雙臂鑿巖臺(tái)車液壓油乳化原因分析與處理

宮 升

(中色非洲礦業(yè)公司， 贊比亞基特韋)

0 前言

中色謙比希銅礦自2018年1月引進(jìn)Boomer M2C型雙臂鑿巖臺(tái)車，主要用于巷道掘進(jìn)與井下采礦作業(yè)，前1年時(shí)間的運(yùn)行期間該設(shè)備頻繁發(fā)生液壓油乳化現(xiàn)象，給鉆孔質(zhì)量和速度造成較大影響。

1 液壓油乳化原因及危害

液壓油乳化最主要的原因是液壓油中混入了水。初期，當(dāng)水與液壓油接觸時(shí)，由于水分子之間相互吸引作用力，以水團(tuán)狀懸浮在液壓油中，經(jīng)高壓油泵抽吸與加壓，在液壓腔中受到較大的壓力擠壓，水團(tuán)被迅速分解成水分子并分散在液壓油分子周圍，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的氧化變質(zhì)，液壓油就會(huì)變白。當(dāng)混入水份占0.05%～0.1%時(shí)，油的透明度明顯變差成混濁狀，當(dāng)混入水份占0.2%～0.5%時(shí)，油開(kāi)始乳化，高溫高壓系統(tǒng)循環(huán)后乳化現(xiàn)象將加速。同時(shí)，液壓油在使用過(guò)程中產(chǎn)生的氧化變質(zhì)產(chǎn)物以及外來(lái)污染物會(huì)加速液壓油乳化變質(zhì)[1]。

液壓油乳化會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，具體表現(xiàn)有油液變質(zhì)，減小潤(rùn)滑油膜厚度，降低潤(rùn)滑作用；油液變性聚合而形成大分子，使液體黏度改變；形成有機(jī)酸，腐蝕金屬表面，導(dǎo)致系統(tǒng)元件磨損產(chǎn)生故障；處理過(guò)程中系統(tǒng)沖洗和舊油換新工作所需的液壓油用量增加，并還將產(chǎn)生大量的人工成本和材料消耗[2]。

2 液壓油乳化現(xiàn)象描述

雙臂鑿巖臺(tái)車液壓油乳化現(xiàn)象的發(fā)生主要有三個(gè)階段：初期，液壓油箱油位計(jì)視窗內(nèi)的液壓油由清亮變灰暗色；連續(xù)運(yùn)行4～6 h后，液壓油泛白色并開(kāi)始乳化，鑿巖機(jī)沖擊、緩沖、推進(jìn)系統(tǒng)壓力出現(xiàn)不穩(wěn)定且輕微下降現(xiàn)象；停機(jī)1～2 h后，打開(kāi)液壓油箱底部排水閥發(fā)現(xiàn)有極少量水排出，此時(shí)進(jìn)行油品取樣，樣品靜置4～6 h后，取樣容器內(nèi)油與水分離明顯。

3 液壓油混入水的途徑排查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，仔細(xì)分析了導(dǎo)致液壓油乳化的原因，主要是液壓油內(nèi)混入了水，對(duì)于雙臂鑿巖臺(tái)車來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致液壓油中混入水的途徑有多種，需逐項(xiàng)排查。

3.1 排查油品原因

液壓油的品質(zhì)不好，自身含有水分，抗乳化能力太差，在高溫高壓下會(huì)使液壓油乳化。根據(jù)調(diào)研相關(guān)化驗(yàn)室做化驗(yàn)，一般液壓油溫度不能超過(guò)65度，高溫高壓下，超過(guò)65度，液壓油粘度將會(huì)隨溫度升高而粘度降低[3]。

3.2 排查外部原因

混加不同型號(hào)的油液、錯(cuò)接管路、液壓油箱密封不嚴(yán)呼吸器堵塞不通暢、環(huán)境溫度高液壓油箱內(nèi)產(chǎn)生冷凝水、液壓油儲(chǔ)存地點(diǎn)、油品質(zhì)量、加注油液操作方法不當(dāng)?shù)取?/p>

3.3 排查內(nèi)部原因

鑿巖機(jī)機(jī)頭水封損壞后未及時(shí)更換，導(dǎo)致沖渣水進(jìn)入鑿巖機(jī)內(nèi)泄回油系統(tǒng)，經(jīng)液壓回油散熱器回到液壓油箱。

4 回油系統(tǒng)故障的分析及解決方案

通過(guò)分析雙臂鑿巖臺(tái)車的油路系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看，得出某些元器件損壞將會(huì)導(dǎo)致液壓油乳化問(wèn)題。本文就現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生過(guò)的液壓油乳化后整改措施進(jìn)行匯總。

