Resumen: Se expone la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso aplicando un termómetro infrarrojo para los fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia, es decir, la insuficiencia de presión del sistema y la temperatura excesivamente alta causados por fugas internas.

0.Introducción

Con el desarrollo de la economía mundial, la crisis energética global y el auge de los recursos mineros se intensifican y calientan cada vez más. La industria de fabricación y reparación de equipos mineros acogerá una nueva era de rápido surgimiento y desarrollo. En la actualidad, los equipos mineros asfaltados hidráulicos completos, debido a su excelente rendimiento, son ampliamente utilizados en algunas minas medianas y grandes. En la aplicación práctica, estos equipos mineros presentan el problema común del sistema hidráulico de "dificultad para detectar los fallos". Tomando como ejemplo la bota perforadora Atlas Copco de Suecia, este artículo presenta la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso aplicando un termómetro infrarrojo para los fallos típicos de fugas internas en el sistema hidráulico de maquinaria de ingeniería, lo que puede reducir eficazmente el tiempo de diagnóstico de fallos y guiar las operaciones de reparación.

1.Composición básica del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia

Los equipos perforadores fabricados por la empresa Atlas Copco se utilizan ampliamente en las principales minas del mundo. Ya sea en la excavación de túneles, minas de cielo abierto o minas subterráneas, ya sea en minas metálicas o no metálicas, los equipos perforadores de esta empresa han obtenido una excelente reputación. Las botas perforadoras monobrazos Atlas Copco de Suecia: RocketBoomer S1/104/281/L1, las botas perforadoras dobrabrazos: RocketBoomer 282/E2/M2/L2, las botas perforadoras tribrazos: RocketBoomer E3/XE3/WE3/L3WL3/XL3, las botas perforadoras tetrabrazos Rocket Boomer WL4, etc., todas utilizan el sistema hidráulico principal de trabajo RCS o DCS. En este sistema hidráulico, los componentes hidráulicos precisos son básicamente productos de las empresas alemanas Rexroth y estadounidenses Parker. Está formado por bombas de plúmeras axiales variables, bombas de engranajes dobles, válvulas de control de operación principal triple, válvulas de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones, válvulas de control de soporte de cinco combinaciones, válvulas de control de techo de dos combinaciones, válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable de dos combinaciones, válvulas de control de mando, válvulas lógicas, válvulas reductoras de presión de mando de 25 bar y otros componentes hidráulicos.

2.Fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco

En la aplicación práctica de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia, los fallos más comunes y típicos del sistema hidráulico son la insuficiencia de presión del sistema y la temperatura alta. Antes de realizar un estudio y un juicio detallados sobre el fallo de insuficiencia de presión del sistema hidráulico, el método de tratamiento habitual es reemplazar la bomba hidráulica o la válvula de control de operación principal triple. La nueva bomba hidráulica tiene un cierto margen de tolerancia para la cantidad de fugas permitida. Después de la sustitución, puede garantizar temporalmente la presión normal del sistema. Sin embargo, después de trabajar normalmente solo durante diez o quince días, el fallo volverá a surgir. Si el fallo de temperatura alta del sistema hidráulico no se cura por completo, acelerará el desgaste de los componentes del sistema. Como resultado, la presión del sistema disminuirá aún más. El método sencillo de reemplazar la bomba hidráulica y las válvulas en una nueva ronda hará que el costo de reparación de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia se mantenga en un nivel elevado.

3.Causas y riesgos de la temperatura alta del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia

Cuando la bota perforadora Atlas Copco de Suecia realiza la operación de perforación, las válvulas de control hidráulicas se encuentran en el estado de trabajo de sellado del aceite de presión, y la presión de trabajo generalmente está entre 180 y 230 bar. En el estado de trabajo a alta presión, es inevitable que haya fugas. Las fugas externas se pueden ver de forma intuitiva, y son fáciles de detectar y tratar. Las fugas internas, sin embargo, son difíciles de percibir. El fallo de fugas internas no solo es difícil de detectar, sino que también causará pérdidas de potencia en el sistema hidráulico. Las pérdidas de potencia del sistema hidráulico, por un lado, causarán pérdidas energéticas y harán que la eficiencia total del sistema disminuya. Por otro lado, la mayor parte de la energía perdida se convertirá en calor, lo que provocará un aumento de la temperatura del aceite hidráulico. Esto no solo reduce la eficiencia del sistema hidráulico, sino que también acelera la degradación de la calidad del aceite. Cuando la temperatura del aceite hidráulico supera los 65°C, cada aumento de 9°C hará que la vida útil del aceite se reduzca a la mitad. Los resultados serán los siguientes:

(1) La viscosidad del aceite de trabajo disminuye y las fugas de la bomba aumentan;

