雙臂鑿巖臺車液壓油乳化原因分析與處理

宮 升

(中色非洲礦業公司， 贊比亞基特韋)

0 前言

中色謙比希銅礦自2018年1月引進Boomer M2C型雙臂鑿巖臺車，主要用于巷道掘進與井下采礦作業，前1年時間的運行期間該設備頻繁發生液壓油乳化現象，給鉆孔質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，當水與液壓油接觸時，由于水分子之間相互吸引作用力，以水團狀懸浮在液壓油中，經高壓油泵抽吸與加壓，在液壓腔中受到較大的壓力擠壓，水團被迅速分解成水分子并分散在液壓油分子周圍，經過一段時間的氧化變質，液壓油就會變白。當混入水份占0.05%～0.1%時，油的透明度明顯變差成混濁狀，當混入水份占0.2%～0.5%時，油開始乳化，高溫高壓系統循環后乳化現象將加速。同時，液壓油在使用過程中產生的氧化變質產物以及外來污染物會加速液壓油乳化變質[1]。

液壓油乳化會對液壓系統產生較大的危害，具體表現有油液變質，減小潤滑油膜厚度，降低潤滑作用；油液變性聚合而形成大分子，使液體黏度改變；形成有機酸，腐蝕金屬表面，導致系統元件磨損產生故障；處理過程中系統沖洗和舊油換新工作所需的液壓油用量增加，并還將產生大量的人工成本和材料消耗[2]。

2 液壓油乳化現象描述

雙臂鑿巖臺車液壓油乳化現象的發生主要有三個階段：初期，液壓油箱油位計視窗內的液壓油由清亮變灰暗色；連續運行4～6 h后，液壓油泛白色并開始乳化，鑿巖機沖擊、緩沖、推進系統壓力出現不穩定且輕微下降現象；停機1～2 h后，打開液壓油箱底部排水閥發現有極少量水排出，此時進行油品取樣，樣品靜置4～6 h后，取樣容器內油與水分離明顯。

3 液壓油混入水的途徑排查

根據現場實際情況，仔細分析了導致液壓油乳化的原因，主要是液壓油內混入了水，對于雙臂鑿巖臺車來說，導致液壓油中混入水的途徑有多種，需逐項排查。

3.1 排查油品原因

液壓油的品質不好，自身含有水分，抗乳化能力太差，在高溫高壓下會使液壓油乳化。根據調研相關化驗室做化驗，一般液壓油溫度不能超過65度，高溫高壓下，超過65度，液壓油粘度將會隨溫度升高而粘度降低[3]。

3.2 排查外部原因

混加不同型號的油液、錯接管路、液壓油箱密封不嚴呼吸器堵塞不通暢、環境溫度高液壓油箱內產生冷凝水、液壓油儲存地點、油品質量、加注油液操作方法不當等。

3.3 排查內部原因

鑿巖機機頭水封損壞后未及時更換，導致沖渣水進入鑿巖機內泄回油系統，經液壓回油散熱器回到液壓油箱。

4 回油系統故障的分析及解決方案

通過分析雙臂鑿巖臺車的油路系統，結合現場實際查看，得出某些元器件損壞將會導致液壓油乳化問題。本文就現場實際發生過的液壓油乳化后整改措施進行匯總。

4.1 故障原因分析

水封111損壞時，部分沖渣水通過殼體101上的小孔排出，如不及時更換，將會導致沖渣水從水封112、止動環140向沖擊活塞430方向排放。由于沖擊活塞430做功時產生的氣壓差會加速沖渣水向后排放，沖渣水通過沖擊活塞430中空的通孔向尾端501繼續排放，經內泄管接頭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。

圖1 Boomer M2C型雙臂鑿巖臺車沖擊和內泄回油系統

4.2 解決方案

設備操作人員在鉆孔鑿巖時，如發現鑿巖機機頭出現沖渣水泄漏情況時，應立即檢查漏水點并更換水封，避免沖渣水逆流進入回油系統。

5 散熱器損壞及解決方案

5.1 板殼式散熱器介紹

本雙臂鑿巖臺車選用的是板殼式回油散熱器，若由于供水系統問題導致回油散熱器內部翅板損壞，無法從外觀發現泄漏點。板殼式散熱器與管殼式散熱器相比，具有結構緊湊、體積小、重量輕、傳熱面積大、傳熱效率高、冷卻速度快等優點；其缺點也明顯：翅片間距小、流體阻力大、易堵塞、不易清洗、密封周邊長、翅板在高壓下易產生裂紋而泄漏等。板殼式散熱器的故障導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)供水壓力過大，超過散熱器翅板的耐壓極限，翅板內部膨脹后出現裂紋而產生泄漏。

