液壓支架液壓系統故障診斷及維修技術

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摘要：針對某型號液壓支架液壓系統經常出現故障的問題，基于故障樹診斷方法，完成了整個液壓系統、泵站液壓系統故障樹的建立，分析得出乳化液泵是液壓系統故障分析的重點的結論。借助于CAFTA軟件進行乳化液泵故障樹的建立與仿真分析。結果表明，乳化液泵故障的主要原因是乳化液污染，基于此提出了乳化液污染故障的維修技術，用于指導液壓系統故障的排查工作，提高了液壓系統的可靠性。

關鍵詞：液壓支架；液壓系統；故障診斷；維修技術

引言

隨著我國煤炭工業的飛速發展，液壓支架在綜采工作面中的應用越來越廣泛[1]。近年來采用液壓支架進行工作面支護的比例約占總支護數量的60%，其工作的可靠性直接關系著工作面開采的效率。由于液壓系統具有工作壓力大、調節裝置數量多、液壓管路長、啟動沖擊小等特點，因此對液壓系統及其部件的密封性具有較高的要求。液壓支架液壓系統在實際工作過程中使用極為頻繁，主要用于實現液壓支架的升、降、推、移等動作，因此液壓系統一旦出現故障將直接影響其功能的實現[2-5]。由于液壓系統為密閉結構，各組成部分的實際工作情況不能直接觀察得到，測量檢測不方便[6]。因此結合筆者實際工作及液壓系統故障處理經驗，對液壓支架液壓系統故障診斷及維修技術展開研究，對于提高故障診斷與排除效率具有重要的意義。

1液壓支架液壓系統組成及常見故障分類

液壓支架液壓系統的組成如圖1所示，主要由前后立柱、各類千斤頂、控制閥、液控單向閥、雙向閥、操縱閥等組成，協同完成液壓支架的功能控制。液壓系統故障主要是指液壓回路或者回路中元器件出現問題，導致液壓系統不能完成正常工作的現象。其判定原則如下：第一是在規定條件下喪失了應有功能；第二是設定的故障界限值超出了可以接受的范圍；第三是組成構件的主要性能指標出現問題。由于液壓支架的結構、技術水平、應用環境存在一定差異，相同的故障可能存在不一樣原因，因此故障診斷工作較為復雜。根據液壓系統的故障性質、維修難以程度及后果可以將其分為致命故障、嚴重故障、一般故障、輕微故障。其中致命故障指的是嚴重危害人身安全，或者引起重大生產事故，產生重大經濟損失的故障，如立柱、平衡等主要千斤頂的爆缸，一旦出現必將導致工作面停工停產，甚至傷亡事故；嚴重故障指的是故障出現會導致液壓支架主要零部件的損毀，如活塞及活塞桿的嚴重劃傷、磨損和腐蝕等，導致液壓支架喪失支護功能，中斷生產；一般故障指的是液壓系統零部件的磨損、裂紋、密封失效等，繼續使用不會危及液壓支架主要零部件的安全，或者易損件到達使用時間，在短時間內即可完成故障的排除，如安全銷的折斷、立柱及活塞桿表面的劃傷、磨損、腐蝕等，各類閥件的輕微泄露與損壞等；輕微故障指的是液壓系統非關鍵部件的損毀、失效等，不會影響液壓支架的使用性能，如操作閥架的松動、防銹漆的脫落以及輕微的滲漏等。

2液壓系統故障樹的建立

故障樹建立過程中將（頂事件）作為故障分析的目標，尋找直接導致該故障的所有可能因素（中間事件），再找出造成下一級故障事件發生的可能因素，直到追查到那些原始、故障概率已知的因素（底事件）為止。

2.1液壓支架液壓系統故障樹

基于故障樹分析方法，結合筆者液壓系統故障處理經驗，完成了液壓系統故障樹的建立，如圖2所示。其中頂事件T為液壓系統故障；S1為千斤頂故障，動作異常或支撐力不足；S2為立柱故障，升降異常或支撐力不足；S3為操縱閥故障，液流噪聲或者把手損壞；S4為管路故障，堵塞或泄漏；S5為安全閥故障，異常開啟；S6為支撐動作緩慢；S7為支撐力不足，立柱升速及位置不準確；S8為操作把手不靈活；S9為超載，安全閥異常；X1為千斤頂變形不伸縮；X2為泵壓低；X3為管路堵塞；X4為多動作同時操作響應慢；X5為千斤頂漏液；X6為泵壓低；X7為安全閥調壓低；X8為操作時間較短欠壓；X9為立柱變形；X10為操作把手損害；X11為把手處存在煤粉；X12為手把工作凸臺磨損；X13為把手擺角低于80o；X14為閥體漏液；X15為高壓軟管老化或損壞漏液；X16為管接頭損壞或者密封失效；X17為U形卡折斷或者丟失；X18為彈簧失效，安全閥工作異常；X19為彈簧力過大；X20為雜質臟物堵塞過濾器或者控制管路；X21為閥座、彈簧座、彈簧變形卡死；X22為安全閥閥體滲漏。泵站液壓系統作為整個液壓支架液壓系統的重要組成部分，在綜采工作面中承擔著為液壓支架輸送高壓乳化液的重任，不僅是液壓支架正常工作的動力源泉，還是相關液壓裝置的動力保證，因此在進行整個液壓系統故障分析時需要重點關注泵站液壓系統。

