曹金龍，劉鵠瑋

(1.陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西咸陽712000;2.東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽 110004)

便攜式全液壓鉆機(jī)及其柴油機(jī)組啟動電路問題分析與探討

曹金龍1，劉鵠瑋2

(1.陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西咸陽712000;2.東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽 110004)

介紹了便攜式全液壓鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點，并針對其柴油機(jī)組由于共振出現(xiàn)的電磁閥燒壞、保險脫落、電氣線路脫落等問題進(jìn)行了分析和探討，提出了對便攜式全液壓鉆機(jī)柴油機(jī)組出現(xiàn)的電器問題的解決方案。

便攜式全液壓鉆機(jī);柴油機(jī);啟動電路故障;解決方案

為了解決目前市場對坑道、深山、丘陵、高山等難進(jìn)入地帶的勘探需求，陜西核昌機(jī)電裝備公司在分析了目前國內(nèi)外鉆機(jī)存在的不足的基礎(chǔ)上，順應(yīng)我國地質(zhì)鉆探的發(fā)展方向，研發(fā)的一種新型鉆機(jī)——便攜式全液壓鉆機(jī)。

1 便攜式全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

鉆機(jī)整體外貌如圖1所示。該鉆機(jī)在設(shè)計中充分運用模塊化設(shè)計理念，突出實用、輕巧的設(shè)計思路，以滿足坑道、深山、高地等難進(jìn)入地帶的施工需求。在結(jié)構(gòu)上采用三泵合流再分流的技術(shù)，實現(xiàn)了采用3臺久保田D1803型電噴式柴油機(jī)作為動力單元的多樣組合及輕巧化、模塊化設(shè)計，突出了整體解體性，質(zhì)量輕，可拆性好，最大部件質(zhì)量控制在200 kg以內(nèi)。該鉆機(jī)從第一個孔位搬遷到第二個孔位只需用1天時間，大大節(jié)約了時間和成本，符合了設(shè)計初衷的輕便、易于搬遷、模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了從分流－合流－分流的液壓系統(tǒng)設(shè)計。其結(jié)構(gòu)主要由液壓操控部分、主機(jī)和輔助設(shè)備3大部分組成。

1.1 主機(jī)

圖1 便攜式全液壓鉆機(jī)

主機(jī)是該鉆機(jī)的功能實現(xiàn)部分，主要由動力頭、導(dǎo)軌、底座、液壓夾持器和副桅桿等部分組成。從結(jié)構(gòu)設(shè)計上突出了輕巧、可拆解性強(qiáng)等特點。動力頭可以通過更換液壓馬達(dá)，為主機(jī)提供高速和低速大扭矩的鉆進(jìn)需求，滿足不同工況的鉆進(jìn)參數(shù)要求，以同時滿足高速金剛石鉆進(jìn)和低速大扭矩處理事故的需求。導(dǎo)軌可以根據(jù)不同的鉆進(jìn)行程需求，定制不同規(guī)格的導(dǎo)軌長度及油缸選擇，以此來提高鉆進(jìn)效率，從功能上可以滿足狹小地帶的短行程鉆進(jìn)需求，也可以滿足空曠地段的長行程鉆進(jìn)，實現(xiàn)一機(jī)多用，具有較高的環(huán)境適應(yīng)性。底座通過調(diào)整斜撐桿心位置，可以滿足45°～90°任意傾角的鉆進(jìn)需求。采用液壓夾持機(jī)構(gòu)，夾持力可根據(jù)鉆進(jìn)需要隨時調(diào)整，卡瓦采用圓弧型接觸面。扶正裝置主要用來導(dǎo)向和支撐鉆桿，可以保證鉆機(jī)的傾斜角度不變化，中間的補心套可以靈活更換，可以適用于JS75和JS89管口徑的需要。副桅桿主要在繩索取心鉆進(jìn)及處理事故時提供起拔支撐作用。

