掘进机液压系统工作原理分析及其使用维护

顾启强

（山西焦煤西山煤电西曲矿，山西 古交 030200）

在煤矿生产过程中，用于开凿巷道作业的主要设备为掘进机。掘进机是由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑部、润滑系统、液压系统、水系统、电气系统和护板部组成。其中液压系统和电气系统分别是掘进机动力来源和控制来源，在实际工作中，液压系统体现出了复杂性和重要性，直接影响整机的可靠性和安全性。

1 液压系统的组成

1.1 掘进机液压系统概述

掘进机液压系统是由多种液压泵及液压阀件、马达、油缸及各类附件组成组成的[1]。掘进机的液压泵分为定量型液压泵、变量型液压泵以及混合型液压泵，不同类型的变量泵系统如图1 所示。掘进机液压系统的发展过程可以分为早期、过渡期和现期三个阶段，早期研发的掘进机采用分动箱齿轮泵结构，行走部采用斜柱塞马达，减速机需要订制，这种定量液压系统目前已经不再使用[2]。过渡期生产的掘进机采用三联叶片泵，行走部马达和减速机采用紧凑型，前期和过渡期的掘进机产品都是小功率产品，在负载增大的情况下可靠性较差，会产生发热等现象，不能满足煤矿生产产能要求和安全生产要求。目前使用的掘进机液压系统普遍采用变量式，变量式液压系统的效率更高，能量损失少[3-4]。

图1 不同类型的变量泵系统

随着煤矿机械化技术的发展，悬臂式掘进机功率越来越大、机身高度却越来越矮，不同型号掘进机的液压系统大同小异[5-6]。本文以西曲矿应用最多的EZB160 型掘进机为例探讨其原理和使用维护事项。

1.2 EBZ160 掘进机液压系统组成

掘进机液压系统由液压泵、液压阀件、马达、油缸及各类附件组成，如图2 所示。在掘进机运行过程中，液压泵输出压力油，将机械能转化为液压油的内能； 液压油在液压阀件的控制下分别供给掘进机各部件的马达或油缸，马达将液压油的内能转化为旋转的动能； 油缸将液压油的内能转化为直线往复的动能，实现掘进机的动作。

图2 掘进机液压系统工作原理

表1 是EBZ160 悬臂式掘进机液压系统组成，液压泵选用变量斜盘式柱塞双泵，为掘进机液压系统主油路提供油源。液压阀件包括主阀、先导阀和溢流阀等，主阀位于操作台内部，在先导阀的控制作用下驱动掘进机各执行机构产生相应动作。按照功能不同，掘进机液压系统的马达分为行走马达、星轮马达、一运马达等。行走马达型号为轴向柱塞马达，通过行走减速器驱动掘进机移动，星轮马达的作用是带动星轮转动，实现物料装载，一运马达的作用是带动一运转动，实现物料运输。驱动油缸的作用是实现截割头的移动及伸缩，还能实现铲板升降和后支撑腿的升降。

表1 EBZ160 悬臂式掘进机液压系统组成

2 液压油管理和使用

2.1 选用和管理

液压系统是掘进机的动力来源，也是经常发生故障的系统，液压油的选用和管理是影响液压系统可靠性的最关键因素。掘进机液压系统工作压力大，选择液压油品牌和型号时要充分考虑油品的耐磨性、抗氧化性和润滑效果。要根据工作环境温度选择合适的掘进机液压油，当环境温度大于30℃时选用L-HM68，当环境温度小于20℃时选用L-HM46，当环境温度在20℃～30℃之间时酌情选择上述两种型号液压油均可。西曲矿掘进机选用L-HM46 型液压油，加油时通过风洞加油装置与快速接头连接，加油管路中装设回油过滤器，实现加油过程的密封性，过滤精度不低于10μ，清洁度要求不低于NAS8。

2.2 检查和更换

掘进机液压系统的油品需要定时进行检查，如果液压油已经不符合使用标准，则必须更换。西曲矿规定每月取油样一升，在清洁的试管中进行保存，保存十天和一个月后与新油进行外观对比检查，如果颜色、透明度、杂物及沉淀物有明显区别，则立即更换该掘进机液压油。如果每月定期检查无异常，掘进机内液压油每三个月更换一次，保证油品合格。当液压油液位降低于最低限度时，要及时追加油量。当液压系统中发现异物，则应全部放空液压油，清理液压管路后注入新油。

3 常见故障分析和处理

掘进机液压系统常发生故障的部位有液压泵、液压缸、溢流阀等。结合西曲矿掘进机使用情况及实际维修经验，总结掘进机液压泵、液压缸、溢流阀等部件发生故障的表现、原因和维修办法。

3.1 液压泵故障

液压泵最常见的故障为不出油、输油量少、压力低。出现这些现象可能的原因为LS 阀卡滞、吸油管堵塞或进油管连接处泄露，导致液压泵内混入空气。此时应调节、清洗或更换LS 阀，疏通吸油管或清洗过滤器，重新检查所有螺钉是否紧固，避免空气进入。如果液压泵发出严重噪音，并伴随压力波动，出现这种现象可能是泵与联轴节不同心，油位低、油温低或油液黏度大，也有可能是泵轴承或泵上的调节阀损坏，对应的解决办法为调整泵与联轴节同心，添加液压油或将液压油加热到适当温度，更换损坏部件。

