基于機理分析的液壓支架液壓系統(tǒng)的故障判據(jù)與分類問題探究

任曉麗

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)礦機公司，寧夏 石嘴山753000）

0 引言

在液壓支架的各組成部分中，液壓系統(tǒng)的使用頻率較高，液壓支架在工作過程中完成的升、降、推、移四個基本動作完全依靠液壓傳動與控制來實現(xiàn)，液壓元、部件的動作頻繁，是最容易出現(xiàn)故障的部分。

1 液壓支架液壓系統(tǒng)故障的判定依據(jù)

制定產(chǎn)品的故障判據(jù)時，一般應(yīng)遵循的原則是:

1）不能在規(guī)定條件下喪失功能；

2）故障判據(jù)的界限值根據(jù)可接受的性能來確定；

3）不同產(chǎn)品可按該產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)來衡量。

由于各種液壓支架的結(jié)構(gòu)、制造水平和使用條件不同，同一故障所導(dǎo)致后果及排除故障的難易程度會有很大差別， 因此不能完全照搬，而應(yīng)按照上述判定原則，參照實例，根據(jù)具體情況來確定其類別。下面是常用支架液壓元件的故障判據(jù)。

（1）軸向柱塞泵故障判據(jù)

①滑動摩擦副表面出現(xiàn)拉絲、粘銅或燒蝕；

②容積效率下降到低于合格品指標(biāo)的10%；

③零部件出現(xiàn)損壞斷裂；

④滾動軸承滾動體出現(xiàn)疲勞剝蝕；

⑤泵體有滴狀外漏；

⑥變量機構(gòu)失靈，或變量機構(gòu)的變量特性低于合格品指標(biāo)的10%以上。

（2）壓力控制閥故障判據(jù)

①導(dǎo)閥振顫或嘯叫，控制壓力發(fā)生很大波動；

②零部件的異常磨損或斷裂；

③壓力調(diào)節(jié)失靈或有卡死現(xiàn)象；

④閥體有滴狀外漏；

⑤技術(shù)性能指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的10%。

（3）方向控制閥故障判據(jù)

①換向、復(fù)位時間超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的10%；

②出現(xiàn)卡死、嘯叫或抖動現(xiàn)象；

③內(nèi)泄漏量超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的10%；

④零部件的異常磨損或疲勞斷裂；

⑤有滴狀外漏。

（4）液壓缸故障判據(jù)

①緊固螺釘斷裂；

②缸體出現(xiàn)裂紋；

③有滴狀外漏。

2 液壓支架液壓系統(tǒng)故障的分類

2.1 按液壓故障發(fā)生的時間性分類

（1）早發(fā)性故障

這是由于支架液壓系統(tǒng)和液壓元件的設(shè)計、制造、組裝、調(diào)試等方面存在問題引起的。 如新購的液壓支架嚴(yán)重泄漏和噪聲大等故障，一般通過重新檢驗測試和重新安裝、調(diào)試是可以解決的。 如果是設(shè)計上的不合理或液壓元件制造上存在問題，就必須改進(jìn)設(shè)計、調(diào)整制造工藝。

（2）突發(fā)性故障

這是由于各種不利的偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果。如液壓閥卡死不能換向；液壓缸油管破裂，造成系統(tǒng)壓力下降；液壓泵壓力失調(diào)等等。

（3）漸發(fā)性故障

這是由于支架液壓元件和工作介質(zhì)等的劣化過程逐漸發(fā)展而形成的。 劣化過程主要包括磨損、腐蝕、疲勞、老化、污染等因素。 這種故障的特點是其發(fā)生概率與使用時間有關(guān)，它只是在元件的有效壽命的后期才明顯地表現(xiàn)出來。如液壓缸、液壓泵、液壓馬達(dá)的磨損造成的內(nèi)泄漏逐漸增大，當(dāng)達(dá)到某一泄漏量時，故障就明顯地表現(xiàn)出來；密封件的老化隨時間而加劇，當(dāng)達(dá)到有效壽命期時就失去了密封作用，導(dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重泄漏；液壓元件中的壓力彈簧的疲勞隨時間而加劇，當(dāng)達(dá)到疲勞極限時，就失去了控制作用；工作介質(zhì)的變質(zhì)隨時間加劇等等。由于這種故障具有逐漸發(fā)展的性質(zhì)，所以這種故障通常是可以預(yù)測的。

2.2 按液壓故障特性分類

（1）共性故障

是指支架液壓系統(tǒng)和液壓元件都常出現(xiàn)的液壓故障。其故障的特點是相同的如振動和噪聲、液壓沖擊、爬行、泄漏、高溫、進(jìn)氣等故障。

（2）個性故障

是指支架的液壓系統(tǒng)和液壓元件所具有的特有液壓功能所出現(xiàn)的特殊性故障。 如各液壓系統(tǒng)的保壓、卸壓功能等所出現(xiàn)的故障。

