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液壓鑿巖機(jī)主要零部件壞原因分析
液壓鑿巖機(jī)是一種巖石孔鉆鑿設(shè)備，具有沖擊、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)、沖洗等多種功能，用于炮孔或錨桿孔的成孔施工。液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此其零部件損壞原因也比較復(fù)雜。本文對(duì)液壓鑿巖機(jī)主要零部件損壞的原因進(jìn)行分析。
1. 蓄能器端蓋裂紋
蓄能器端蓋產(chǎn)生的裂紋如圖 1 所示，產(chǎn)生裂紋有以下 3 個(gè)方面的原因：
一是檢查蓄能器壓力的方法不當(dāng)。對(duì)蓄能器壓力的檢查不能過于頻繁，這是因?yàn)闄z查時(shí)容易造成蓄能器氣囊中氮?dú)庑孤?。蓄能器在充氣壓力低的情況下運(yùn)行，將導(dǎo)致液壓油產(chǎn)生的沖擊力過大。該沖擊力作用在蓄能器端蓋上，可導(dǎo)致蓄能器端蓋產(chǎn)生裂紋。
二是未更換充氮壓力閥。蓄能器大修時(shí)，應(yīng)更換充氮壓力閥。這是因?yàn)榕f的充氮壓力閥經(jīng)過長(zhǎng)期頻繁開、閉，其密封面會(huì)產(chǎn)生磨損。充氮壓力閥密封面磨損后，可造成蓄能器氣囊中氮?dú)庑孤M(jìn)而導(dǎo)致蓄能器端蓋產(chǎn)生裂紋。
三是蓄能器端蓋擰緊力過大。未按規(guī)定力矩?cái)Q緊蓄能器端蓋，可造成其內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致其產(chǎn)生早期裂紋。
2. 沖洗頭破裂
沖洗頭是由高強(qiáng)度耐腐蝕鋼材制作而成，其作用是使水封保持在正確位置并支承止動(dòng)環(huán)。沖洗頭破裂部位如圖 2所示，其破裂原因有以下 3 個(gè)方面：
一是操縱失誤。經(jīng)過對(duì)多起沖洗頭破裂案例進(jìn)行分析后得出結(jié)論，導(dǎo)致沖洗頭破裂的主要原因是液壓鑿巖機(jī)在無推進(jìn)力的情況下操縱沖擊動(dòng)作，特別是高沖擊或反向推進(jìn)(反打)時(shí)，容易造成沖洗頭破裂。
二是沖洗頭被腐蝕。由于制作沖洗頭的材料不能兼具高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，如果所使用的沖洗水具有酸堿腐蝕性，沖洗頭就會(huì)被腐蝕。這種腐蝕作用可使沖洗頭產(chǎn)生裂紋。
三是前端被腐蝕。鑿巖機(jī)前端內(nèi)部安裝了沖洗頭，如果前端被腐蝕，沖洗頭會(huì)向前位移。沖洗頭向前位移后，鑿巖產(chǎn)生的反沖力經(jīng)止動(dòng)環(huán)傳遞到連接板處，造成應(yīng)力集中在前端連接板處的孔
口周圍。因?yàn)檫B接板是連接沖洗頭的部件，應(yīng)力集中容易造成沖洗頭產(chǎn)生破裂。
3. 前端裂紋
液壓鑿巖機(jī)前端內(nèi)部裝有前導(dǎo)套和沖洗頭，承受著由釬尾傳遞過來的所有載荷。前端裂紋部位如圖 3 所示，其破裂原因有以下 3 個(gè)方面：