1.2 液壓－操控部分

主要包括液壓泵站和操縱臺，給整機(jī)提供集中統(tǒng)一的操作界面和各儀表的指示，在泵站上裝有分流閥，可以根據(jù)鉆進(jìn)需要隨時調(diào)整所需的流量，以便獲得各種轉(zhuǎn)速。在操作臺上裝有溢流閥，可以隨時調(diào)整各部分動作所需的壓力，以滿足不同的工況要求。

1.3 輔助設(shè)備

主要包括液壓絞車、清水泵、柴油機(jī)、泥漿泵及冷卻用的水箱等。

2 便攜式全液壓鉆機(jī)主要特點

(1)采用全液壓動力頭式鉆進(jìn)，由3臺柴油機(jī)驅(qū)動3臺液壓油泵，使給進(jìn)油缸機(jī)構(gòu)實現(xiàn)動力頭快、慢全行程給進(jìn)，即液壓驅(qū)動、液壓給進(jìn)、液壓起拔，且滿足一定轉(zhuǎn)速范圍的無級變速。動力頭部分加裝了緩沖裝置，可以避免在裝卸鉆桿的過程對鉆桿絲扣造成的沖擊，從而延長了鉆桿的使用壽命，此項技術(shù)已獲得國家專利。

(2)液壓井口夾持器，液壓夾緊、液壓松開，具有能補償鉆桿、卡瓦磨損，保持夾持力穩(wěn)定，使用壽命長的優(yōu)點。

(3)液壓系統(tǒng)采用三泵合流再分流的技術(shù)，單獨控制動力頭、給進(jìn)、夾持、液壓絞車、泥漿泵等獨立單元的動作，互不干擾。

(4)雙進(jìn)給液壓缸實現(xiàn)鉆桿進(jìn)給和退回，可通過2個獨立手動閥控制，實現(xiàn)慢速動作和快速動作。進(jìn)口手動優(yōu)先調(diào)速閥實現(xiàn)對進(jìn)給速度的無極調(diào)速，還實現(xiàn)了獨立優(yōu)先供給液壓油給雙進(jìn)給液壓缸，實現(xiàn)進(jìn)給勻速穩(wěn)定。

(5)液壓驅(qū)動鉆機(jī)馬達(dá)，實現(xiàn)大扭矩輸出，馬達(dá)速度通過手動比例閥無級可控，并且可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

(6)整體解體性強(qiáng)，單件質(zhì)量輕，方便人力或畜力搬運轉(zhuǎn)場，宜于山區(qū)丘陵地帶工作，根據(jù)場地情況任意調(diào)整，可以用于更加狹小的空間施工45°～90°角度的鉆孔，對于施工現(xiàn)場具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

(7)工藝適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝等多種工藝，可適用各種地層的鉆進(jìn)需要。

(8)除必要的機(jī)械部分外，全部由液壓作為驅(qū)動源，降低了故障率，也利于維護(hù)使用。

(9)系統(tǒng)配置水冷卻裝置，保障液壓系統(tǒng)熱平衡和高效工作。溫度控制在40～60℃。

3 使用中出現(xiàn)的問題

在陜西省西鄉(xiāng)縣柳樹鎮(zhèn)蔡家梁地區(qū)初期試驗，由于該地區(qū)為多金屬礦，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖層節(jié)理發(fā)育，部分地區(qū)嚴(yán)重破碎坍塌。隨著孔深超過400 m，柴油機(jī)的負(fù)荷越來越大，柴油機(jī)的振動不斷加大，出現(xiàn)了如表1所列的情況，其中一個比較棘手的問題是3臺柴油機(jī)同時啟動，產(chǎn)生共振問題嚴(yán)重，導(dǎo)致柴油機(jī)啟動線路脫落、保險頻繁松動、電磁閥燒壞等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響正常施工。雖然采取了一系列的減振措施，效果不明顯，最后通過深入分析以及試驗，最終確定了解決方案，應(yīng)用至今穩(wěn)定可靠。