(2) La capacidad de sellado del sistema hidráulico y de los componentes se reduce, e incluso puede fallar, lo que aumenta las fugas;

(3) Entre el mandril y el cuerpo de la válvula hidráulica, debido a la dilatación térmica, puede ocurrir el bloqueo del mandril, y la válvula no puede funcionar;

(4) La capacidad lubricante del aceite disminuye, el desgaste de los componentes hidráulicos se acelera, lo que acelera el desgaste y la falla de los componentes y reduce su vida útil;

(5) El aceite se vaporiza y evapora, lo que puede causar la aparición de cavitaciones y erosión cavitacional en los componentes hidráulicos;

(6) La pared interior del tubo de caucho hidráulico se desprende, lo que puede bloquear los filtros, el enfriador de agua y los orificios pequeños dentro de la válvula hidráulica, y hacer que el sistema hidráulico no funcione correctamente;

(7) Se reduce el período de mantenimiento general y el período de desecho del equipo.

4.Técnicas de diagnóstico anteriores de los fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco

Los fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia, es decir, la insuficiencia de presión y el fallo de temperatura alta, son los fallos más difíciles de detectar en la reparación real del equipo. Esto también es una de las deficiencias inherentes del sistema hidráulico. Sin embargo, en última instancia, ambos tienen la misma causa: las fugas internas.

El método que se ha seguido durante mucho tiempo para diagnosticar los fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia en la producción es instalar un manómetro en el sistema utilizando el método directo o el método de derivación. Luego, es necesario acoplar en serie secuencialmente las válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable de dos combinaciones, las válvulas de control de techo de dos combinaciones, las válvulas de control de soporte de cinco combinaciones, las válvulas de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones, las válvulas de control de mando, la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar, las válvulas de control de trabajo principal triple, o reemplazar la válvula de seguridad de 280 bar instalada en el lado derecho del cuerpo de la válvula, y luego observar la lectura del manómetro. A través de la comparación, se busca el componente de control con fugas internas y, después, se realiza el tratamiento correspondiente. La disposición de los componentes del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia es compacta, y desmontar y montar repetidamente es algo muy agotador. Los inconvenientes de utilizar este método de diagnóstico son los siguientes:

(1) En un solo diagnóstico, es necesario acoplar en serie los 7 controladores de válvulas, sin omitir ninguno. La intensidad laboral es muy alta, y se necesitan al menos 6 a 8 horas. La eficiencia de reparación es muy baja.

(2) La precisión de diagnóstico es baja. No se puede diagnosticar una válvula de control con una cantidad de fugas menor de 1000 mL/min.

(3) El desmontaje frecuente de las tuberías del sistema no solo contaminará el sistema hidráulico y causará fallos secundarios, sino que también causará la fuga exterior de aceite, el desperdicio y la contaminación ambiental.

(4) No hay una definición estricta de si el desgaste de la bomba hidráulica está dentro del rango normal, lo que a menudo lleva a un juicio erróneo y a la sustitución de la misma.

(5) La temperatura demasiado alta del aceite del sistema hidráulico puede desencadenar el riesgo de incendios.

5.Técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso de los fallos típicos del sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco

5.1 Principio y método de la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso

El significado físico de la ecuación de Bernoulli nos dice que un líquido ideal que fluye de forma estable en un tubo sellado tiene tres tipos de energía (energía de presión, energía potencial y energía cinética) en cualquier sección de flujo. La suma total de estas energías es una constante. Aunque las tres energías pueden convertirse entre sí, el valor total permanece invariante. Según la ley de conservación de la energía, no es difícil analizar el problema de la conversión de energía de las fugas internas en el sistema hidráulico. Las fugas internas en el sistema hidráulico pueden considerarse intuitivamente como la conversión de la energía de presión, la energía potencial y la energía cinética en otra energía, lo que lleva a una disminución de la presión del sistema. Además del desgaste de los componentes hidráulicos causado por la disminución de la presión del sistema, el resto de la energía se convierte en calor. La conversión y liberación del calor hacen que la temperatura de los componentes del sistema hidráulico y del aceite aumente repentinamente. El método específico de la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso es el siguiente:

Después de arrancar el motor de la bota perforadora, coloque la palanca de descarga de las válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable de dos combinaciones en la posición de carga, y coloque las otras válvulas de control en la posición media. Después de que el motor funcione a alta velocidad durante 3 a 5 minutos, utilice un termómetro infrarrojo para medir la temperatura del aceite en el tanque, la carcasa de la bomba hidráulica, la salida de aceite y las válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable de dos combinaciones, las válvulas de control de techo de dos combinaciones, las válvulas de control de soporte de cinco combinaciones, las válvulas de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones, las válvulas de control de mando, la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar, la salida de retorno (T) de las válvulas de control de trabajo principal triple y el cuerpo de la válvula de seguridad de 280 bar instalado en el lado derecho del cuerpo de la válvula de control de trabajo principal triple. La temperatura normal de funcionamiento de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia debe estar entre 30 y 65°C. A través de la comparación de las temperaturas detectadas, se puede determinar fácilmente la ubicación de las fugas internas. Además, esta técnica de diagnóstico también puede diagnosticar con precisión el estado de funcionamiento del enfriador de agua, lo que permite tratar rápidamente los fallos de forma objetivo y dirigida.