一是操作失誤。鑿巖機(jī)在低推進(jìn)、無推進(jìn)或者反向推進(jìn)(反打)的情況下，操縱其長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行沖擊作業(yè)。此時(shí)沖擊活塞沖擊力，通過止動(dòng)環(huán)和沖洗頭傳遞到前端，可造成前端產(chǎn)生裂紋。
二是前端內(nèi)部腐蝕。前端內(nèi)部若產(chǎn)生腐蝕，液壓鑿巖機(jī)作業(yè)時(shí)在其腐蝕部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致前端產(chǎn)生裂紋。該裂紋會(huì)隨著時(shí)間延伸，直到完全斷裂。
三是沖洗水腐蝕。如果液壓鑿巖機(jī)使用的是具有腐蝕性的沖洗水，會(huì)造成前端產(chǎn)生腐蝕，其腐蝕部位會(huì)形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致前端產(chǎn)生裂紋。
4. 沖擊活塞導(dǎo)承區(qū)域損壞
沖擊活塞最常見的問題是導(dǎo)承區(qū)域損壞，造成活塞與導(dǎo)向套卡死。沖擊活塞導(dǎo)承區(qū)域損壞如圖 4 所示，其損壞原因有以下 3 個(gè)方面：
一是存在污染物。沖擊活塞導(dǎo)承區(qū)域存在污染物的損害包括：液壓油受到污染后，造成沖擊活塞與與導(dǎo)向套之間接觸不好;密封室與后端蓋或沖擊活塞導(dǎo)向套之間有污染物，導(dǎo)致沖擊活塞對(duì)中性不好。上述損害造成活塞局部表面溫度急劇升高，導(dǎo)致沖擊活塞表面產(chǎn)生微小熱裂紋。這種裂紋不斷向沖擊活塞內(nèi)部擴(kuò)展，最終導(dǎo)致沖擊活塞斷裂。
二是螺栓擰緊力不均衡。鑿巖機(jī)兩側(cè)的螺栓壞損或者擰緊力不均衡，后端蓋螺栓擰緊力不均衡 (在規(guī)定的保養(yǎng)期螺栓沒有重新緊固)，可造成鑿巖機(jī)各部件連接同軸度降低，沖擊活塞沖擊
力不沿直線傳遞，最終可導(dǎo)致沖擊活塞導(dǎo)承區(qū)域與導(dǎo)向套卡死或損壞。
三是嚙合面腐蝕。導(dǎo)向套與活塞嚙合面腐蝕，造成活塞沖擊作業(yè)時(shí)摩擦加劇，導(dǎo)致沖擊活塞導(dǎo)承區(qū)域及導(dǎo)向套過早損壞。
5. 沖擊活塞氣蝕
液壓鑿巖機(jī)的沖擊活塞承受脈沖力，沖擊活塞前、后驅(qū)動(dòng)區(qū)域的表面，以及活塞密封區(qū)域經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生氣蝕。沖擊活塞產(chǎn)生氣蝕情況如圖 5 所示，氣蝕原因有以下 2 個(gè)方面：
一是推進(jìn)壓力過低。液壓鑿巖機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低推進(jìn)壓力下運(yùn)行，可導(dǎo)致沖擊活塞氣蝕。推進(jìn)壓力過低時(shí)，迫使緩沖活塞向前運(yùn)動(dòng)，沖擊活塞的沖擊位置靠前，使沖擊活塞的行程變長(zhǎng)，沖擊頻率降低。因換向閥的換向時(shí)間沒有改變，這樣沖擊活塞的換向與換向閥的換向時(shí)間不相匹配，造成瞬時(shí)高壓，可導(dǎo)致沖擊活塞氣蝕。
