综采工作面液压支架液压系统的预防性维护问题研究

【摘 要】液压传动与控制在现代生产设备及其控制系统中具有重要地位，在动力传递和运动控制等方面有着广泛地应用。液压系统的故障往往会导致整个设备的故障，从而造成重大的经济损失。

【关键词】综采设备；液压支架；液压系统；乳化液污染；使用寿命；污染物控制

0 引言

据统计，液压支架工作过程中发生的故障，80%左右是液压系统的故障。有研究显示，液压系统的失效75%左右是由于液压油的污染所引起的。因此，研究液压油污染问题是非常重要的，对液压系统的可靠性、安全性等都有重要的意义。

1 乳化液的被污染

乳化液是支架液压系统的血液，具有传递动力、减少元件间的磨损、隔离磨损表面、悬浮污染物、冷却液压元件等功能。因此，乳化液是否清洁，直接影响到支架液压系统的工作性能和液压支架的使用寿命。乳化液中主要含有以下各种污染物：

（l）固体污染物：来自液压系统的管道、液压元件的污染物。如液压缸、泵、钢管道、阀、液压油箱等，在系统使用前未清理干净，液压支架一旦工作，污染物就进入乳化液；

（2）外界侵入的污染物：外界空气、灰尘、固体颗粒，在液压系统工作过程中，通过液压缸活塞、管接头、液压油箱、空滤等进入乳化液；

（3）内部生成污染物：液压系统组装、调试、运转及乳化液变质产生污染物，直接进入乳化液中，如金属和密封材料的磨损颗粒、吸油和回油滤油器脱落的纤维和颗粒、乳化液温度升高而氧化变质生成的胶状物等；

（4）维护、保养、维修过程中产生的污染物：在更换滤油器滤芯和乳化液、清洗油箱以及维修拆装液压缸、阀时，会使固体颗粒、空气、纤维等进入乳化液。

为了减少因乳化液污染造成的液压支架的故障，通常采取以下两种途径来减少乳化液的污染：

（1）采取有效的污染控制措施，降低乳化液的污染度；

（2）提高元件的污染耐受度。

2 全面主动预防性维护

2.1 液压系统的失效分析

从液压系统及其主要元件的故障分析中可看出，液压系统主要故障是机器零部件由于磨损引起泄漏，进而失效。其中磨损的主要原因是液压系统中杂质所致，即污染磨损。由此可见，乳化液污染是支架液压系统失效的最主要根源。支架液压系统故障率高的原因有以下几类：

（1）由于乳化液中颗粒污染物过多，使液压元件的运动副异常磨损而失效；

（2）大量的污染物堵塞阀类零件的孔隙造成运动副卡滞，过滤器堵塞使泵产生吸空或性能下降，动作失灵等；

（3）由于过滤系统设计不当，以及现场存在的管理问题。

2.2 全面主动预防性维护策略

（1）液压支架液压系统油箱体外循环过滤分析

当液压支架在不动作时，可以假设污染物侵入率很小，即R≈0，此时油箱的污染控制方程式为：

n=n■·e■

式中：n■为油箱内油液的初始污染度，个/L）；n为油箱经过滤后油液的污染度，个/升）； βμ为滤油器对大于给定颗粒尺寸μ的过滤比；Q为滤油机的流量，L/min）；V为油箱内油液体积，L）。

由上式可知，油箱内的乳化液污染度按指数规律变化，随着过滤时间的增加趋于稳定。可见采用油箱体外循环过滤，可提高乳化液的清洁度。

（2）液压系统的监测诊断

通过对乳化液进行理化性能监测，当其性能劣化到一定程度时液压系统可能出现早期失效。为了判定故障的部位和类型已达到什么程度及发展趋势如何，应该对液压系统进行监测诊断。较常用的监测诊断方法有油液分析技术（光谱分析、铁谱分析）、振动、噪声诊断技术。

振动、噪声是液压系统在运行过程中所发生的必然现象，特别对泵来说，其壳体振动十分明显。通过对振动信号分析，可得到有关元件的特征信息，帮助我们诊断液压元件的故障原因及其部位。

