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水平定向鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障排查

文檔作者：李根營(yíng) 張力李靜		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月03日
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58 工程機(jī)械與維修
技術(shù)·維修TECHNOLOGY &amp;amp; MAINTENANCE
1. 故障現(xiàn)象
1 臺(tái)HDD6000 型600t 水平定向鉆機(jī)鉆進(jìn)施工
時(shí)，其控制器的顯示器突然顯示故障，動(dòng)力頭推拉、
鉆桿旋轉(zhuǎn)及履帶行走等均無(wú)動(dòng)作?？刂破魉忻}
寬調(diào)制信號(hào)（PWM 信號(hào)）均無(wú)輸出。除動(dòng)力頭頂
進(jìn)與回拉的高速Ⅲ擋動(dòng)作輸出信號(hào)異常外，控制
器其他開(kāi)關(guān)量（DC 信號(hào)）輸出信號(hào)均正常。
2. 控制原理及功能
（1）原理
該水平定向鉆機(jī)動(dòng)力頭的推拉、鉆桿旋轉(zhuǎn)及
鉆機(jī)的前后行走等由電控系統(tǒng)控制，其原理如附
圖所示。
動(dòng)力頭前部設(shè)有鉆鋌，鉆鋌連接鉆桿，動(dòng)力
頭通過(guò)鉆鋌帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力頭可在鉆架上前、
后滑動(dòng)，動(dòng)力頭頂進(jìn)或回拉帶動(dòng)鉆桿頂進(jìn)、回拉。
水平定向鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障排查
■ 李根營(yíng) 張力 李靜
動(dòng)力頭的頂進(jìn)、回拉由推拉速度調(diào)節(jié)鈕、推拉手
柄控制，鉆桿的旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)鈕、旋轉(zhuǎn)手
柄控制。當(dāng)需要?jiǎng)恿︻^頂進(jìn)或回拉時(shí)，用推拉速
度調(diào)節(jié)鈕設(shè)定好推拉速度后，操縱推拉手柄，動(dòng)
力頭即可頂進(jìn)或回拉。當(dāng)需要鉆桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，用旋
轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)鈕設(shè)定好鉆桿旋轉(zhuǎn)速度后，操縱旋轉(zhuǎn)
手柄，動(dòng)力頭即可通過(guò)鉆鋌帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)。左、右
行走手柄控制鉆機(jī)左、右履帶的前進(jìn)與后退。為
了適應(yīng)復(fù)雜地下鉆進(jìn)工況，該水平定向鉆機(jī)設(shè)置
多種動(dòng)力頭推拉運(yùn)行速度及鉆桿左、右旋轉(zhuǎn)速度。
（2）功能
推拉泵及旋轉(zhuǎn)泵調(diào)速 推拉手柄4 及旋轉(zhuǎn)手
柄5 通過(guò)控制器1 對(duì)Y21a 頂進(jìn)閥、Y21b 回拉閥
及Y13a 左旋閥、Y13b 右旋閥發(fā)出PWM 控制信
號(hào)，從而控制推拉泵及旋轉(zhuǎn)泵。向前推或向后拉
推拉手柄4 或旋轉(zhuǎn)手柄5 的行程越大，推拉手柄
HDD6000 型水平定向鉆機(jī)電器控制系統(tǒng)原理
1. 控制器 2. 顯示器 3. 停鉆按鈕 4. 推拉手柄 5. 旋轉(zhuǎn)手柄 6. 推拉速度調(diào)節(jié)鈕 7. 旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)鈕
8. 左行走手柄 9. 右行走手柄 Y21a——頂進(jìn)閥 Y21b——回拉閥 Y13a——左旋閥
Y13b——右旋閥 Y20a——左前進(jìn)閥 Y20b——左后退閥 Y18a——右前進(jìn)閥 Y18b——右后退閥
Y1 ～ Y4——鉆桿旋轉(zhuǎn)馬達(dá)電磁閥 Y5 ～ 10Y——?jiǎng)恿︻^推拉馬達(dá)電磁閥
1 2
24V+
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10
Y21a Y21b Y13a Y13bY20aY20bY18aY18a
3 4 5 6 7 8 9
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
CM&amp;amp;M 2017.03 59
4 或旋轉(zhuǎn)手柄5 的S 端輸出到控制器1
的169 或170 端的電壓越大，控制器1
的154 端、178 端、149 端或173 端輸出
至Y21a 頂進(jìn)閥、Y21b 回拉閥或Y13a 左