二是液壓鑿巖機(jī)頻繁反向推進(jìn)(反打)、蓄能器氣囊中的氮?dú)鈮毫^低或過高以及蓄能器壞損，都將加速?zèng)_擊活塞的氣蝕磨損。例如蓄能器氮?dú)鈮毫^低時(shí)，使緩沖活塞緩沖能力降低，沖擊活塞脈沖得不到緩沖，使液壓油壓力劇增，可造成沖擊活塞氣蝕。
6. 沖擊活塞密封面損壞
沖擊活塞密封面損壞情況如圖 6 所示。沖擊活塞密封面損壞通常原因是活塞密封區(qū)域與缸體之間咬死。由于這部分的鋼制部件之間發(fā)生咬死可能導(dǎo)致沖擊活塞被卡住，所以在沖擊活塞完全斷裂之前就停止了沖擊。沖擊活塞咬死可能有以下 2 種原因：一是液壓油中有雜質(zhì)，或者雜質(zhì)從鑿巖機(jī)外部進(jìn)入到?jīng)_擊活塞密封面和缸體之間。二是側(cè)螺栓擰緊力矩錯(cuò)誤，導(dǎo)致對(duì)中性不好，或沖擊活塞導(dǎo)向套磨損。
7. 沖擊活塞沖擊端面損壞
沖擊活塞沖擊端面損壞情況如與圖7 所示。沖擊活塞沖擊端面損壞通常由以下原因引起：
(1)鹽腐蝕
如果液壓鑿巖機(jī)置于鹽性環(huán)境里一段時(shí)間，即使沒有運(yùn)行 , 金屬也會(huì)受到鹽性侵蝕，疲勞強(qiáng)度將會(huì)比正常情況降低三分之二，活塞正常沖擊幾個(gè)小時(shí)后就會(huì)損壞。沖擊活塞不能承受鹽水侵蝕，延長(zhǎng)活塞壽命的唯一方法就是不使鹽水進(jìn)入鑿巖機(jī)。
(2)腐蝕損壞
如果在鑿巖機(jī)運(yùn)行時(shí)有腐蝕性液體進(jìn)入活塞表面和釬尾處，活塞沖擊端面將會(huì)形成腐蝕凹槽。凹槽會(huì)引發(fā)疲勞裂紋最終導(dǎo)致活塞斷裂。如果活塞損壞不是很嚴(yán)重，可以對(duì)活塞進(jìn)行研磨。
8. 旋轉(zhuǎn)軸承磨損嚴(yán)重
鑿巖機(jī)旋轉(zhuǎn)軸承磨損情況如圖8所示。
旋轉(zhuǎn)軸承預(yù)緊力應(yīng)適當(dāng)，如果預(yù)緊力太小，軸承滾珠將會(huì)偏離滾道并造成軸承損壞。帶有簡(jiǎn)單緩沖活塞的鑿巖機(jī)(如 COP 1032/1238/1440 型鑿巖機(jī))對(duì)旋轉(zhuǎn)軸承預(yù)緊力過小尤為敏感。這些鑿巖機(jī)的緩沖活塞擊打在旋轉(zhuǎn)襯套上，帶來的振動(dòng)引起軸承滾珠偏離其滾道，并導(dǎo)致軸承罩畸形，最終導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸承破裂。
預(yù)緊力過大，使得作用在軸承上摩擦力過大，會(huì)導(dǎo)致軸承過早磨損。組裝旋轉(zhuǎn)軸承時(shí)，必須進(jìn)行軸承預(yù)緊力測(cè)試。
9. 旋轉(zhuǎn)襯套損壞
旋轉(zhuǎn)襯套將沖擊的反作用力從釬尾傳遞到緩沖活塞上，其損壞情況如圖 9所示。導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)襯套損壞通常有 2 個(gè)原因：
(1)潤(rùn)滑不足
充分的潤(rùn)滑是旋轉(zhuǎn)襯套保持良好性能必要條件。高推進(jìn)力和大孔徑鑿孔要加強(qiáng)潤(rùn)滑。旋轉(zhuǎn)襯套端面周圍變色是潤(rùn)滑不足造成的，潤(rùn)滑嚴(yán)重不足時(shí)，可導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)襯套破裂，還會(huì)對(duì)鑿巖機(jī)其他零部件造成損壞。