表1 柴油機(jī)出現(xiàn)的現(xiàn)象

4 電路對鉆機(jī)正常工作的影響

出現(xiàn)上述電路現(xiàn)象問題后，導(dǎo)致柴油機(jī)無法正常工作，對鉆機(jī)的影響如表2所示。

表2 電路問題對鉆機(jī)正常工作的影響

5 診斷柴油機(jī)組啟動電路問題的方法和分析

5.1 診斷方法

可采用直觀診斷、自診斷系統(tǒng)診斷、簡單儀表診斷和專用儀器診斷等來確定最終故障。

5.1.1 直觀診斷

直觀診斷就是通過人的感覺器官對柴油機(jī)組故障現(xiàn)象進(jìn)行看、問、聽、試、嗅、摸等，了解和掌握故障現(xiàn)象的特點，再進(jìn)行分析、判斷得出結(jié)論的診斷方法。直觀診斷的主要內(nèi)容有:

看:即目測檢查，其目的是在進(jìn)入更為細(xì)致的測試和診斷之前，能消除一些一般性的故障原因。檢查線束的連接狀況，例如柴油機(jī)線束間的連接是否松動或斷開，電線是否有磨破或線間短路現(xiàn)象，電連接器的插頭和插座有無腐蝕現(xiàn)象等。

問:在傾聽用戶的初步意見之后，進(jìn)行一次初步診斷，隨后詢問一些有關(guān)的問題來幫助確定或否定初步診斷的結(jié)果。

聽:主要是聽柴油機(jī)組工作時的聲音，這需要長期的經(jīng)驗累積才能準(zhǔn)確判斷。

試:主要是根據(jù)前述檢查，有針對性的試機(jī)，以便進(jìn)一步準(zhǔn)確的確定故障。

5.1.2 利用柴油機(jī)組自診斷系統(tǒng)診斷

柴油機(jī)組故障自診斷系統(tǒng)可以對系統(tǒng)的故障進(jìn)行自診斷，是一種簡便快捷的診斷方法，例如柴油機(jī)是否充電，通過指示燈診斷。

5.1.3 利用簡單儀表診斷

利用簡單儀表診斷就是利用萬用表和示波器作為通用儀表，對柴油機(jī)組故障進(jìn)行診斷的方法。5.1.4 利用專用診斷儀器診斷

即利用專用的儀表如電瓶專用萬用表來診斷故障。

5.2 最終確定上述故障的原因分析

根據(jù)試驗時柴油機(jī)組啟動電路出現(xiàn)上述現(xiàn)象，采用各種診斷方法判斷，經(jīng)過分析和探討啟動電路圖(電路圖見圖2)，深入剖析各個元器件的作用及其相互關(guān)系。

(1)柴油機(jī)在啟動時，啟動電機(jī)不轉(zhuǎn)，煙筒一點煙也不冒。

故障原因分析:蓄電池缺電，電路系統(tǒng)接觸不良，電磁閥未打開或燒壞等。

綜合采用診斷方法最終故障確定為:中間3號保險片松動。故障排除后，柴油機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

(2)柴油機(jī)在啟動時，啟動電機(jī)轉(zhuǎn)，就是不正常轉(zhuǎn)動。

故障原因分析:蓄電池缺電，預(yù)熱時間短。

綜合采用診斷方法最終故障確定為:預(yù)熱時間短。故障排除后，柴油機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

(3)柴油機(jī)在正常運轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)，煙筒冒一下黑煙，就很快自動熄火。

故障原因:電磁閥那一路有問題，導(dǎo)致電磁閥自動關(guān)閉或者燒壞。

綜合采用診斷方法最終故障確定為:電磁閥夾持線圈燒壞。故障排除后，柴油機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

(4)柴油機(jī)在正常運轉(zhuǎn)時，突然停車。

故障原因:電路系統(tǒng)接觸不良，電磁閥燒壞。

綜合采用診斷方法最終故障確定為:控制盒內(nèi)的一個線頭脫落。故障排除后，柴油機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

6 柴油機(jī)組啟動電路出現(xiàn)的問題解決方案

根據(jù)分析柴油機(jī)組啟動電路出現(xiàn)的原因，共振是不可避免的，所以只有通過優(yōu)化電路和改變連接方式等進(jìn)行解決。

6.1 優(yōu)化電路

在滿足設(shè)計需求和參數(shù)的前提下，優(yōu)化設(shè)計出啟動電路(見圖3)，此優(yōu)化的特點有以下幾點:

