影響液壓支架電液控制系統可靠性諸因素分析

周俊良

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

電液控制系統是液壓支架控制方式之一。電液控制系統技術的核心是，通過電液閥將人工控制操作變為由計算機程序控制的電子信號操作［1］。可以使液壓支架的基本動作自動連續地進行，還可使成組支架實現依次順序動作，大大加快了支護的速度和效率［2］，進而改善了液壓支架與采煤機、刮板輸送機之間的聯動關系，運行過程實現完全自動化。截止到2012年底，全國煤礦綜采工作面液壓支架配套使用電液控制系統已經有400 多套。目前，液壓支架電液控制系統已成為我國煤礦高產高效的技術裝備，是衡量液壓支架控制先進性的重要標志。

液壓支架電液控制系統由電子控制和液壓控制兩部分組成。在選擇與應用電液控制系統時，要考慮兩方面的因素，一是系統的功能應該滿足液壓支架動作的要求，二是系統要適應液壓支架的使用環境，這兩條缺一不可。對于液壓支架電液控制系統而言，后一條更為重要。

隨著液壓支架電液控制系統的用量不斷擴大，綜采工作面的工作環境，對液壓支架電液控制系統的工作性能和可靠性的影響逐漸顯現出來。因此，分析液壓支架電液控制系統問題形成的原因，采取相應的技術措施，保證液壓支架電液控制系統正常運行，提高其工作可靠性具有很大的意義。

1 液壓支架使用環境的特殊性

液壓支架在煤礦井下的使用環境是比較惡劣的，具有陰暗、潮濕、空氣相對濕度高，風大和富氧等特點。煤礦井下空氣的相對濕度常年在90%以上，接近或達到了飽和狀態。另外，井下都有不同程度的淋水，水質也各有不同，大部分為堿性，也有酸性水［3］。采煤過程中，煤層中滲出H2S，SO2，NO2，CH4等有害氣體，同時產生大量粉塵，并附著在支架液壓系統的液壓閥件上，對金屬表面形成電化學的腐蝕。此外，煤礦綜采工作面有很多的電磁干擾源，比如供電系統中的開關設備，采煤機械的大功率變流、變頻裝置，都是電磁干擾源。設備運行產生電磁波，使得綜采工作面的空間充滿電磁干擾。這些環境因素都會給液壓支架電液控制系統的應用，產生非常不利的影響。

2 泵站供液系統污染的影響

液壓支架供液泵站安置在采煤工作面回風巷中，從泵站出來的乳化液通過管路給液壓支架供液。采煤作業時，通風系統不斷向工作面送風，且風速較大。在井下空氣中含有大量的粉塵和顆粒，被風吹進密封不嚴的乳化液箱，污染乳化液，由此通過液壓系統，進入到支架的各種液壓閥件、立柱與千斤頂各類油缸相對運動表面，加劇了密封件磨損，影響其使用壽命。另外，從泵站到工作面支架管路長，接頭接口多，這些接頭接點隨時可能受到機械損傷或脫落，很難保證無一漏液發生。漏液給液壓系統帶來一定流量損失，液體壓力上不去，因而使液壓支架動作緩慢，移架速度有所下降。實際上，液壓系統污染嚴重時，液壓元件故障多，備件消耗大，難以保證液壓支架正常工作。

3 采煤生產設備電磁輻射的影響

煤礦綜采工作面要安裝電源設備和生產設備，諸如泵站、液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、膠帶輸送機、井下通信設備等。這些設備的開機運轉，使采煤工作面充滿了電磁輻射和電場輻射的干擾信號。特別是大功率采煤機頻繁啟動關停，產生電壓波動，傳遞到直流電源，使系統通信信號遇到干擾。電源是干擾的耦合路徑，系統中許多干擾是從電源引入的［4］。來自電源線的干擾，使敏感的電氣元件性能下降或發生故障，這對液壓支架電液控制系統的作用是極其不利的。

4 系統關鍵部件的影響

4.1 支架控制器

支架控制器是一個高度集成化的微小型煤礦專用控制計算機，其接收操作人員或系統的自動化控制指令，根據傳感器采集到的支架狀態信息和已經設計好的自動化控制程序控制目標支架的液壓油缸的動作，從而實現降架、拉架、升架、推溜等操作。這是控制器正常工作狀態下，液壓支架通過接收控制器的指令，按照動作程序依次順序所實施的必然結果。一旦控制器淋水受潮，指令按鍵就會失效。控制器出故障后，其硬件軟件無法驅動電液控換向閥，液壓支架也就不能完成所有動作。通信系統也會中斷，使信號消失，無法保持正常通迅。