2.2泵站液壓系統故障樹的建立

在液壓支架液壓系統故障樹基礎上完成了液壓系統故障樹的建立，如圖3所示。液壓支架的乳化液泵站存在的主要故障形式包括卸荷閥阻塞、安全閥阻塞、乳化液污染，其中前兩種故障的出現原因主要是乳化液污染引起的，其他原因分析過程不過多考慮。乳化液泵作為泵站的核心，對其進行故障樹的建立與分析非常必要。

3乳化液泵故障樹的建立與分析

3.1乳化液泵故障樹的建立

乳化液泵故障分析采用CAFTA軟件工具完成，其具有完善的系統可靠性預測分析功能，能夠大大提高系統故障分析的效率。結合筆者的工作經驗及理論分析，液壓支架工作過程中判斷乳化液泵是否出現故障的條件包括容積效率出現明顯降低、處于欠壓狀態、動作異常、出現振動噪聲、乳化液溫升過高等。通過總結分析乳化液泵產生上述故障的原因在CAFTA軟件內部建立了乳化液泵故障樹，如圖4所示。

3.2乳化液泵的故障樹仿真運行及結果分析

乳化液泵故障樹仿真前設置仿真次數N=3000次，取T=35000h，將其分為10個區間，區間間隔即為3500h，之后運行CAFTA故障樹分析系統中的可靠性模擬分析模塊分析。分析得到底事件的失效概率及重要度如表1所示。由表1可以看出系統的模式重要度為1，說明故障樹中或門一下的底事件故障發生必將導致故障樹中頂事件的發生。密封件磨損故障相較于其他故障發生的概率較高，其值為0.128，即在同樣的仿真過程中其出現故障結果的次數較多。實際工作過程中密封件出現磨損多由乳化液受污染所致，導致乳化液泵的容積效率降低，進而引發故障，因此故障維修過程中要重視乳化液污染問題。

4乳化液污染故障維修技術

乳化液污染故障主要體現在液壓系統組成部件的磨損，如柱塞與缸體配合面的磨損、密封件的磨損等，一旦出現相關的磨損故障，首先需要及時更換磨損件，選用硬度高、耐磨性好的合格產品，保證液壓支架的正常工作，提高其工作的可靠性。同時也要檢測乳化液的純凈度，出現污染現象必須進行更換，以免對液壓系統產生更大的危害。

5結論

1）完成了對某型號支撐掩護式液壓支架液壓系統組成的分析，建立了整個液壓系統的故障樹，結果表明泵站液壓系統是系統故障關注的重點；2）建立了泵站液壓系統的故障樹，分析得出液壓系統故障分析的重點是乳化液泵；3）運用CAFTA軟件建立了乳化液泵的故障樹，完成了故障樹中底事件發生概率、概率重要度、模式重要度等數據的分析，結果表明密封件磨損故障發生的概率較高，主要原因是乳化液的污染；4）基于故障樹分析結果提出了乳化液污染故障的維修技術，以期為液壓支架日常維護保養工作提供技術支持。

參考文獻

[1]張奇.礦用液壓支架及其液壓系統故障診斷與維修方法[J].機械管理開發，2017，32（11）：182-183.

[2]安曉鳴.同忻煤礦液壓支架故障分析及維護策略的研究[J].山東煤炭科技，2017（11）：118-119；122.

[3]胡特特，劉銀，田勝利，等.基于MATLABGUI煤礦液壓支架故障診斷專家系統設計[J].煤礦機械，2015，36（12）：291-293.

[4]徐磊.礦用液壓支架維修關鍵技術分析與解讀[J].山東工業技術，2018（3）：85.

[5]暴永紅.礦用液壓支架常見液壓系統故障及維修探究[J].名城繪，2018（8）：533-534.

[6]何富連，韓紅強，李擎.綜采面液壓支架故障診斷機理及檢測技術研究[J].礦業工程研究，2010，25（1）：65.

作者：馬浩野 單位：西山新技術產業發展中心