4.1 故障原因分析

水封111損壞時(shí)，部分沖渣水通過(guò)殼體101上的小孔排出，如不及時(shí)更換，將會(huì)導(dǎo)致沖渣水從水封112、止動(dòng)環(huán)140向沖擊活塞430方向排放。由于沖擊活塞430做功時(shí)產(chǎn)生的氣壓差會(huì)加速?zèng)_渣水向后排放，沖渣水通過(guò)沖擊活塞430中空的通孔向尾端501繼續(xù)排放，經(jīng)內(nèi)泄管接頭71回油至液壓回油散熱器，最終回到液壓油箱，造成液壓油乳化變質(zhì)。

圖1 Boomer M2C型雙臂鑿巖臺(tái)車沖擊和內(nèi)泄回油系統(tǒng)

4.2 解決方案

設(shè)備操作人員在鉆孔鑿巖時(shí)，如發(fā)現(xiàn)鑿巖機(jī)機(jī)頭出現(xiàn)沖渣水泄漏情況時(shí)，應(yīng)立即檢查漏水點(diǎn)并更換水封，避免沖渣水逆流進(jìn)入回油系統(tǒng)。

5 散熱器損壞及解決方案

5.1 板殼式散熱器介紹

本雙臂鑿巖臺(tái)車選用的是板殼式回油散熱器，若由于供水系統(tǒng)問(wèn)題導(dǎo)致回油散熱器內(nèi)部翅板損壞，無(wú)法從外觀發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。板殼式散熱器與管殼式散熱器相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、傳熱面積大、傳熱效率高、冷卻速度快等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)也明顯：翅片間距小、流體阻力大、易堵塞、不易清洗、密封周邊長(zhǎng)、翅板在高壓下易產(chǎn)生裂紋而泄漏等。板殼式散熱器的故障導(dǎo)致液壓油乳化的原因有如下。

W1.入水口 W2.出水口 T5.液壓回油入口 T7.液壓回油出口圖2 板殼式回油散熱器

(1)供水壓力過(guò)大，超過(guò)散熱器翅板的耐壓極限，翅板內(nèi)部膨脹后出現(xiàn)裂紋而產(chǎn)生泄漏。

(2)水質(zhì)差含腐蝕性造成水濾網(wǎng)過(guò)濾功能變差或損壞，水中的雜質(zhì)進(jìn)入散熱器翅板造成內(nèi)部堵塞，通流面積減小，水流體阻力變大，導(dǎo)致散熱器翅板內(nèi)部膨脹后出現(xiàn)。

(3)供水中含有極小細(xì)砂或鐵屑，因無(wú)法被水濾網(wǎng)完全過(guò)濾在進(jìn)入散熱器后不斷撞擊翅板內(nèi)部，造成翅板壁日趨變薄、耐壓程度變差，最終產(chǎn)生泄漏。

5.2 故障分析

由于供水壓力遠(yuǎn)高于液壓系統(tǒng)回油壓力，當(dāng)發(fā)生漏泄時(shí)，水通過(guò)回油散熱器直接進(jìn)入液壓油箱，造成液壓油乳化，具體過(guò)程如下：供水管接入三通閥4→濾網(wǎng)過(guò)濾水中雜質(zhì)→液壓回油散熱器9→集水閥座1(溢流閥控制水壓不超過(guò)14 Bar)，旁通閥11手動(dòng)輔助排水泄壓，二位二通電磁閥根據(jù)液壓油溫度選擇對(duì)液壓油箱進(jìn)行強(qiáng)制冷卻或輔助排水泄壓→增壓水泵2→集水閥座8、18，溢流閥20控制最高水壓不超過(guò)25 Bar，旁通閥21輔助排水泄壓→電磁閥5控制水開(kāi)關(guān)→可調(diào)水流量開(kāi)關(guān)6→鉆臂上水管→鑿巖機(jī)機(jī)頭→鉆孔沖渣。

圖3 Boomer M2C型雙臂鑿巖臺(tái)車供水系統(tǒng)

5.3 解決方案

(1)定期檢查供水源和過(guò)濾系統(tǒng)，確保水源純凈、無(wú)細(xì)砂和顆粒、無(wú)腐蝕性，必要時(shí)應(yīng)取樣觀察。

(2)在設(shè)備進(jìn)水管處加裝壓力表和流量表，便于操作人員觀察供水情況并及時(shí)做出調(diào)整。

(3)開(kāi)啟水閥時(shí)，嚴(yán)格控制進(jìn)水壓力在6～12 Bar之間；單臂鑿巖時(shí)，供水流量應(yīng)控制在75～92 L/min之間，雙臂鑿巖時(shí)，供水流量應(yīng)控制在140～180 L/min之間。