（3）理性故障

理性故障是由于支架液壓系統(tǒng)設(shè)計不合理或不完善、液壓元件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或選用不當(dāng)而引起的故障。 如溢流閥額定流量選小了，導(dǎo)致溢流閥過載而發(fā)出尖叫聲等等。這類故障必須通過設(shè)計理論分析和系統(tǒng)性能驗算后，才能最終加以判斷。

2.3 根據(jù)零部件類型不同分類

（1）結(jié)構(gòu)件故障

除了液壓系統(tǒng)元件以外的所有構(gòu)成液壓支架主體結(jié)構(gòu)的零部件（如頂梁、掩護(hù)梁、連接銷軸等）所出現(xiàn)的故障，即為結(jié)構(gòu)件故障。

（2）液壓件故障

除了結(jié)構(gòu)件以外的支架液壓系統(tǒng)元件（立柱、千斤頂、操縱閥、控制閥、管路等）所出現(xiàn)的故障，即為液壓件故障。

2.4 根據(jù)故障發(fā)生的原因分類

（1）固有故障

（2）人為故障

（3）環(huán)境故障

（4）耗損故障

2.5 根據(jù)故障的從屬關(guān)系分類

（1）基本故障

這種故障是指液壓支架零部件本身內(nèi)在因素或缺陷所導(dǎo)致的故障。它包括由于構(gòu)件強度、材質(zhì)、加工和裝配工藝等原因所引起的過度變形、斷裂、過度磨損、老化、腐蝕、緊固件松動或失效、密封件失效等。

（2）從屬故障

這種故障是指液壓支架由于外部因素（如違章操作，外界偶然事故等）所引起或由基本故障所導(dǎo)致產(chǎn)生的派生故障。例如，立柱液控單向閥密封件失效，導(dǎo)致立柱下腔液體泄漏，支架支撐力下降。密封件失效為基本故障，而由此引起的液壓泄漏，支架支撐力下降為從屬故障。

2.6 根據(jù)故障的性質(zhì)、維修難易和危害程度分類

（1）致命故障

這種故障是指嚴(yán)重危及人身安全，或引起重要零部件報廢，造成重大生產(chǎn)事故和重大經(jīng)濟損失的故障。

（2）嚴(yán)重故障

這種故障是指液壓支架主要零部件損壞，斷裂，開焊，嚴(yán)重磨損或變形，使其功能完全或大部分喪失，致使工作面采煤中斷，需要較長時間停架解體維修，更換部分零部件的故障。

（3）一般故障

這種故障是指一般零部件損壞，折斷，裂紋，過度磨損，彎曲變形，密封件失效，但繼續(xù)使用不會導(dǎo)致主要零部件損壞，或者操作人員利用隨架工具和易損備件，在較短時間內(nèi)不影響工作面照常采煤情況下通過拆裝、更換即可修復(fù)的故障。

（4）輕微故障

這種故障是指非主要零部件的緊固件松動、損壞、失效等，對液壓支架性能和使用無多大影響的故障。

3 液壓支架液壓系統(tǒng)故障舉例

中國綜采面平均開機率只有30%左右，支架一圍巖事故約占總事故的。 支架-圍巖事故的關(guān)鍵影響因素之一是井下惡劣環(huán)境和復(fù)雜生產(chǎn)地質(zhì)條件下液壓支架故障率高，導(dǎo)致支架支護(hù)能力不能充分發(fā)揮和頂板冒落等事故。

綜采工作面液壓支架機械構(gòu)件的故障損壞較少發(fā)生，且故障現(xiàn)象直觀，便于發(fā)現(xiàn)和排除。 但是液壓系統(tǒng)故障率高且難以被人們傳統(tǒng)的感官和經(jīng)驗所直觀發(fā)現(xiàn)與判斷，實際質(zhì)量和故障情況主要取決于支架液壓系統(tǒng)故障。 以ZZ 系列支架為例，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)的故障出現(xiàn)數(shù)量遠(yuǎn)大于其他機械故障的出現(xiàn)數(shù)量。 因此，應(yīng)著重對液壓支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，分析其故障類別、判斷故障原因進(jìn)而提出預(yù)防和維護(hù)措施，以減少故障率，提高支架液壓系統(tǒng)乃至整個液壓支架的使用壽命。

支架液壓系統(tǒng)由立柱、千斤頂、液壓閥、管路、聯(lián)接件和泵站組成，支架液壓系統(tǒng)故障的結(jié)果常表現(xiàn)為執(zhí)行機構(gòu)一立柱和千斤頂不能正常工作，各種閥類的故障也是導(dǎo)致支架液壓系統(tǒng)故障的原因。

4 結(jié)束語

總之，液壓支架是綜采工作面最重要的設(shè)備，液壓支架的維修工作量也是綜采設(shè)備維修工作量中最大的，但是也只有維修好、使用好液壓支架，才能使綜采設(shè)備發(fā)揮出高效、安全的優(yōu)勢，保證好現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

［1］帥長紅.液壓設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、技術(shù)改造與故障診斷[M].北京:北方工業(yè)出版社，2006.

［2］梁為.機械故障診斷[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.