3 全面主动预防性维护的实施

3.1 污染控制及监测诊断技术措施

液压支架液压系统的污染控制及监测诊断是一项复杂的系统工程，它涉到支架液压系统的设计、各元件的加工、组装、试验、安装、及其使用维护等方面。在实际使用中，根据污染物侵入情况及污染控制的理论分析结果可采取以下措施：

（l）加强对乳化液的管理以降低污染物的侵入率；

（2）严格执行正常的介质化验制度，对乳化液的污染度、粘度、水分等进行定时检验；

（3）定期进行体外循环过滤，以减少油箱内的污染物；

（4）选用性能可靠的精过滤器，以提高对污染物的滤除能力；

（5）加强人员的技术培训，提高管理、维修人员的素质，增强职工责任及故障预防意识和处理能力，避免人为事故而造成机械或部件故障；

（6）对液压系统采用油液分析及振动、噪声诊断技术，及时对系统的故障作出预报、分析及诊断，以便采用相应措施，以免发生更大的故障。

3.2 实施过程

在污染控制实施过程中，通常需要乳化液取样分析来确定液压系统是否换介质。这样做即可充分利用乳化液，又可及时判断其理化性能是否劣化，以便及时更换或处理。但这种方法在现场使用和维护时受到生产条件的限制，很不方便，因此在实际生产中，可采用常用的目测法和比色法来判断是否换液。

（1）目测法

乳化液污染后，其油液的颜色、浑浊度等外观质量与同规格的清洁乳化液对比会发生变化。目测法正是根据此变化来确定乳化液的污染程度。

（2）比色法

比色法是把一定体积的乳化液试样中的污染物用滤纸过滤出来，然后根据滤纸干燥后所产生的液迹来判别其污染程度。其具体做法如下：取被测乳化液和同规格清洁乳化液少许，分别滴在240目滤纸上，滤纸干燥后，比较滤纸所形成的液迹即可判定乳化液的污染程度。

4 乳化液被污染的简易诊断法

4.1 望

（1）看速度。指执行机构运动速度有无变化和异常现象。对液压支架液压系统来说，也就是观察液压支架在几个动作中运动是否平稳，速度是否在允许范围内。

（2）看压力。指液压系统中各测压点的压力值大小，压力值波动现象。对于液压支架液压系统来说，一般是观察系统的高压表、低压表、及背压表，看其读数值是否在规定范围内。

（3）看介质。观察乳化液是否清洁，是否变质，液体表面是否有泡沫，液体量是否在规定的液线范围内。

（4）看泄漏。指的是管路各接头、阀板接合处、液压缸端盖、泵轴端等是否有渗漏、滴漏现象。对于液压支架液压系统主要是看管路接头、阀板接合处等有无滴漏、渗漏。

4.2 闻

（1）听噪声。听泵和液压系统工作时噪声是否过大；各种阀是否有尖叫声；

（2）听气声。对液压支架液压系统主要检查泵是否进空气；

4.3 问

（1）问液压系统是否正常，泵有无异常现象；

（2）问乳化液更换时间，滤网是否清洁；

（3）问故障前操纵系统是否正常工作，有哪些不正常现象；

（4）问发生故障前后对密封件或液压元件是否更换过；

（5）问发生故障前后液压系统出现过哪些不正常现象；

（6）问过去经常出现哪些故障，是怎样排除的，哪位维修人员对故障原因与排除方法比较了解。

4.4 切

（1）摸温升。用摸泵、油箱和阀类元件外壳表面上的温度，若接触两秒感觉到烫手，就应该检查温升的原因。

（2）摸振动。用手摸运动件和管路的振动情况，若有高频振动应检查产生的原因。

（3）摸松紧程度。用手拧管接头、紧固螺丝等的松紧程度。

5 结束语

总之，液压系统的故障，其症状与原因之间存在各种各样的重叠与交叉。对于一个症状有多种可能原因的情形，应采取有效手段剔除不存在的原因；对于一个故障源产生多个症状的情形，可利用多个症状的组合确定故障源；对于叠加现象，应全面考虑各影响因素，并分清各因素作用的主次轻重。

【参考文献】

[1]郑红星.液压系统设计与运行可靠性探讨[J].液压与气动，1997（8）：92-96.

[2]赵显新.工程机械液压传动装置原理与检修[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2000.

[责任编辑：刘帅]

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