液壓支架液壓系統(tǒng)故障診斷及維修技術(shù)研究

馬浩野

（西山新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心， 山西 太原 030000）

引言

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

圖1 液壓系統(tǒng)圖

1 液壓支架液壓系統(tǒng)組成及常見故障分類

液壓支架液壓系統(tǒng)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(xié)同完成液壓支架的功能控制。液壓系統(tǒng)故障主要是指液壓回路或者回路中元器件出現(xiàn)問題，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能完成正常工作的現(xiàn)象。其判定原則如下：第一是在規(guī)定條件下喪失了應(yīng)有功能；第二是設(shè)定的故障界限值超出了可以接受的范圍；第三是組成構(gòu)件的主要性能指標(biāo)出現(xiàn)問題。由于液壓支架的結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、應(yīng)用環(huán)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(fù)雜。

根據(jù)液壓系統(tǒng)的故障性質(zhì)、維修難以程度及后果可以將其分為致命故障、嚴(yán)重故障、一般故障、輕微故障。其中致命故障指的是嚴(yán)重危害人身安全，或者引起重大生產(chǎn)事故，產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失的故障，如立柱、平衡等主要千斤頂?shù)谋祝坏┏霈F(xiàn)必將導(dǎo)致工作面停工停產(chǎn)，甚至傷亡事故；嚴(yán)重故障指的是故障出現(xiàn)會導(dǎo)致液壓支架主要零部件的損毀，如活塞及活塞桿的嚴(yán)重劃傷、磨損和腐蝕等，導(dǎo)致液壓支架喪失支護(hù)功能，中斷生產(chǎn)；一般故障指的是液壓系統(tǒng)零部件的磨損、裂紋、密封失效等，繼續(xù)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(dá)使用時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)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(tǒng)非關(guān)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(tǒng)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(biāo)，尋找直接導(dǎo)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(fā)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(tǒng)故障樹

基于故障樹分析方法，結(jié)合筆者液壓系統(tǒng)故障處理經(jīng)驗(yàn)，完成了液壓系統(tǒng)故障樹的建立，如圖2所示。其中頂事件T為液壓系統(tǒng)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(zhǔn)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(shí)操作響應(yīng)慢；X5為千斤頂漏液；X6為泵壓低；X7為安全閥調(diào)壓低；X8為操作時(shí)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?jǐn)[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(zhì)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。

圖2 液壓支架液壓系統(tǒng)故障樹

泵站液壓系統(tǒng)作為整個(gè)液壓支架液壓系統(tǒng)的重要組成部分，在綜采工作面中承擔(dān)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(guān)液壓裝置的動力保證，因此在進(jìn)行整個(gè)液壓系統(tǒng)故障分析時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注泵站液壓系統(tǒng)。

2.2 泵站液壓系統(tǒng)故障樹的建立

在液壓支架液壓系統(tǒng)故障樹基礎(chǔ)上完成了液壓系統(tǒng)故障樹的建立，如圖3所示。

圖3 泵站液壓系統(tǒng)故障樹

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(xiàn)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(jìn)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(tǒng)可靠性預(yù)測分析功能，能夠大大提高系統(tǒng)故障分析的效率。結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)及理論分析，液壓支架工作過程中判斷乳化液泵是否出現(xiàn)故障的條件包括容積效率出現(xiàn)明顯降低、處于欠壓狀態(tài)、動作異常、出現(xiàn)振動噪聲、乳化液溫升過高等。通過總結(jié)分析乳化液泵產(chǎn)生上述故障的原因在CAFTA軟件內(nèi)部建立了乳化液泵故障樹，如圖4所示。

圖4 乳化液泵故障樹

3.2 乳化液泵的故障樹仿真運(yùn)行及結(jié)果分析

乳化液泵故障樹仿真前設(shè)置仿真次數(shù)N=3 000次，取T=35 000 h，將其分為10個(gè)區(qū)間，區(qū)間間隔即為3 500 h，之后運(yùn)行CAFTA故障樹分析系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)生必將導(dǎo)致故障樹中頂事件的發(fā)生。密封件磨損故障相較于其他故障發(fā)生的概率較高，其值為0.128，即在同樣的仿真過程中其出現(xiàn)故障結(jié)果的次數(shù)較多。實(shí)際工作過程中密封件出現(xiàn)磨損多由乳化液受污染所致，導(dǎo)致乳化液泵的容積效率降低，進(jìn)而引發(fā)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(shù)

乳化液污染故障主要體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)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(xiàn)相關(guān)的磨損故障，首先需要及時(shí)更換磨損件，選用硬度高、耐磨性好的合格產(chǎn)品，保證液壓支架的正常工作，提高其工作的可靠性。同時(shí)也要檢測乳化液的純凈度，出現(xiàn)污染現(xiàn)象必須進(jìn)行更換，以免對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生更大的危害。

5 結(jié)論

1）完成了對某型號支撐掩護(hù)式液壓支架液壓系統(tǒng)組成的分析，建立了整個(gè)液壓系統(tǒng)的故障樹，結(jié)果表明泵站液壓系統(tǒng)是系統(tǒng)故障關(guān)注的重點(diǎn)；

2）建立了泵站液壓系統(tǒng)的故障樹，分析得出液壓系統(tǒng)故障分析的重點(diǎn)是乳化液泵；

3）運(yùn)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(fā)生概率、概率重要度、模式重要度等數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果表明密封件磨損故障發(fā)生的概率較高，主要原因是乳化液的污染；

表1 失效率與重要度模擬結(jié)果

4）基于故障樹分析結(jié)果提出了乳化液污染故障的維修技術(shù)，以期為液壓支架日常維護(hù)保養(yǎng)工作提供技術(shù)支持。