旋閥、Y13b 右旋閥的PWM 電流信號(hào)越
大，其閥口開(kāi)度越大，控制推拉泵及旋
轉(zhuǎn)泵排出的油液越多，推拉馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)
馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的越快。
推拉馬達(dá)及旋轉(zhuǎn)馬達(dá)調(diào)速 當(dāng)需要
水平定向鉆機(jī)動(dòng)力頭以更高的頂進(jìn)、回
拉速度或需要鉆桿以更高的旋轉(zhuǎn)速度工
作時(shí)，在操縱推拉手柄4 及旋轉(zhuǎn)手柄5
前，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)推拉速度調(diào)節(jié)旋鈕6 或
旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)旋鈕7，通過(guò)控制器1 控
制Y5 ～ 10Y 動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電磁閥及
Y1 ～ Y4 鉆桿旋轉(zhuǎn)馬達(dá)電磁閥得電數(shù)量
（開(kāi)關(guān)量）的不同組合，控制動(dòng)力頭推
拉馬達(dá)推拉、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。其馬達(dá)電
磁閥得電數(shù)量越多，處于小排量高速工
作狀態(tài)的馬達(dá)數(shù)量也越多，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的
越快，推拉及旋轉(zhuǎn)速度越快。
推拉速度調(diào)節(jié)旋鈕通過(guò)控制器1 對(duì)
Y5 ～ 10Y 動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電磁閥產(chǎn)生
3 種推拉速度：順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)推拉速度調(diào)
節(jié)旋鈕至Ⅰ擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y5 及Y6
得電（2 個(gè)），動(dòng)力頭以高速Ⅰ擋頂進(jìn)
或回拉；向右旋轉(zhuǎn)Ⅱ擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥
Y5、Y6、Y7、Y8 得電（4 個(gè)），動(dòng)力
頭以高速Ⅱ擋頂進(jìn)或回拉；向右旋轉(zhuǎn)Ⅲ
擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y5、Y6、Y7、Y8、
Y9、Y10 得電（全部），動(dòng)力頭以高速
Ⅲ擋頂進(jìn)或回拉。
旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)旋鈕通過(guò)控制器1 對(duì)
Y1 ～ Y4 鉆桿旋轉(zhuǎn)馬達(dá)電磁閥產(chǎn)生4 種
旋轉(zhuǎn)速度：向右旋轉(zhuǎn)鉆桿旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)
旋鈕至Ⅰ擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y1 得電（1
個(gè)），鉆桿以高速Ⅰ擋旋轉(zhuǎn)；向右旋轉(zhuǎn)
至Ⅱ擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y1、Y2得電（2個(gè)），
鉆桿以高速Ⅱ擋旋轉(zhuǎn)；向右旋轉(zhuǎn)至Ⅲ擋
時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y1、Y2、Y3 得電（3 個(gè)），
鉆桿以高速至Ⅲ擋旋轉(zhuǎn)；向右旋轉(zhuǎn)至Ⅳ
擋時(shí)，馬達(dá)電磁閥Y1、Y2、Y3、Y4 得
電（4 個(gè)），鉆桿以高速Ⅳ擋旋轉(zhuǎn)。
鉆機(jī)行走 左、右履帶行走手柄
（8、9） 通過(guò)控制器1 控制Y20a、
Y20b、Y18a、Y18b 行走電磁閥（PWM
信號(hào)），從而控制左、右行走泵。當(dāng)鉆機(jī)
需要轉(zhuǎn)移工地行走時(shí)，將操作箱上的工作
/ 行走轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到行走位置，操縱左、
右行走手柄（8、9），便可控制鉆機(jī)左、
右履帶的前進(jìn)與后退，使鉆機(jī)行走或轉(zhuǎn)向。
監(jiān)視與急停 控制器1 檢測(cè)的輸入
與輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)215 與216 端傳輸?shù)?