4.2 電液控換向閥

電液控換向閥由電磁先導閥和液壓主控閥組成，是液壓支架電液控制系統的執行部件。通俗講，電液控換向閥是液壓支架實現各個動作的總開關，串接在泵站供液系統與液壓支架本身的液壓系統中，不管系統進液還是回液都要流經其間。電液控換向閥對液壓介質有特殊的要求，液壓介質必須經25μm 高精度過濾器過濾后，才可以進入電液控換向閥組使用。采煤工作面的粉塵及煤塵與噴霧出來的水相溶合，所產生的沾污物附在閥體上經滲透，使電磁先導閥端面處O 形圈失效，導至電磁先導閥與主控閥連接處漏液;從泵站流過來的不潔乳化液，分別進入電磁先導閥和主控閥，造成電液控換向閥整體被污染而引發故障。諸如:

(1)電磁先導閥易出問題，無法正常動作。電磁閥頂桿發生彎曲，動作復位慢，嚴重的不動作，電磁先導閥損壞。

(2)乳化液中的顆粒等雜質進入主控閥內腔，污染主控閥閥芯。主控閥不動作時有嘶嘶聲，閥芯密封件損壞，發生串液，支架動作緩慢。

(3)污物過多，使主閥過濾器易堵塞或損壞。污染還使閥芯腐蝕生銹，無法正常拆卸或更換受損的閥芯零件。

5 系統安裝運輸和調試過程中的影響

電液控制系統的集成是一項系統工程。其特點是組成系統的所有部件產品都是給液壓支架配套用的，系統部件產品自然也就與支架生產制造、支架交貨運輸和調試相關。電液控制系統，要隨液壓支架運送到最終的用戶——煤礦。因此，確定了系統的安裝分別在液壓支架制造廠和煤礦井下工作面進行。這一特殊性，使得系統的調試也分為樣架安裝調試和液壓支架與采煤機、刮板輸送機三機聯接調試，即三機聯調。一般情況下，液壓支架出廠驗收，樣架調試是必須的。而三機聯調，根據用戶的要求通常都是液壓支架出廠運到煤礦后，在煤礦露天的場地進行。聯調成功以后，進行全工作面綜采設備的安裝。此時，電液控制系統的電控件在井下要往支架上安裝。值得注意的是，在支架從制造廠運到煤礦之前，電液控制系統的液壓件已經安裝到液壓支架上，并且與各種規格的液壓膠管連接，同時采取相應的保護措施。盡管如此，液壓閥件的安裝、運輸和調試的過程中仍避免不了進入臟物，成為事故隱患。

5.1 電液控換向閥的安裝

在液壓支架制造廠，要把電液控換向閥安置在液壓支架上，是電液控制系統部件安裝的重要環節。在支架組裝車間里，電液控換向閥安裝是開放式的，也就是說，為了便于與液壓支架液壓系統的膠管連接，閥的各個進回液口要把防塵堵頭取下來敞開著，如果液壓膠管安裝不及時，這樣給空氣中的粉塵進入創造條件。如果泵站提供的乳化液清潔度低，在支架調試中也會帶來污染物。再有電液控換向閥出了問題，維修拆裝時，沒有清洗干凈，殘留了一些污染物等。不難想象電液控換向閥安裝出現的問題，不單是電液控換向閥本身的事，而且要涉及支架的液壓系統。進一步講，就是液壓支架的各種油缸、輔助液壓閥、膠管等內部都受到不同程度的污染。將伴隨著液壓支架到煤礦井下，對液壓支架電液控制系統帶來的潛在危害是不言而喻的。

