張焰明，胡堂堂ZHANG Yan-ming, HU Tang-tang(北京南車時代機車車輛機械有限公司，北京 102249)

旋挖鉆機主卷揚掉鉆桿問題研究

張焰明，胡堂堂
ZHANG Yan-ming, HU Tang-tang
(北京南車時代機車車輛機械有限公司，北京 102249)

[摘 要]針對旋挖鉆機施工過程中常遇到的“掉鉆桿”問題，基于對現(xiàn)場故障的調研及數(shù)據(jù)分析，從液壓原理出發(fā)分析產(chǎn)生故障的原因，分別對主卷揚下放及提升鉆桿過程中“掉鉆桿”故障產(chǎn)生的機理進行詳盡闡述，并分別給出了解決“掉鉆桿”問題切實可行的措施。

[關鍵詞]旋挖鉆機；掉鉆桿；主卷揚；施工；故障

1 故障描述

一臺旋挖鉆機在施工中，當扳動主卷揚手柄做下放動作時，鉆桿以極快的速度下落砸向地面，此時即使將手柄扳向中位做停止動作，鉆桿也不能停下來。當鉆桿停在半空中，扳動主卷揚手柄做提升動作時，卷揚帶動鉆桿不但不向上提升，反而以極快的速度下落砸向地面，將手柄扳至中位仍無法停止下落。這個問題被稱作“掉鉆桿”，這種現(xiàn)象在春夏秋季節(jié)的施工中偶爾出現(xiàn)，但在冬季施工中經(jīng)常出現(xiàn)，嚴重影響施工進度。

2 主卷揚工作原理

旋挖鉆機主卷揚液壓系統(tǒng)見圖1。

2.1 主卷揚下放

向前扳動主卷揚手柄，輸出控制油通向主閥的控制口右端，主閥換向至右端位置，泵輸出的液壓油，經(jīng)BVD平衡閥A口及單向閥通向馬達的A1口，馬達回油經(jīng)B1口通向BVD平衡閥的E口，同時來自A口的液壓油控制BVD平衡閥閥芯右移，閥口開啟，使E和G接通，從平衡閥B口流出，經(jīng)主閥回油口流回油箱。馬達轉動，帶動主卷揚做下放動作。由于主卷揚下放是負負載，下放時的進口壓力較小，使平衡閥閥口開啟的開口量較小，E口產(chǎn)生足夠大的背壓壓力（E口壓力遠大于A1口壓力），使馬達產(chǎn)生較大的反扭矩，與鉆桿的重力產(chǎn)生的扭矩相平衡，使鉆桿以可控的速度下放，避免失速。

圖1 旋挖鉆機主卷揚液壓系統(tǒng)

2.2 主卷揚提升

向后扳動主卷揚手柄，輸出控制油通向主閥的控制口左端，主閥換向至左端位置，泵輸出的液壓油，經(jīng)BVD平衡閥B口及單向閥通向馬達的B1口，馬達回油經(jīng)A1口通向BVD平衡閥的F口，同時來自B口的液壓油控制BVD平衡閥閥芯左移，閥口開啟，使F和G接通，從平衡閥A口流出，經(jīng)主閥回油口流回油箱。馬達轉動，帶動主卷揚做提升動作。由于主卷揚提升鉆桿是正負載，提升時的進口壓力較大，使平衡閥閥口開啟后的開口量為最大，閥口壓力損失較小，F(xiàn)口的壓力很小，使馬達進出口的壓差較大，足以使馬達產(chǎn)生較大的扭矩提升鉆桿。

