钻进深度400m，钻进倾角60°～90°。该钻机具有成孔效率高、成井质量好、操作安全、钻孔偏斜率小等特点。

天井钻机成井一般分导孔与扩孔2个步骤，导孔时由推进油缸提供轴向推进力，同时用2个液压马达产生旋转共同作用在钻头上。扩孔时由油缸产生提升力，马达通过减速机钻杆对扩孔刀盘产生旋转力。

AT2000天井钻机轴向推进与旋转部分主要原理为：钻孔动作为液压传动，旋转由一可调定量泵为动力源，由溢流阀调定所需压力，由电液换向阀控制马达旋转方向，马达为内曲线低速大扭矩液压马达，有高、低速二档可选，通过液压回路控制改变马达排量进行高、低档切换。在经过一段时间的使用后，发现马达有时不能动作或动作延迟的情况，亟需解决。

2 故障分析

理论上分析，马达不能动作的原因有4个：泵无输出、溢流阀卸荷、马达损坏、马达回转换向阀没有打开。经现场检查发现，是控制马达旋转与停止的电液换向阀不能打开，导致油液经液控阀返回油箱。之后经反复现场试验发现，此电液阀先导阀能正常打开，但主阀部分未能正常开启。

AT2000天井钻机上使用的电液换向阀为4WEH型电液换向阀，用于控制液流的开启、停止和方向。此阀为内供内排式电液换向阀，组成结构如图1所示，主要包括阀体（1）、主阀芯（2）、2个复位弹簧（3.1，3.2）的主阀及带2个电磁铁“a”（5.1）、电磁铁“b”（5.2）的先导阀（4）。主阀阀芯由弹簧或压力保持在中位或初始位置。2个弹簧腔（6）通过处于初始位置的先导阀与油箱连通。经过控制油路（7）向先导阀（4）供油，控制油可以由内部或外部供给（外部供给经油口X）。主阀阀芯（2）是弹簧对中的三位四通阀，由先导阀（4）液压操作。当先导阀一端带电，通过换向先导油施压于主阀芯的一端，移动阀芯至操作位置。根据操作方向，阀芯向低压端滑动，液压油则由P口至A口到达执行机构（旋转液压马达），再从马达出口回流至阀B口，或从阀T口排出，或从P口至B口到达执行机构，再从马达出口回流至阀A口从阀T口排出。当电磁铁断电，先导阀复位至静态位置弹簧腔卸荷，控制油从弹簧腔先导阀排入T口。

图1 弹簧对中的电液换向阀结构示意

先导阀的压力来自主阀P口，常态下此阀的中位机能为H型，即P、T、A、B口都相通，P口通油后直接经过T口流回油箱，则换向时必须是P口压力高于T口，才能使主阀芯两端产生压差从而推动主阀芯向低压端运动。因此压差成为主阀能否打开的关键，此压差由预压阀来提供，预压阀结构如图2所示。油液从液控阀P口进入，预压阀插装在主阀进油处，预压阀阀芯在弹簧力作用下处于关闭状态，当P口进油后，油液先从阀体（19）四周的节流小孔流入先导控制X口，预压阀的设定压力为4bar，当压力超过4bar后，预压阀阀芯克服弹簧力打开，油液进入阀体。正常情况下能使主阀芯高压端的压力比低压端大4bar，但经现场测量主阀两端的压力，发现高压端压力为10bar时，低压端压力也达到7 bar，因先导换向阀的排油方式为内排式，即排油端与主阀T口相通，所以T口回油压力将在阀芯需要滑动时产生反推力。

图2 预压阀结构示意

3 解决方案分析

预压阀在使用一段时间后，因动作频繁，加之温度原因使得预压弹簧变软，压力随之降低。当预压压力产生的压差达不到开启主阀芯所需压力（＞2.5 bar）时，主阀芯无法开启，解决方案有如下2种。

（1）更换预压阀，将作用在主阀芯两端的压力提高，但考虑到实际使用工况，不能保证使用一段时间后同样的问题不再出现。

（2）改造主阀，将阀芯低压端压力减小，则能提高主阀芯两端压差。主阀芯两端的油是与A、B口相通，当先导阀P口与A口相通时，B口将与T口相通，当先导阀A口与液控主阀a端相通时，液控主阀芯将向b端移动，同时b端油液应流至先导阀B口再排回T口。很明显，如果T口回油系统产生的回油压力直接作用在液控主阀芯的低压端，换向所需压差则减小。通过对原理分析，只需将T口压力减小，换向所需压差将增大。经分析与比较，因换向阀的回油端是通过先导阀排往T口的，只需将主阀的回油压力即T口压力与先导阀的T口压力隔开，同时让主阀芯排油端通过先导阀直接排回油箱，将大大降低主阀芯动作时排油端的压力，使作用在主阀芯两端的压差提高。

针对以上分析，最终确定改造方法为：加工一过渡阀块，叠加在先导阀与主阀之间，让先导阀A、B口与主阀a、b换向口直通，P口则与先导进油口直通，先导阀T口从过渡块侧面引出，与主阀体y口隔断，引出的先导回油口用管路接回油箱。

4 改造后效果

在安装好过渡块后，分别测量主阀芯两端压力，进油端压力（11bar）不变，回油端压力为0bar，换向也良好，改造后经过1个月的试用，效果良好。之后把我矿使用的同类型天井钻机都进行了改造，使用过程中再没出现过同类故障，大大提高了其可靠性与稳定性。

［1］黄道斌.AT2000型天井钻机的应用［J］.矿业研究与开发，1999（S1）.

［2］孙书彬，汪忠波.天井钻机在夏甸金矿开拓工程中的应用［J］.采矿技术，2010，10（1）：54－56.

［3］李 格，谭祁阳.AT2000型天井钻机［J］.矿业研究与开发，1986（3）.

2012－03－09）

陈惠泉（1970－），男，工程师，从事设备管理工作。