5.2 電液控制系統的運輸

電液控制系統的運輸，除電控件直接由電液控制系統制造商發往煤礦外，電液控制系統的液控件已全部裝在液壓支架上成為一體。目前液壓支架的出廠運輸方式大多數是用汽車運輸，自重輕的可以整體裝車運輸，自重大的要將其分解成若干個部件才能裝在車上運輸。支架運輸面臨著一個實際問題，就是支架沒有外包裝物，電液控換向閥及所有液壓件也是沒有任何的防風防雨措施加以保護，運輸途中空氣中的顆粒及大自然的風沙塵土，都會沉積在液壓支架各個部位，其中電液控換向閥和液壓支架輔助閥受到污染必定無疑。支架在汽車運輸途中，是沒有人員進行管理維護的，丟失堵頭敞開的接口和丟失U 形卡松動的膠管接頭與閥件接口縫隙，成了顆粒粉塵進入的通道。

5.3 電液控制系統的調試

支架到煤礦后要進行三機調試，才能逐架運到井下安裝。地面聯調的準備工作包括:支架的數量20～30 架不等，支架要與輸送機相連，輸送機的機頭裝上機頭架、電動機、減速器等動力裝置，機尾也要裝上回鏈用的動力傳動裝置;采煤機要在輸送機鏟煤板和銷軌上裝好;同時引入設備運轉需要的供電電源和泵站供液系統。一切準備就緒后，方可調試。調試時支架要完成單架動作，成組動作和相應的推溜移架。設備運行調試過程中有可能出現機械損傷和液壓系統故障，工作人員需要維修或更換零件，將液體隨意排放，清理不干凈，回裝零件時，有可能把地面上的臟物帶入系統。調試工作少則15～20d，多則30d 以上。支架長時間的地面存放，風吹日曬，甚至雨淋，造成液壓閥件銹蝕。

6 使用管理對電液控制系統的影響

液壓支架電液控制系統是綜合運用了電子、計算機、通訊、液壓和自動控制等技術的機電一體化自動控制系統［5］，從技術含量上來說，電液控制系統比液壓支架手動液壓控制系統高得多，也復雜得多。由于液壓支架的控制系統增加了電源箱和多種電控部件，電源箱與各個電控件之間、電控件與電控件之間、電控件與液壓支架立柱和千斤頂等執行元件之間，使用了各種規格長度的電纜進行連接。就這一變化而言，用以前傳統的使用管理方法來維護液壓支架顯然是不行的。加之電液控制系統對液壓介質的潔凈性，穩定性要求比較高。水質硬度是否符合規定，乳化液配比是否合適，乳化液循環使用后污染程度監測等，這些看似簡單的事，不嚴格管理也會引發問題。采煤作業時，支架要連續動作運行，容易擠壓或拉伸電纜，輕則造成電纜頭部的接插件損傷接觸不良，重則電纜損壞需要更換。如果不能及時發現，加以維護處理，液壓支架電液控制系統的技術優勢難以發揮。科學地管理、使用和維護是液壓支架電液控制系統可靠性的根本保證。

7 提高液壓支架電液控制系統可靠性措施

7.1 選用合格的支架工作介質

電液控制的支架對工作介質要求高，必須嚴格執行煤炭行業標準，一要選擇液壓支架專用乳化油、濃縮液;二是選用的水質外觀無色、無異味、無懸浮物和機械雜質;三是如果水的硬度超標，需要加軟化裝置進行軟化，還應進行乳化油、濃縮液與水相溶性測試。此外一定要用達標的水與乳化油、濃縮液，按規定的比例配制乳化液。有了合乎標準要求的工作介質，才能減少液壓支架電液控制系統的故障。

7.2 循環過濾系統

工作介質的污染，是支架電液控制系統工作不穩定和產生故障的主要原因。控制工作介質中的污染可從兩方面入手，一是防止污染物侵入泵站供液系統和支架液壓系統，二是把進入系統的污染物清除出去。采用循環過濾系統，是提高和保證液壓支架電液控制系統可靠性的方法之一。

(1) 進水過濾站 進水過濾站用于煤礦井下工作面，對進入液壓系統的清水過濾，保證工作面用水清潔，保護液壓系統免受污染。

(2) 高壓過濾站 高壓過濾站用于液壓支架供液系統，作為泵站出口第1 級過濾。對進入液壓系統的乳化液過濾，保證工作面液壓系統用乳化液的清潔，防止液壓體系統污染，保護支架用閥。高壓過濾站過濾精度25μm，是煤礦井下液壓支架供液系統的組成元件。大流量，高精度，濾芯可以多次反沖洗使用。

