揭秘液压凿岩机冲击活塞故障背后的原因

  液压凿岩机（以下简称凿岩机）结构比较复杂、配合精度较高，其零部件失效原因相当复杂。本文主要介绍液压凿岩机冲击活塞损坏的原因，并提供避免冲击活塞损坏和提高冲击活塞使用寿命的方法。

1.凿岩机概述

凿岩机主要由冲击部分（壳体、缸体、蓄能器、换向元件、冲击活塞、缓冲活塞）、回转部分（回转马达、驱动轴、齿轮室、主动齿轮、驱动齿轮、花键套、钎尾）和注水箱等组成。以蒙特贝ＨＣ系列凿岩机为例，其结构如下图所示。

  在进行凿岩作业时，凿岩机往往面临着严苛的工作环境。特别是当凿岩机开始运转时，其冲击活塞必然与钎尾发生接触，并伴随着高频的往复或旋转时运动，进一步增加了零部件损坏的风险。

2.冲击活塞损坏分析

（１）冲击活塞端面损坏

ａ．机械损伤

活塞冲击端面机械损伤一般有如下４种情况：

  一是由于钎尾端部保留的加工工艺用头部尖孔造成的活塞冲击端面的局部变形。在凿岩机作业过程中，冲击活塞与钎尾之间会发生高频次的撞击，这种重复的冲击作用会导致活塞端面的特定区域累积应力，引起塑性变形，形成类似乳突状的异常凸起，如图下所示。

  在液压凿岩机的冲击活塞已经出现局部变形的情况下，继续使用相同厂家和规格的钎尾不太可能加剧冲击活塞的损伤。然而，如果替换为端面没有头部尖孔的钎尾，可能会因为缺乏与变形活塞匹配的接触点，导致冲击活塞上已有的变形区域进一步恶化，甚至引发破裂和金属碎片的脱落。若脱落的金属碎片被夹在活塞与钎尾之间，将可能导致冲击活塞、钎尾以及钎尾制动套的损坏，如下图所示。

  二是钎尾的材质和热处理后的硬度水平对液压凿岩机的性能至关重要。硬度不足的钎尾在凿岩作业中容易发生塑性变形，这不仅会导致打击面的不均匀，还可能引起冲击活塞棱边金属的剥落。而硬度过高的钎尾则可能在冲击过程中产生裂纹，甚至导致金属碎屑脱落，这些碎屑和裂纹都可能对冲击活塞造成损害。因此，选择适当硬度的钎尾对于保护冲击活塞、延长其使用寿命至关重要。

  三是当液压凿岩机长时间空打时，活塞与钎尾间的反复冲击会产生大量热量和微裂纹，可能导致金属脱落，从而损伤机器。避免空打是保护凿岩机、延长其使用寿命的关键。

  四是钎尾一旦发生偏斜或混入异物，将改变其与冲击活塞的接触方式，由原本的平面接触变为线状接触。这种不均匀的撞击方式容易导致冲击活塞的金属小块脱落。

避免上述现象发生措施如下：选用凿岩机生产厂或正规配套商生产的钎尾。操作过程中要尽量避免长时间空打，定期保养，确保钎尾与冲击活塞同轴。

ｂ．腐蚀

若凿岩机接触到腐蚀性物质（气体或液体），将使活塞外露表面受到腐蚀，金属表面生锈或脱落。凿岩机高频高速冲击时会产生高热量，高热量会加速活塞外露表面腐蚀速度。

避免活塞外露表面腐蚀的方法有：防止水进入凿岩机内部，勤换水密封，冲渣不使用含硫磷较高、酸性较强的水。

（２）冲击活塞导承区损坏

ＨＣ系列凿岩机前导承区支撑在下缸体缓冲活塞上，后导承区支撑在后缸体上。导承区域常见的失效现象有２种：一是与缓冲活塞接触面咬死，二是冲击活塞前段断裂。

在高频冲击波的影响下，冲击活塞的局部区域可能会形成微小的热裂纹。这些裂纹所在的位置会遭受较大的集中应力，随着时间的推移，这些应力的累积可能导致疲劳断裂的发生，如图４所示。

  冲击活塞与缓冲活塞接触不良的原因有以下６种：一是冲击活塞前段异物侵入，细微颗粒物侵入冲击活塞与缓冲活塞配合面；二是液压油受到污染，污染物侵入冲击活塞与缓冲活塞配合面；三是推进力过大，导致缓冲活塞缓冲腔失效，缓冲活塞端面与缸体端面发生接触研磨；四是贯穿螺栓损坏或者拧紧力不均匀，造成冲击活塞与缸体或缓冲活塞不对中；五是各壳体端面不平整，造成贯穿螺栓紧固后冲击活塞与缸体或缓冲活塞对中性不好；六是缓冲活塞与缓冲活塞套之间存在污染物，导致冲击活塞与缓冲活塞不对中。

  为了避免冲击活塞出现热裂纹和疲劳断裂，操作人员需要执行定期的维护保养，这包括换液压油和液压滤芯，保持各部件表面清洁，并按照规定的力矩拧紧螺栓。特别需要注意的是，一旦发现偶件中的单个零件磨损严重，应该换整个偶件，以确保设备的整体性能和寿命。

（３）冲击活塞气蚀

若气蚀发生在活塞前后驱动区域（油液高低压交替区域）表面，呈现小小的麻点凹坑，基本不影响使用，但会影响使用寿命。若气蚀发生在冲击活塞端部撞击面，也基本不影响使用。若气蚀粗糙面发生在密封区域，将导致密封替换频繁、漏油严重。冲击活塞端面气蚀如下图所示。

 高压蓄能器氮气压力过高，低压蓄能器氮气压力不足，以及蓄能器损坏造成油液脉动过大，均会加速冲击活塞气蚀。带液压反打机构的凿岩机（反打与缓冲共用油源机型）频繁进行反打，会引起缓冲腔油液脉动过大，导致冲击活塞缓冲区域气蚀。长时间在推进力低下情况作业，也可能导致冲击活塞缓冲区域发生气蚀。