5.2 Datos de referencia de la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso

5.2.1 Diagnóstico de la bomba hidráulica

Si la temperatura de la carcasa de la bomba hidráulica es 5°C a 10°C más alta que la temperatura del aceite de salida de la bomba hidráulica, se puede determinar que el desgaste mecánico de la bomba hidráulica es mayor, pero todavía se puede utilizar. Si la diferencia de temperatura es mayor de 10°C y la presión del sistema ajustada no tiene problemas, significa que el desgaste de la bomba hidráulica es grave y necesita reparación o reemplazo.

5.2.2 Diagnóstico de la válvula de control

Si hay fugas internas en el sistema hidráulico y la presión disminuye, no alcanzando los 210 bar, es necesario medir la temperatura de la salida de retorno (T) de las válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable de dos combinaciones, las válvulas de control de techo de dos combinaciones, las válvulas de control de soporte de cinco combinaciones, las válvulas de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones, las válvulas de control de mando, la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar y las válvulas de control de trabajo principal triple. Si la temperatura medida es 6°C menor que la temperatura de salida de la bomba hidráulica, significa que la cantidad de fugas de cada válvula de control está dentro del rango normal. Si la diferencia de temperatura es mayor de 6°C, significa que hay fugas anormales en la válvula de control y es necesario desarmarla para repararla. Si los sellos internos de la válvula de control no tienen problemas, significa que hay fugas entre el mandril y el cuerpo de la válvula y es necesario reemplazarla. Aquí es importante tener en cuenta que: la válvula de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable tiene una válvula de escape de 210 bar instalada dentro del cuerpo de la válvula. Antes de reparar la válvula de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable, es necesario desmontar y revisar la válvula de escape de 210 bar.

La válvula de control de trabajo principal triple tiene una válvula de seguridad de 280 bar instalada en el lado derecho del cuerpo de la válvula. Cuando la temperatura de la salida de retorno (T) de la válvula de control de trabajo principal triple es 6°C mayor que la temperatura de salida de la bomba hidráulica, es necesario medir primero la temperatura de la válvula de seguridad de 280 bar. La temperatura normal de la válvula de seguridad de 280 bar debe tener una diferencia de temperatura no mayor de 10°C con el aceite en el tanque y no mayor de 5°C con la temperatura del cuerpo de la válvula. De lo contrario, significa que hay fugas internas en la válvula de seguridad de 280 bar y es necesario desmontarla y revisarla.

5.2.3 Relación entre la temperatura de la salida T de la válvula de control hidráulica y la cantidad de fugas internas

Cada vez que la temperatura de la salida de aceite (T) de las válvulas de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable, las válvulas de control de techo de dos combinaciones, las válvulas de control de soporte de cinco combinaciones, las válvulas de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones, las válvulas de control de mando y la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar es 1°C mayor que la temperatura de salida de la bomba hidráulica, la cantidad de fugas internas aumenta entre 60 y 130 mL/min. Utilizando este parámetro, se puede determinar con precisión la cantidad de fugas internas de cada válvula de control hidráulica y guiar muy bien las operaciones de reparación.

5.2.4 Diagnóstico del enfriador de agua

Cuando el enfriador de agua de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia funciona normalmente (ambos brazos realizan la operación de perforación), la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de aceite debe estar entre 5 y 10°C, y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de agua debe estar entre 6 y 8°C. Si es menor que este rango, significa que la eficiencia del enfriador de agua disminuye, el conducto de aceite está obstruido o se ha formado una capa espesa de incrustaciones en la pared interior del conducto de agua, y es necesario desmontarlo y tratarlo.

Ventajas de la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso de la bota perforadora Atlas Copco

Según esta técnica de diagnóstico, se puede diagnosticar rápidamente y con precisión en un corto período de tiempo la ubicación de las fugas internas en el sistema hidráulico de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia y determinar si los componentes hidráulicos realmente necesitan ser desarmados para reparación o reemplazados. Esto mejora considerablemente la eficiencia de diagnóstico y reparación de fallos de la bota perforadora Atlas Copco de Suecia y la productividad del propio equipo, y reduce sustancialmente el costo de reparación. Sus ventajas son las siguientes:

(1) Reduce el tiempo de diagnóstico de los 6 a 8 horas originales a menos de 10 minutos, lo que aumenta en gran medida la eficiencia de reparación.