(4)定期檢查圖3中的閥1、7、20和所有手動(dòng)旁通閥工作正常，確保供水系統(tǒng)安全泄壓功能有效。

(5)定期檢查進(jìn)水濾網(wǎng)，如發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)孔徑變大或破損殘缺時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。

(6)每班排放水濾網(wǎng)內(nèi)的殘留雜物，確保供水系統(tǒng)通暢。

5.4 散熱器的清洗與試漏檢測(cè)

(1)清洗：受作業(yè)環(huán)境和水質(zhì)的影響，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用之后，回油散熱器的表面和板殼間的波紋散熱片會(huì)附著一層灰塵與油泥且W1和W2水管接頭處會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁上附著黏泥和堅(jiān)硬的水垢，如不及時(shí)清洗，將導(dǎo)致水系統(tǒng)流通面積減少，各板殼間的循環(huán)水量降低且分布不均，液壓系統(tǒng)散熱功能下降。因此，應(yīng)定期清洗回油散熱器內(nèi)外的水垢和油泥，確保供水、冷卻系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

(2)試漏檢測(cè)：檢測(cè)板殼式散熱器是否泄漏時(shí)，可用液壓油從圖2中T5和T7口處將散熱器加滿，堵頭將W2處密封，再用空壓機(jī)風(fēng)管從W1接頭處接入，緩慢打開(kāi)閥門(mén)并逐步加壓至最大14 Bar，如發(fā)現(xiàn)T5和T7加油口處有氣泡從液壓油內(nèi)浮出，則散熱器內(nèi)部存在泄漏點(diǎn)，供水系統(tǒng)的水混入回油系統(tǒng)，最終導(dǎo)致液壓油乳化，需要立即更換新的散熱器。

5.5 整改效果

后續(xù)對(duì)該臺(tái)雙臂鑿巖臺(tái)車使用情況進(jìn)行持續(xù)性跟蹤調(diào)查二個(gè)月時(shí)間，未再發(fā)現(xiàn)液壓油乳化現(xiàn)象，可以確認(rèn)故障已排除。

5.6 啟發(fā)

對(duì)于一般液壓系統(tǒng)，油液中或多或少難免混入點(diǎn)水，在設(shè)計(jì)結(jié)算可做好相應(yīng)預(yù)案降低“水乳化”程度。

(1)選防乳性較好的液壓油，或者在液壓油中添加防乳化劑；

(2)油箱在結(jié)構(gòu)上提供油水分離的機(jī)會(huì)，使得游離水聚積在油箱的地位，以備清除；

(3)加大管道通經(jīng)，避免管道急劇擴(kuò)大、收縮或急彎，減弱管道內(nèi)紊流的紊動(dòng)程度和防止產(chǎn)生渦流，避免強(qiáng)化水乳化[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

Boomer M2C型雙臂臺(tái)車液壓系統(tǒng)控制原理復(fù)雜，使用同一個(gè)油箱，系統(tǒng)任何一處與水分接觸，都會(huì)造成所有液壓系統(tǒng)乳化，現(xiàn)場(chǎng)排除故障需要對(duì)系統(tǒng)控制原理特別熟悉，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況非常了解的工程師，才能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)找到問(wèn)題根源進(jìn)而解決問(wèn)題[5-6]。

本文對(duì)Boomer M2C型雙臂臺(tái)車供水系統(tǒng)、鑿巖機(jī)沖擊和內(nèi)泄回油系統(tǒng)、液壓回油系統(tǒng)以及板殼式散熱器的工作原理進(jìn)行了梳理，通過(guò)了解液壓油乳化原因以及根據(jù)故障現(xiàn)象查找問(wèn)題根源做出了分析，對(duì)如何防止液壓油乳以及快速檢漏提出了解決方案，為使用此類設(shè)備的礦山和單位提供了借鑒，同時(shí)也為設(shè)備維護(hù)與維修提供了參考意見(jiàn)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)重視系統(tǒng)培訓(xùn)，能夠正確處理現(xiàn)場(chǎng)異常狀況，不得對(duì)系統(tǒng)隨意更改，這樣才能減少系統(tǒng)故障發(fā)生率，提高液壓系統(tǒng)的壽命。