液壓支架泄漏故障檢測技術研究及實踐

高大鵬

（山西介休義棠安益煤業有限公司，山西 介休032000）

工作面液壓支架故障主要包括支架構件損壞和液壓系統泄漏，前者發生幾率較小且易于發現并維修，而后者由于井下環境惡劣且生產地質條件復雜，支架液壓系統元件使用壽命短，泄漏故障率高且難以被人們感官所直觀發現，由內部泄漏而引起的支架液壓系統內部串液尤為如此。支架液壓系統（立柱、千斤頂、安全閥、單向閥、操縱閥、管路及連接件）出現乳化液泄漏（內部泄漏和向外側泄漏）故障，必然導致支架出現失效故障，使其支護能力難以充分發揮〔1－2〕。故需要對支架液壓系統泄漏故障的特征信號進行提取和分析，找出液壓支架泄漏故障的快速、準確分析方法和檢測手段。

1 液壓支架泄漏故障分類分析

支架液壓系統往往由液壓泵、液壓缸、液壓閥和各種輔助裝置等組成。液壓支架通常采用的動力液壓缸有液壓支柱和液壓千斤頂，它們均由液壓閥來進行控制，完成支架的各種動作，如升、降、推、移等。液壓支架常見故障有兩大類，歸結為支柱升降故障和千斤頂伸縮故障。各類故障形式千差萬別，影響因素各異，但最終表現為執行機構不能正常工作，對其故障分類及不正常原因可進行系統分析。

1）支柱升降故障

支柱升降故障主要包括：① 支柱不能升起或升柱過慢；② 支柱不能降下或降柱過慢；③ 支柱承載力過小或承載后自動卸載；④ 操縱閥手把打到零位后，降下的支柱又升起來。

2）千斤頂伸縮故障

千斤頂伸縮故障包括：① 推移千斤頂伸縮故障導致不能移架或移架過慢；② 推移千斤頂伸縮故障導致不能推溜或推溜過慢；③ 前梁千斤頂、側護板千斤頂不能伸縮或動作很慢。

3）液壓閥的故障

在以上兩類故障發生的原因，小部分是泵、管路等外部液壓系統泄漏故障及支柱、千斤頂的機械損傷故障，大部分則是由于各類液壓閥組內、外泄漏故障引起的。統計表明，液壓閥故障90%以上是泄漏故障，液壓閥故障在泄漏故障中比較突出。

操縱閥常見故障主要有：① 在有壓力而操縱閥手把處于零位時，能聽到液體流過閥門的聲響，這種故障是閥座和閥球之間密封不好而造成的內部串液；② 在有壓力，手把打到任一工作位置時，閥內流體流動聲音較大，而支柱或千斤頂動作很慢。

液控單向閥的常見故障主要有：① 單向閥漏液，支柱自動下降；② 支柱升降緩慢。

安全閥常見故障有：① 支柱升柱后自動下縮；② 支柱未達到工作阻力，安全閥就卸載。

2 支架液壓泄漏故障與支撐力的關系研究

若支架立柱產生泄漏故障，必然會影響支架的支撐力的有效發揮，而支架支撐力的有效發揮對工作面支護可靠至關重要。通過現場大量的泄漏故障檢測結果發現，支架泄漏故障對立柱支撐力的影響主要表現在兩個方面，即：泄漏程度和泄漏時間，這是需要研究的首要問題。

首先根據液壓泄漏檢測儀顯示的泄漏信號當量強度值（Z）把支架泄漏故障分為五類（見表1）。

表1 支架泄漏故障程度分級表

在表1的五類故障程度中，第一類為無泄漏故障，表示支架液壓系統處于正常工作狀態，沒有泄漏故障存在；第二類為輕微泄漏故障，表示支架液壓系統出現了泄漏，但是泄漏程度非常小，對支架發揮支撐能力影響不大；第三類為明顯泄漏故障，表示支架液壓系統由于出現泄漏已經明顯不能充分發揮設計支撐能力，支架液壓系統工作狀態已經不能滿足設計要求；第四類為嚴重泄漏故障，表示支架液壓系統損壞已經比較嚴重，基本不能提供設計需要的支撐力，支架液壓系統已經處于惡劣狀態；第五類為極嚴重泄漏故障，表示支架液壓系統已經嚴重損壞，基本不能提供支撐力，支架液壓系統已經基本不能工作。