(3) 架間過濾器 架間過濾器是液壓支架液壓系統必須用的過濾元件，目前常用的可供煤礦選擇的有3 種:筒式過濾器，由濾芯和殼體組成，用來保持支架液壓系統中乳化液的清潔，防止供液系統中污染顆粒進入液壓元件，保證元件及系統的正常運行;手動反沖洗過濾器，由閥體、濾芯、操縱手把等組成。過濾能力強，其內有兩組濾芯，通流面積大，過濾精度25μm，通過旋轉手柄，實現反向沖洗過濾網，延長過濾器濾芯的使用壽命;自動反沖洗高壓過濾器，由閥體、閥芯、濾芯、電磁先導閥等組成。閥芯、濾芯采用插裝式結構，電磁先導閥控制2 個兩位三通閥芯來實現2 套濾芯的過濾和反沖狀態的轉換。過濾精度25μm 保證支架液壓系統工作介質的清潔度，為液壓支架電液控制系統提供過濾后的液體。

(4) 主閥過濾器 安裝在主控閥閥體中的過濾器，過濾精度為25μm，主要作用是對進入先導閥的工作介質進行過濾，保證液體清潔。

(5) 回液過濾站 回液過濾站用于液壓支架液壓系統回液的過濾，是液壓支架過濾系統的組成元件。大流量，高精度，納污能力強，濾芯可以重復清洗使用。

7.3 電氣設備布局要合理

為了保證液壓支架電液控制系統的電控部件正常工作，必須做到:低壓設備盡可能遠離高壓設備;布置通信電纜時盡可能離動力電纜遠點;通信電纜要采用雙絞屏蔽電纜，而且屏蔽層接地。只有這樣才能減少電磁與電場干擾。

7.4 安裝濾波器

在交流電源輸入側增加濾波器，利用濾波器，防止電源干擾進入支架控制器，是解決電源線干擾的途徑。濾波對于抑制電源線干擾或消除干擾耦合，特別是對于抑制經電源線直接耦合的電磁干擾，是非常有效的措施。

7.5 主動維護

(1)從液壓支架電液控制系統維護的角度，要改變思路和管理方法，變消極為積極，即主動維護。其內容是對造成電液控制系統的問題相關聯的主要設備及電控部件和液壓閥件進行監控，當出現故障時，及時處理，保證系統運行正常。

(2)加強系統污染的動態監測。污染狀態的動態監測是實現液壓支架電液控制系統主動維護的基礎，也是污染控制的一個重要方面。除用便攜式檢測儀(糖量計)進行乳化液濃度的檢測外，還要隨時仔細察看乳化液的變化和受污染的情況，如果乳化液混濁不清，應立即采取有針對性的措施，把問題消除在初始狀態。

(3)由于煤礦井下環境的特殊性，液壓支架及其電液控制系統的使用管理必須得到高度重視，一定要按照用戶手冊的要求進行操作與維護，定期檢查電液控制系統的電氣元件、液壓元件的使用情況，保證性能穩定。

8 結論

液壓支架電液控制系統在工作中受環境限制被污染是不可避免的，但必須對污染進行有效地控制，使之減少到合理程度。對于液壓支架電液控制系統受電磁場干擾問題，只要抑制干擾源，切斷干擾的傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能，問題也會迎刃而解。

我國煤礦地質條件變化大，礦區與礦區之間，煤礦與煤礦之間地質條件各不相同，特別是井下水質也不一樣，再加上各個煤礦對液壓支架電液控制系統的使用維護管理上也存在差異，給人們解決液壓支架電液控制系統使用可靠性帶來一定的難度。目前國內還沒有液壓支架電液控制系統的清潔度檢測標準，使得液壓支架電液控制系統制造廠家及煤礦用戶沒有標準可依。要改變現實狀況，有必要對液壓支架電液控制系統的污染控制及檢測方法進行研究，同時填補空白，抓緊制定液壓支架電液控制系統清潔度標準，期望這一課題早日解決。

［1］李效甫.綜采液壓支架電液控制系統［J］.煤礦開采，2001，6 (2):5－6.

［2］趙衡山.國外液壓支架電液控制技術的現狀及發展方向［J］.煤礦開采，1991，創刊號:55－58.

［3］周俊良.電鍍技術在單體液壓支柱上的應用［J］.煤礦開采，1995 (4):51－53.

［4］寧 宇.綜采工作面液壓支架電液控制系統設計［J］.煤炭科學技術，2009 (1):1－3.