3.2 液压缸故障

液压缸最常见的故障现象是爬行和推力不足。液压缸出现爬行的原因有空气侵入、端盖密封圈压得太紧或过松，活塞杆弯曲导致与活塞不同心，也可能是双活塞杆两端螺帽过紧，导致同心度下降。如果出现液压缸爬行，首先确定是否为空气进入，增设排气装置，开动液压系统以最大行程使工作部件快速运动，强迫空气排出。如果排除空气进入的原因，则应调整密封垫圈，使其松紧适当，保证活塞杆能来回用手平稳地拉动，大多数情况下此位置会有微量渗油，为正常现象。液压缸推力不足的原因是液压缸和活塞之间的间隙太大，造成密封圈泄露，导致高低压腔之间联通。由于掘进机工作时经常使用液压缸行程的某一段距离，在此范围内造成局部腰鼓形状的变形，导致高低压腔之间互通。液压缸出现推力不足，可采取的办法有调整活塞的间隙或更换密封圈，镗磨修复液压缸孔径，单配活塞。

3.3 溢流阀故障

溢流阀如果出现故障，可能表现为压力波动、调整无效、漏油严重、噪音及振动等。导致溢流阀发生故障的原因可能是弹簧弯曲、断裂、变形等，也可能是钢球、阀座、锥阀等部件密封不良或接触间隙过大等原因。可采取的维修办法为更换弹簧，卸下调整螺帽将导杆接触良好，检查钢球圆度，圆度不符合要求的要更换钢球，同时配合研磨阀座等措施。

3.4 多路阀故障

多路阀故障常表现为滑阀不换向和LS 阀处漏油。滑阀不换向的原因可能是阀体卡死或变形、对中弹簧折断、操作压力小、液控换向阀控制油路被堵塞导致无油等。遇到滑阀不换向应拆开清洗异物，去除可能影响阀体卡死的毛刺，调节阀体安装螺钉使压紧力均匀； 遇到弹簧折断的现象要更换弹簧；如果操作压力小，则应提高操作压力至少为0.35 MPa。造成LS 阀处漏油的可能是密封圈损坏或卸油管带压，要更换密封圈或检查泄油管，确保其正确连通。

4 案例分析

4.1 案例1

现象描述：冬季，某掘进机在升井大修时，设备在厂房启动后无压力，等待一段时间后压力恢复正常，试车时间半小时后压力降为待命压力，操作人员调整执行元件均无反应，其中先导手柄感受到较大反弹力。

故障分析：考虑到冬季厂房气温较低，油液会出现冷凝现象，可能造成控制管路回油不畅、安全阀的调制不足、LS 敏感压力阀阀芯卡涩。

采取措施：①先将油泵空转，用油泵将液压油温度升高，发现压力没有升高，然后操作先导手柄，观察星轮转动情况，发现只有一个星轮转动，其他星轮不动。清洗安全阀后调整液压压力，发现掘进机恢复正常，半小时后压力消失。②检查LS过滤器，发现油路没有堵塞。③检查液压系统控制元件，用测温装置检查两联阀阀面温度，配合手柄弹力分析，可能是回油管路有堵塞现象，拆开先导手柄，放出气体后，发现后续流出液压油有冷凝现象。将先导回油管接到回油集油块上，暂时排除故障。

总结：冬季气温低，先导油路管内的液压油出现冷凝，使流量降低，先导阀无法升温，因此换向阀两侧压力差消失，阀芯回到了中间位置导致压力彻底消失。低温和负压的条件使得先导油管内出现了气泡，气泡进一步阻塞了油流，当油流到十字回油管时，两阀的油压力和温度都增加较快，造成了先导阀不能回油，导致手柄上感应到弹力。

4.2 案例2

现象描述：某掘进机开机后工作正常，操作人员发现油泵的高压管路出现高频跳动，30 分钟后掘进机各执行元件出现速度下降。

故障分析： 出现上述现象可能是油泵回油管路密闭性破坏，造成空气进入，也可能是补油泵坏或溢流阀设置不当。

采取措施：首先打开泄油口放油，检查回油管路的密闭性，发现回油管路密闭性较好，不存在泄漏；然后检查单向阀和溢流阀，发现补油压力低且无法调整，将溢流阀压力逐渐调高，当压力调节到4 bar 时出现溢流，当压力调节到6 bar 时出现断油，因此判断补油泵压力为5 bar，未达到补油压力，应当更换补油齿轮泵，更换补油齿轮泵后故障排除。

总结： 本次故障发生的原因是补油泵压力不足，造成主油泵吸入空气造成了油管振动，在供油出现间断的情况下就会出现油管脉动，造成分油盘磨损。

5 结语

本文总结了西曲矿EBZ160 悬臂式掘进机液压系统的组成及其各部件的作用，从液压油管理、液压系统故障分析和处理两方面中的薄弱环节进行了技术总结。在实际工作中要重视液压油的管理，按规定严格执行有关管理制度，以减少液压系统的故障率。设备检查、检修时对液压系统常发生故障的部件要特别关注，提高检修效率，减少对生产的影响。