顯示器2，用于顯示水平定向鉆的控制
狀況，便于操作人員觀察水平定向鉆機(jī)
的運(yùn)行情況，還可顯示控制系統(tǒng)是否有
故障。為了保證通訊控制系統(tǒng)安全及
穩(wěn)定，控制器1 的215、216 端與顯示
器的CAN H 與CAN L 端分別并接有
120Ω 的電阻。
若水平定向鉆機(jī)出現(xiàn)危險(xiǎn)，操縱停鉆
按鈕3，可使動(dòng)力頭停止頂進(jìn)和回拉，并
停止鉆桿旋轉(zhuǎn)及履帶行走。
3. 故障排查
根據(jù)水平定向鉆機(jī)動(dòng)力頭推拉及鉆
桿旋轉(zhuǎn)的控制原理分析，由于控制器控
制的PWM 信號(hào)（脈寬調(diào)整信號(hào)）均無(wú)
動(dòng)作，初步懷疑控制器端口損壞，更換
新的控制器后，故障依舊。隨即懷疑控
制器255 端輸出的5V 電源+ 及146 端
或連接停鉆按鈕的158 端可能有問(wèn)題，
并逐步進(jìn)行了以下排查。
（1）檢測(cè)電源
將萬(wàn)用電表紅表筆與黑表筆分別接
控制器255 及146 端，測(cè)得控制器輸出
的直流電壓為5V，這說(shuō)明推拉手柄、
旋轉(zhuǎn)手柄、推拉速度調(diào)節(jié)旋鈕、旋轉(zhuǎn)速
度調(diào)節(jié)旋鈕、左右履帶行走手柄的供電
電源正常。
（2）檢測(cè)輸入端
將萬(wàn)用電表紅表筆分別接控制器
169、170、119、120、164、166 端，將
黑表筆接控制器146 端，分別前、后推
動(dòng)推拉手柄、旋轉(zhuǎn)手柄、左履帶行走手
柄、右履帶行走手柄，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)推拉
速度調(diào)節(jié)旋鈕、旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)旋鈕，均
能測(cè)得直流電壓為0 ～ 5V 之間變化，
這說(shuō)明推拉手柄、旋轉(zhuǎn)手柄、推拉速度
調(diào)節(jié)旋鈕、旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)旋鈕、左履帶
行走手柄、右履帶行走手柄輸入到控制
器的電壓信號(hào)變化正常。
（3）檢測(cè)停鉆按鈕
將萬(wàn)用電表紅表筆與黑表筆分別
接控制器158 及146 端，測(cè)得懸空時(shí)直
流電壓為3V 左右，連接停鉆按鈕時(shí)為
0V，此時(shí)顯示器顯示的端子輸入電壓
信號(hào)與用萬(wàn)用表測(cè)得的結(jié)果一致，這說(shuō)
明停鉆按鈕線路正常。
（4）檢測(cè)PWM 信號(hào)輸出
將萬(wàn)用電表紅表筆分別接控制器
154、178、149、173 端，將黑表筆接地，
分別前、后推動(dòng)推拉手柄、旋轉(zhuǎn)手柄，
均無(wú)直流電壓變化。將操作箱上的工作/
行走轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到行走位置，將紅表筆分
別接控制器151、175、152、176 端，將黑
表筆接地，前、后推動(dòng)左行走手柄、右行
走手柄，均無(wú)直流電壓變化，通過(guò)顯示器
顯示的上述端子輸出的電流也為0。
（5）檢測(cè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出
將萬(wàn)用電表紅表筆分別接控制器
190、189、194、193、243、241 端，
將黑表筆接地，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)推拉速度調(diào)
節(jié)旋鈕，動(dòng)力頭前推或回拉Ⅰ擋時(shí)，控
制器190、189 端有24V 電壓輸出，此
時(shí)動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電磁閥Y5 及Y6 有
24V 電壓，動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電磁閥Y9
也有24V 電壓；動(dòng)力頭前推或回拉Ⅱ
擋時(shí)， 控制器190、189、194、193 端
有24V 電壓輸出，此時(shí)動(dòng)力頭推拉馬
達(dá)電磁閥Y5、Y6、Y7、Y8 有電24V
電壓，動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電磁閥Y9 仍有
24V 電壓；動(dòng)力頭前推或回拉Ⅲ擋時(shí)，
控制器190、189、194、193、241 端有
24V 電壓輸出，此時(shí)動(dòng)力頭推拉馬達(dá)電
磁閥Y5、Y6、Y7、Y8、Y10 有24V 電壓；
而Y9 仍有24V 電壓。
（6）確定故障點(diǎn)
以上檢測(cè)說(shuō)明，控制器243 端到動(dòng)
力頭推拉馬達(dá)電磁閥Y9 之間的線路連
有24V 電壓。經(jīng)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，動(dòng)
力頭推拉馬達(dá)電磁閥Y9 的信號(hào)線與水
平定向鉆機(jī)壓力傳感器的24V 電源線
因擠壓連在一起，造成控制器自行開(kāi)啟
了端口保護(hù)功能，導(dǎo)致無(wú)信號(hào)輸出。
對(duì)以上線路修復(fù)后，所有PWM 輸
出信號(hào)（脈寬調(diào)整信號(hào)）均正?！，F(xiàn)場(chǎng)跟
蹤該鉆機(jī)施工2 天，所有動(dòng)作均正常?！?
（作者地址：江蘇省徐州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)
區(qū)工業(yè)一區(qū)馱藍(lán)山路36 號(hào) 徐工基礎(chǔ)工程
機(jī)械有限公司技術(shù)中心 221004）
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