(2) Es un diagnóstico preciso y puede detectar con exactitud las válvulas de control con fugas sutiles.

(3) Durante el proceso de diagnóstico, no es necesario desmontar ninguna tubería del sistema, lo que evita la contaminación del sistema hidráulico y los fallos secundarios. También evita el desperdicio causado por la fuga exterior de aceite y la contaminación ambiental.

(4) Esta técnica de diagnóstico no está limitada por el tiempo y el espacio y se puede utilizar para diagnosticar los fallos en el lugar de trabajo en cualquier momento y en cualquier lugar.

(5) Puede determinar con exactitud el grado de desgaste de la bomba hidráulica y guiar con precisión el reemplazo de la misma.

(6) Con la guía precisa de la reparación, se puede resolver el aumento de temperatura causado por las fugas internas en el sistema hidráulico, reducir el costo de reparación y prolongar el período de mantenimiento general y el período de desecho de la bota perforadora.

Aplicación de la técnica de diagnóstico no-contacto, rápido y preciso en la producción real

En mayo de 2007, en el taller de hornos de síntesis de cobre de la fábrica de refinación de la Compañía de Group Jinchuan, un excavador Komatsu japonés estaba equipado con un martillo de fragmentación para romper los botes de cobre de escorias. Sin embargo, debido a la falta de fuerza de impacto del martillo de fragmentación, no se podía utilizar durante más de un año. Reemplazar la bomba hidráulica y el martillo de fragmentación secuencialmente no dio resultados. Los técnicos profesionales de reparación de la empresa proveedora vinieron varias veces pero no pudieron encontrar la causa. Aplicando esta técnica de diagnóstico, en menos de quince minutos, se detectó que la temperatura del cuerpo de la válvula de seguridad de impacto del martillo de fragmentación era más de 20 grados centígrados más alta que la temperatura de salida de la bomba hidráulica. Se determinó que las fugas internas de la válvula de seguridad eran muy graves. Después de desmontarla y revisarla, se encontró que el mandril de la válvula de seguridad estaba roto. Después del tratamiento, el martillo de fragmentación volvió a funcionar normalmente.

El 10 de julio de 2007, en la Sección de Explotación Minera No. 4 del Primer Área Minero de la Compañía de Group Jinchuan, cuando se arrancó el motor de la bota perforadora No. 15, el movimiento del brazo mayor era muy lento y la presión de impacto del brazo No. 2 era baja, y se necesitaba un tratamiento. En aquel momento, el equipo de reparación estaba preparado para reemplazar la bomba de engranajes dobles del motor y la bomba principal de trabajo del brazo No. 2. Aplicando esta técnica de diagnóstico en el lugar, en pocos minutos, se diagnosticó que las dos bombas no necesitaban ser reemplazadas, sino que las fugas internas de la válvula de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable y la válvula de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones del brazo No. 2 eran graves.

El 23 de agosto de 2007, en la Sección de Explotación Minera No. 3 del Segundo Área Minero de la Compañía de Group Jinchuan, cuando se arrancó el motor de la bota perforadora No. 12, el movimiento del brazo mayor era lento y la presión de impacto de los dos brazos era insuficiente, y se necesitaba un tratamiento. Aplicando esta técnica de diagnóstico en el lugar, en pocos minutos, se detectó que la temperatura de la salida T de la válvula de control/descarga de posicionamiento de bobina de cable, la válvula de control de soporte de cinco combinaciones y la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar de los dos brazos era aproximadamente 30°C más alta que la temperatura de salida de la bomba, y las fugas internas eran graves.

El 27 de agosto de 2007, cuando se arrancó el motor de la bota perforadora T-03# de la Sección de Explotación Minera No. 3 del Segundo Área Minero de la Compañía Jinchuan Group Co., Ltd., el movimiento del brazo mayor era lento. Este fallo se resolvió reemplazando la bomba de engranajes dobles del motor cuando apareció hace 10 días, pero inesperadamente, el fallo volvió a surgir tan pronto. Aplicando esta técnica de diagnóstico en el lugar, en pocos minutos, se detectó que la temperatura de la salida T de la válvula de control de posicionamiento de brazo mayor de seis combinaciones del brazo No. 1 y de la válvula de reducción de presión de mando de 25 bar de los dos brazos era aproximadamente 20°C más alta que la temperatura de salida de la bomba, y que las fugas internas eran graves.

Esta técnica de diagnóstico no solo ha aumentado en gran medida la eficiencia y precisión del diagnóstico de fallos de la bota perforadora, sino que también ha mejorado la productividad de la bota perforadora y reducido el costo de reparación. Además, tiene un significado práctico de orientación y referencia para el diagnóstico de fallos de otros equipos mecánicos con sistemas hidráulicos.