3 主卷揚掉鉆桿原因分析

旋挖鉆機在冬季施工時，由于溫度太低，液壓油的粘度增大，造成BVD平衡閥的閥芯換向移動和復位速度過慢。

在進行主卷揚下放動作時，BVD平衡閥的閥芯換向遲緩，E口與G口未能迅速接通，在馬達的A1口建立起較高的壓力，使馬達B1口與A1口壓差減小，導致馬達產(chǎn)生的反扭矩減小，不足以抵抗鉆桿重力產(chǎn)生的扭矩，在鉆桿重力的帶動下快速下放，同時由于A1口壓力較高，又促使平衡閥閥芯開啟較大的開口，F(xiàn)口的壓力迅速降低，產(chǎn)生的背壓更小，甚至還會造成B1口壓力小于A1口壓力，致使主卷揚下降更快，近似自由落體運動。當速度達到一定時，馬達A1口的壓力會下降，這時BVD平衡閥的閥芯在復位彈簧的作用下應該迅速復位，減小開口量，讓E口背壓增高，讓馬達產(chǎn)生反扭矩進行制動。但是由于冬季施工時鉆機油液粘度大造成BVD閥芯不能迅速復位，F(xiàn)口不能迅速建立較高的背壓，馬達不能產(chǎn)生較大的反扭矩，致使主卷揚下降加快，當主泵供油不能滿足馬達的需要時，馬達發(fā)生吸空現(xiàn)象，馬達柱塞腔不能充滿液壓油，建立不起壓力，也就無法使馬達產(chǎn)生扭矩，馬達空轉，在鉆桿重力的帶動下，以自由落體的方式直落到底，重重地砸向地面，導致“掉鉆桿”現(xiàn)象發(fā)生。

當進行主卷揚提升動作時，BVD平衡閥的換向遲緩，E口與G口未能快速接通，在馬達B1口建立較高的壓力，致使溢流閥2開啟，馬達B1口處的液壓油通過溢流閥2流向馬達A1口，使A1口建立起一定的壓力（經(jīng)測試達到了4MPa），使馬達B1口與A1口的壓差減小，馬達產(chǎn)生的提升扭矩較小，小于鉆桿重力產(chǎn)生的扭矩，主卷揚不但不向上提升，反而在鉆桿重力的帶動下向下做下放動作。雖然經(jīng)過較短一段時間后E口和G口完全接通，使A1口壓力下降，但由于鉆桿下降的慣性，B1口壓力仍然較高，不能使溢流閥2關閉，仍形成一個馬達B1口到馬達A1口的液壓油路循環(huán)，造成鉆桿一直向下運動，并且速度會越來越快，直到接觸地面后才停止運動。

4 解決方案

1）主卷揚下放掉鉆桿解決方案 調節(jié)溢流閥3的壓力，將壓力從35MPa調節(jié)至15MPa。由于減小了A1口的壓力，增大了B1口與A1口的壓差，就可以增加馬達的反扭矩，平衡鉆桿重力產(chǎn)生的負負載扭矩。同時可減小BVD平衡閥閥芯開啟的開口量，減小閥芯的復位時間和避免F口的背壓較小，使馬達產(chǎn)生足夠的扭矩克服鉆桿重力產(chǎn)生的扭矩，使主卷揚平穩(wěn)下降，避免主卷揚下放失速。

2）主卷揚提升掉鉆桿解決方案 調節(jié)溢流閥2的壓力，將壓力調節(jié)為37MPa（比系統(tǒng)壓力高出2MPa）。避免馬達的B1口壓力達到系統(tǒng)壓力時發(fā)生溢流，同時還保證主卷揚下放停止時馬達產(chǎn)生沖擊時溢流閥2能開啟溢流，保護馬達。由于在主卷揚提升時，溢流閥2開啟壓力大于系統(tǒng)壓力，溢流閥2沒有溢流，保證馬達的A1口沒有壓力，馬達B1口和A1的壓差就有足夠大，使馬達產(chǎn)生的扭矩能夠提起鉆桿，不會產(chǎn)生鉆桿往下掉的現(xiàn)象。

5 結 論

對旋挖鉆機主卷揚系統(tǒng)的液壓參數(shù)進行調整，將主卷揚下放進油路上的溢流閥的開啟壓力調定為15MPa，將主卷揚馬達上提升進油側的溢流閥的開啟壓力調定為37MPa。然后反復對旋挖鉆機進行主卷揚的提升下放動作，沒有出現(xiàn)主卷揚掉鉆桿現(xiàn)象。

（編輯 于 洋）

［中圖分類號］TU67

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)04-0082-02

［收稿日期］2015-04-07

Research of main winch rod-dropping of the rotary drilling rig