圖3 啟動電路

(1)去掉了時間定時器，由于鉆機(jī)在野外環(huán)境惡劣，再加之天氣多變，防凍液換得不及時等導(dǎo)致難啟動，解決了預(yù)熱時間短問題。

(2)用一個管式總保險換掉五檔片式保險，并將總保險設(shè)計安裝在遠(yuǎn)離振動區(qū)的電瓶處，管式保險可遠(yuǎn)離振動的干擾，解決保險片松動、虛接燒壞電器(電磁閥等)問題。

(3)添加一個10檔端子排，讓所有的線都經(jīng)過控制盒里的端子排，使得接線美觀，連接牢靠，維護(hù)方便，解決線頭脫落等問題。

(4)去掉了水溫和油壓指示燈，因為柴油機(jī)的水是每一個小時加一次，機(jī)油是每班上班時檢查的項目，這樣改進(jìn)解決了由于線頭多的問題，降低了故障率。

6.2 改變連接方式

改原先的壓接式為現(xiàn)在的O形線鼻子連接，再用電器專用硅膠膠水加固。以前的壓接方法，工作時間長了以后會把螺絲振松導(dǎo)致線頭脫落，而采用O形線鼻子連接，再用電器專用硅膠膠水加固，解決線頭松動虛接導(dǎo)致電磁閥等電器燒壞問題。

7 改進(jìn)效果的抽樣檢查

2011年9月，隨技術(shù)人員和檢驗人員到陜西略陽縣某礦區(qū)取樣，此孔深386 m，47°斜孔，從開孔到終孔，全程跟蹤觀察，柴油機(jī)改進(jìn)后沒有出現(xiàn)電器故障。

2012年5月，隨技術(shù)人員和質(zhì)檢人員到河北唐山市某礦區(qū)取樣，此孔深180 m，75°斜孔，從開孔到終孔，全程跟蹤觀察，柴油機(jī)改進(jìn)后沒有出現(xiàn)電器故障。

8 結(jié)語

經(jīng)過為期3年的工業(yè)化試驗，累計實現(xiàn)從45°斜孔到90°的直孔之間的鉆探達(dá)到3000多米，最后通過2年隨意抽取用戶、現(xiàn)場跟蹤取樣，證實了改進(jìn)后的可應(yīng)用性，取得了顯著的成果，得到了同行專家的好評。

［1］羅 詩偉，張聯(lián)庫.HQY－500全液壓鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(8).

［2］曾 小珍.柴油機(jī)維修技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］李維珍.12150型高速柴油機(jī)維護(hù)與檢修［M］.北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社，1977.

［4］張立新.汽車發(fā)動機(jī)及電器維修實訓(xùn)教程［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［5］母忠林.柴油機(jī)維修典型案例240例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

Introduction of Portable Fully Hydraulic Drill and Analysis and Discussion of Its Problems in Starting Circuit of Diesel Engine Set

CAO Jin-long1，LIU Hu-wei2(1.Shaanxi Nuclear Mechanical and Electrical Equipment Company Limited，Xianyang Shaanxi 712000，China;2.College of Information Science and Engineering，Northeastern University，Shenyang Liaoning 110004，China)

The structure and the characteristics of portable fully hydraulic drill are introduced.Analysis and discussion are made according to the problems of electromagnetic valve burning out，insurance loss and electric circuit falling off caused by resonance.The solutions for these problems are put forward.

portable fully hydraulic drill;diesel engine;starting circuit fault;solution

P634.3+1

A

1672－7428(2012)08－0042－04

2012－06－19

曹金龍(1985－)，男(漢族)，陜西扶風(fēng)人，陜西核昌機(jī)電裝備有限公司工程師，機(jī)電一體化專業(yè)，從事鉆探機(jī)械的電氣研發(fā)工作，陜西省咸陽市人民西路59號，CJL041027@163.com;劉鵠瑋(1990－)，女(漢族)，陜西咸陽人，東北大學(xué)學(xué)生，電氣工程及自動化專業(yè)，遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路3號巷11號，liuhuwei002@163.com。