揭秘液壓鑿巖機沖擊活塞故障背后的原因

  液壓鑿巖機（以下簡稱鑿巖機）結構比較復雜、配合精度較高，其零部件失效原因相當復雜。本文主要介紹液壓鑿巖機沖擊活塞損壞的原因，并提供避免沖擊活塞損壞和提高沖擊活塞使用壽命的方法。

1.鑿巖機概述

鑿巖機主要由沖擊部分（殼體、缸體、蓄能器、換向元件、沖擊活塞、緩沖活塞）、回轉部分（回轉馬達、驅動軸、齒輪室、主動齒輪、驅動齒輪、花鍵套、釬尾）和注水箱等組成。以蒙特貝ＨＣ系列鑿巖機為例，其結構如下圖所示。

  在進行鑿巖作業時，鑿巖機往往面臨著嚴苛的工作環境。特別是當鑿巖機開始運轉時，其沖擊活塞必然與釬尾發生接觸，并伴隨著高頻的往復或旋轉時運動，進一步增加了零部件損壞的風險。

2.沖擊活塞損壞分析

（１）沖擊活塞端面損壞

ａ．機械損傷

活塞沖擊端面機械損傷一般有如下４種情況：

  一是由于釬尾端部保留的加工工藝用頭部尖孔造成的活塞沖擊端面的局部變形。在鑿巖機作業過程中，沖擊活塞與釬尾之間會發生高頻次的撞擊，這種重復的沖擊作用會導致活塞端面的特定區域累積應力，引起塑性變形，形成類似乳突狀的異常凸起，如圖下所示。

  在液壓鑿巖機的沖擊活塞已經出現局部變形的情況下，繼續使用相同廠家和規格的釬尾不太可能加劇沖擊活塞的損傷。然而，如果替換為端面沒有頭部尖孔的釬尾，可能會因為缺乏與變形活塞匹配的接觸點，導致沖擊活塞上已有的變形區域進一步惡化，甚至引發破裂和金屬碎片的脫落。若脫落的金屬碎片被夾在活塞與釬尾之間，將可能導致沖擊活塞、釬尾以及釬尾制動套的損壞，如下圖所示。

  二是釬尾的材質和熱處理后的硬度水平對液壓鑿巖機的性能至關重要。硬度不足的釬尾在鑿巖作業中容易發生塑性變形，這不僅會導致打擊面的不均勻，還可能引起沖擊活塞棱邊金屬的剝落。而硬度過高的釬尾則可能在沖擊過程中產生裂紋，甚至導致金屬碎屑脫落，這些碎屑和裂紋都可能對沖擊活塞造成損害。因此，選擇適當硬度的釬尾對于保護沖擊活塞、延長其使用壽命至關重要。

  三是當液壓鑿巖機長時間空打時，活塞與釬尾間的反復沖擊會產生大量熱量和微裂紋，可能導致金屬脫落，從而損傷機器。避免空打是保護鑿巖機、延長其使用壽命的關鍵。

  四是釬尾一旦發生偏斜或混入異物，將改變其與沖擊活塞的接觸方式，由原本的平面接觸變為線狀接觸。這種不均勻的撞擊方式容易導致沖擊活塞的金屬小塊脫落。

避免上述現象發生措施如下：選用鑿巖機生產廠或正規配套商生產的釬尾。操作過程中要盡量避免長時間空打，定期保養，確保釬尾與沖擊活塞同軸。

ｂ．腐蝕

若鑿巖機接觸到腐蝕性物質（氣體或液體），將使活塞外露表面受到腐蝕，金屬表面生銹或脫落。鑿巖機高頻高速沖擊時會產生高熱量，高熱量會加速活塞外露表面腐蝕速度。

避免活塞外露表面腐蝕的方法有：防止水進入鑿巖機內部，勤換水密封，沖渣不使用含硫磷較高、酸性較強的水。

（２）沖擊活塞導承區損壞

ＨＣ系列鑿巖機前導承區支撐在下缸體緩沖活塞上，后導承區支撐在后缸體上。導承區域常見的失效現象有２種：一是與緩沖活塞接觸面咬死，二是沖擊活塞前段斷裂。

在高頻沖擊波的影響下，沖擊活塞的局部區域可能會形成微小的熱裂紋。這些裂紋所在的位置會遭受較大的集中應力，隨著時間的推移，這些應力的累積可能導致疲勞斷裂的發生，如圖４所示。

  沖擊活塞與緩沖活塞接觸不良的原因有以下６種：一是沖擊活塞前段異物侵入，細微顆粒物侵入沖擊活塞與緩沖活塞配合面；二是液壓油受到污染，污染物侵入沖擊活塞與緩沖活塞配合面；三是推進力過大，導致緩沖活塞緩沖腔失效，緩沖活塞端面與缸體端面發生接觸研磨；四是貫穿螺栓損壞或者擰緊力不均勻，造成沖擊活塞與缸體或緩沖活塞不對中；五是各殼體端面不平整，造成貫穿螺栓緊固后沖擊活塞與缸體或緩沖活塞對中性不好；六是緩沖活塞與緩沖活塞套之間存在污染物，導致沖擊活塞與緩沖活塞不對中。

  為了避免沖擊活塞出現熱裂紋和疲勞斷裂，操作人員需要執行定期的維護保養，這包括換液壓油和液壓濾芯，保持各部件表面清潔，并按照規定的力矩擰緊螺栓。特別需要注意的是，一旦發現偶件中的單個零件磨損嚴重，應該換整個偶件，以確保設備的整體性能和壽命。

（３）沖擊活塞氣蝕

若氣蝕發生在活塞前后驅動區域（油液高低壓交替區域）表面，呈現小小的麻點凹坑，基本不影響使用，但會影響使用壽命。若氣蝕發生在沖擊活塞端部撞擊面，也基本不影響使用。若氣蝕粗糙面發生在密封區域，將導致密封替換頻繁、漏油嚴重。沖擊活塞端面氣蝕如下圖所示。

 高壓蓄能器氮氣壓力過高，低壓蓄能器氮氣壓力不足，以及蓄能器損壞造成油液脈動過大，均會加速沖擊活塞氣蝕。帶液壓反打機構的鑿巖機（反打與緩沖共用油源機型）頻繁進行反打，會引起緩沖腔油液脈動過大，導致沖擊活塞緩沖區域氣蝕。長時間在推進力低下情況作業，也可能導致沖擊活塞緩沖區域發生氣蝕。