(2)疲勞損壞
旋轉(zhuǎn)襯套是易損件，一般在沖擊條件下工作 400h 后應(yīng)更換，以防止由于旋轉(zhuǎn)襯套疲勞損壞給其他零件帶來?yè)p壞。
10. 側(cè)螺栓損壞
側(cè)螺栓用于將鑿巖機(jī)的各個(gè)部件組裝在一起，其損壞情況如圖 10 所示。側(cè)螺栓承受著鑿巖過程中由于嚴(yán)重振動(dòng)而產(chǎn)生的沖擊力。為了避免疲勞失效，側(cè)螺栓必須按工藝要求擰緊。造成側(cè)螺栓損壞有 2 個(gè)原因：一是在規(guī)定的間隔期內(nèi)沒有檢查螺栓緊固力矩。二是螺母和螺栓之間有雜質(zhì)，或螺紋腐蝕而導(dǎo)致卡死。
在螺紋腐蝕情況下，即使按照擰緊力矩?cái)Q緊側(cè)螺栓，也不會(huì)產(chǎn)生足夠的緊固力。螺紋上的壓痕、腐蝕點(diǎn)可導(dǎo)致裂紋，這種裂紋可能導(dǎo)致側(cè)螺栓疲勞失效。
側(cè)螺栓嚴(yán)重銹蝕或者有裂紋應(yīng)該更換。每次大修都應(yīng)更換側(cè)螺栓、螺母和墊片，以防止繼發(fā)性損壞。不能將新舊螺栓混用。
11. 止動(dòng)環(huán)損壞
鑿巖機(jī)最常見的損壞原因是由劇烈的反打、低推進(jìn)力或者無推進(jìn)力引起。當(dāng)活塞驅(qū)動(dòng)釬尾到達(dá)其前面位置時(shí)，活塞會(huì)有一些剩余的沖擊力，這些剩余的沖擊力將作用在止動(dòng)環(huán)上。 反打、低推進(jìn)力或者無推進(jìn)力會(huì)造成止動(dòng)環(huán)加速磨損。止動(dòng)環(huán)損壞情況如圖 11 所示。
更換釬尾時(shí)必須檢查止動(dòng)環(huán)，損壞或者磨損超過 1mm 時(shí)就應(yīng)更換。止動(dòng)環(huán)是易損件，為了避免因止動(dòng)環(huán)疲勞損壞造成相關(guān)部件(如緩沖活塞、釬尾)損壞，一般每沖擊 400h 就需更換新止動(dòng)環(huán)。
12. 驅(qū)動(dòng)套磨損
驅(qū)動(dòng)套(三棱套)最常見的故障現(xiàn)象就是過早磨損，其磨損情況如圖 12所示。驅(qū)動(dòng)套磨損通常由以下 4 個(gè)原因引起：一是沒有潤(rùn)滑或者潤(rùn)滑不夠。二是潤(rùn)滑油的型號(hào)不對(duì)。三是鉆孔的孔徑比鑿巖機(jī)所設(shè)計(jì)的尺寸大。四是驅(qū)動(dòng)套過熱。
驅(qū)動(dòng)套過熱可導(dǎo)致釬尾花鍵區(qū)域破裂。此外，驅(qū)動(dòng)套內(nèi)部齒條損壞、前端導(dǎo)向套磨損嚴(yán)重，均會(huì)引起驅(qū)動(dòng)套開裂，驅(qū)動(dòng)套和旋轉(zhuǎn)襯套間隙過大也會(huì)引起驅(qū)動(dòng)套開裂。
13. 緩沖活塞氣蝕
有時(shí)緩沖活塞經(jīng)短時(shí)間運(yùn)行就發(fā)生嚴(yán)重氣蝕，如圖 13 所示。
緩沖活塞氣蝕通常是由于蓄能器膜片破損或者充氮壓力不正確。由此產(chǎn)生的流量波動(dòng)會(huì)在緩沖活塞上產(chǎn)生氣蝕。
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