(2)水質差含腐蝕性造成水濾網過濾功能變差或損壞，水中的雜質進入散熱器翅板造成內部堵塞，通流面積減小，水流體阻力變大，導致散熱器翅板內部膨脹后出現。

(3)供水中含有極小細砂或鐵屑，因無法被水濾網完全過濾在進入散熱器后不斷撞擊翅板內部，造成翅板壁日趨變薄、耐壓程度變差，最終產生泄漏。

5.2 故障分析

由于供水壓力遠高于液壓系統回油壓力，當發生漏泄時，水通過回油散熱器直接進入液壓油箱，造成液壓油乳化，具體過程如下：供水管接入三通閥4→濾網過濾水中雜質→液壓回油散熱器9→集水閥座1(溢流閥控制水壓不超過14 Bar)，旁通閥11手動輔助排水泄壓，二位二通電磁閥根據液壓油溫度選擇對液壓油箱進行強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25 Bar，旁通閥21輔助排水泄壓→電磁閥5控制水開關→可調水流量開關6→鉆臂上水管→鑿巖機機頭→鉆孔沖渣。

圖3 Boomer M2C型雙臂鑿巖臺車供水系統

5.3 解決方案

(1)定期檢查供水源和過濾系統，確保水源純凈、無細砂和顆粒、無腐蝕性，必要時應取樣觀察。

(2)在設備進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做出調整。

(3)開啟水閥時，嚴格控制進水壓力在6～12 Bar之間；單臂鑿巖時，供水流量應控制在75～92 L/min之間，雙臂鑿巖時，供水流量應控制在140～180 L/min之間。

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

(5)定期檢查進水濾網，如發現濾網孔徑變大或破損殘缺時，應及時更換。

(6)每班排放水濾網內的殘留雜物，確保供水系統通暢。

5.4 散熱器的清洗與試漏檢測

(1)清洗：受作業環境和水質的影響，在經過一段時間使用之后，回油散熱器的表面和板殼間的波紋散熱片會附著一層灰塵與油泥且W1和W2水管接頭處會發現內壁上附著黏泥和堅硬的水垢，如不及時清洗，將導致水系統流通面積減少，各板殼間的循環水量降低且分布不均，液壓系統散熱功能下降。因此，應定期清洗回油散熱器內外的水垢和油泥，確保供水、冷卻系統工作穩定。

(2)試漏檢測：檢測板殼式散熱器是否泄漏時，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，再用空壓機風管從W1接頭處接入，緩慢打開閥門并逐步加壓至最大14 Bar，如發現T5和T7加油口處有氣泡從液壓油內浮出，則散熱器內部存在泄漏點，供水系統的水混入回油系統，最終導致液壓油乳化，需要立即更換新的散熱器。

5.5 整改效果

后續對該臺雙臂鑿巖臺車使用情況進行持續性跟蹤調查二個月時間，未再發現液壓油乳化現象，可以確認故障已排除。

5.6 啟發

對于一般液壓系統，油液中或多或少難免混入點水，在設計結算可做好相應預案降低“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)油箱在結構上提供油水分離的機會，使得游離水聚積在油箱的地位，以備清除；

(3)加大管道通經，避免管道急劇擴大、收縮或急彎，減弱管道內紊流的紊動程度和防止產生渦流，避免強化水乳化[4]。

6 結束語

Boomer M2C型雙臂臺車液壓系統控制原理復雜，使用同一個油箱，系統任何一處與水分接觸，都會造成所有液壓系統乳化，現場排除故障需要對系統控制原理特別熟悉，而且對現場工況非常了解的工程師，才能在盡可能短的時間內找到問題根源進而解決問題[5-6]。

本文對Boomer M2C型雙臂臺車供水系統、鑿巖機沖擊和內泄回油系統、液壓回油系統以及板殼式散熱器的工作原理進行了梳理，通過了解液壓油乳化原因以及根據故障現象查找問題根源做出了分析，對如何防止液壓油乳以及快速檢漏提出了解決方案，為使用此類設備的礦山和單位提供了借鑒，同時也為設備維護與維修提供了參考意見。同時現場人員應重視系統培訓，能夠正確處理現場異常狀況，不得對系統隨意更改，這樣才能減少系統故障發生率，提高液壓系統的壽命。