為了研究泄漏故障對支架支撐力的影響關系，在實驗室進行了活塞液壓泄漏試驗，分別試驗了在不同的泄漏程度條件下支架支撐力隨時間的變化關系（見圖1）。

圖1 不同故障程度時支架支撐力與時間的關系

1）在輕微泄漏故障時，立柱支撐力降低到45N以后逐漸趨于平衡，這說明輕微泄漏程度的故障在立柱支撐力小于45N時是基本不會泄漏的，而在極嚴重泄漏故障時，立柱支撐力快速下降，在60s以后支撐力為2N，幾乎完全失去支撐力；并且通過曲線趨勢可以得到不同泄漏故障在支撐力降到一定值后，泄漏基本不會發生。這說明在支架泄漏時，并不是所有的泄漏故障都會導致立柱完全失去支撐力，而是不同的泄漏程度時，支架實際最大支撐力為額定值的一部分。根據這個規律，可以根據需要的支撐力數值來得到支架泄漏故障的分級。

2）支架支撐力與時間的關系在有故障時是遞減的，但是多數在60s之后基本趨于平衡狀態，這說明，支架立柱的泄漏故障多發生在升柱之后的很短一段時間之內，此時支架支撐力小于立柱初撐力。雖然在此之后泄漏不再發生，但是立柱支撐力卻難以符合支架控制頂板的要求。

由以上的研究可以得知，如果液壓支架存在泄漏故障必然會影響到支架支撐力的發揮，從而會影響液壓支架的穩定性，所以對液壓支架的故障進行研究，尋求一種快速簡便有效的支架泄漏故障檢測方法成為保證液壓支架穩定的前提之一。

3 液壓泄漏故障的現場檢測及分析

某科研機構研發的YHX型泄漏檢測儀是煤礦井下液壓支架的液壓系統密封程度的檢測儀器，它適用于煤礦井下支架液壓系統泄漏檢測。它采用先進的檢測傳感技術，應用進口IC電路與晶體管組裝，具有體積小、重量輕、準確可靠、操作方便、實用等優點，是一種實用的便攜式泄漏檢測儀器〔3－4〕。

YHX型泄漏檢測儀故障診斷的原則為：有“外泄”或“內泄”故障，則會有高頻噪聲或振動信號產生；無“外泄”或“內泄”故障，則無高頻噪聲或振動信號產生。綜合試驗室測試結果和某礦工作面試檢驗證情況，可得支架液壓系統泄漏故障判別標準表（見表2）。

表2 支架液壓泄漏故障判據表

具體檢測工作主要通過兩種途徑進行：① 按一定的周期進行三輪全工作面支架液壓系統泄漏故障檢測，并發布支架故障檢測檢修報告，并根據檢測報告進行全面檢修并加強支架管理，以實現支架支護作用的可靠性；② 現場檢測時，隨機抽取數架支架，觀測人員和支架檢修工使用YHX型檢測儀檢測支架泄漏故障，發現問題后當場判定故障位置和故障原因，并立即組織維修，解決故障。

4 結語

工作面實施支架液壓系統故障檢測，可實現支架故障診斷和端面冒頂防治由早期的“被動應付型”到“主動保障型”的轉變，通過實施支架故障檢測技術，對于保障支架支護系統的可靠性，降低綜放工作面支架—圍巖事故率具有重要的指導意義。

〔1〕孫成通 .液壓支架泄漏檢測方法的分析與實踐〔J〕.機械制造與自動化，2004，6：40－42，44.

〔2〕張中金，李金艷.液壓支架液壓系統泄漏原因及對策〔J〕.煤礦機械，2005，7：134－135.

〔3〕張守寶，謝生榮，何富連 .液壓支架泄漏檢測方法的分析與實踐〔J〕.煤炭學報，2010，35（1）：145－148.

〔4〕何富連，張衛國，張守寶 .綜采面頂板安全保障及支架故障診斷技術〔J〕.中國煤炭，2006，32（12）：39－40.