綜采工作面液壓支架液壓系統的預防性維護問題研究

安 東

（神華寧夏煤業集團 紅柳煤礦，寧夏 靈武750411）

0 引言

據統計， 液壓支架工作過程中發生的故障，80%左右是液壓系統的故障。 有研究顯示，液壓系統的失效75%左右是由于液壓油的污染所引起的。因此，研究液壓油污染問題是非常重要的，對液壓系統的可靠性、安全性等都有重要的意義。

1 乳化液的被污染

乳化液是支架液壓系統的血液，具有傳遞動力、減少元件間的磨損、隔離磨損表面、懸浮污染物、冷卻液壓元件等功能。因此，乳化液是否清潔， 直接影響到支架液壓系統的工作性能和液壓支架的使用壽命。 乳化液中主要含有以下各種污染物：

（l）固體污染物：來自液壓系統的管道、液壓元件的污染物。 如液壓缸、泵、鋼管道、閥、液壓油箱等，在系統使用前未清理干凈，液壓支架一旦工作，污染物就進入乳化液；

（2）外界侵入的污染物：外界空氣、灰塵、固體顆粒，在液壓系統工作過程中，通過液壓缸活塞、管接頭、液壓油箱、空濾等進入乳化液；

（3）內部生成污染物：液壓系統組裝、調試、運轉及乳化液變質產生污染物，直接進入乳化液中，如金屬和密封材料的磨損顆粒、吸油和回油濾油器脫落的纖維和顆粒、乳化液溫度升高而氧化變質生成的膠狀物等；

（4）維護、保養、維修過程中產生的污染物：在更換濾油器濾芯和乳化液、清洗油箱以及維修拆裝液壓缸、閥時，會使固體顆粒、空氣、纖維等進入乳化液。

為了減少因乳化液污染造成的液壓支架的故障，通常采取以下兩種途徑來減少乳化液的污染：

（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 全面主動預防性維護

2.1 液壓系統的失效分析

從液壓系統及其主要元件的故障分析中可看出，液壓系統主要故障是機器零部件由于磨損引起泄漏，進而失效。 其中磨損的主要原因是液壓系統中雜質所致，即污染磨損。由此可見，乳化液污染是支架液壓系統失效的最主要根源。 支架液壓系統故障率高的原因有以下幾類：

（1）由于乳化液中顆粒污染物過多，使液壓元件的運動副異常磨損而失效；

（2）大量的污染物堵塞閥類零件的孔隙造成運動副卡滯，過濾器堵塞使泵產生吸空或性能下降，動作失靈等；

（3）由于過濾系統設計不當，以及現場存在的管理問題。

2.2 全面主動預防性維護策略

（1）液壓支架液壓系統油箱體外循環過濾分析

當液壓支架在不動作時，可以假設污染物侵入率很小，即R≈0，此時油箱的污染控制方程式為：

式中：n0為油箱內油液的初始污染度，個/L）；n 為油箱經過濾后油液的污染度，個/升）； βμ為濾油器對大于給定顆粒尺寸μ 的過濾比；Q為濾油機的流量，L/min）；V 為油箱內油液體積，L）。

由上式可知，油箱內的乳化液污染度按指數規律變化，隨著過濾時間的增加趨于穩定。 可見采用油箱體外循環過濾，可提高乳化液的清潔度。

（2）液壓系統的監測診斷

通過對乳化液進行理化性能監測，當其性能劣化到一定程度時液壓系統可能出現早期失效。為了判定故障的部位和類型已達到什么程度及發展趨勢如何，應該對液壓系統進行監測診斷。 較常用的監測診斷方法有油液分析技術（光譜分析、鐵譜分析）、振動、噪聲診斷技術。

振動、噪聲是液壓系統在運行過程中所發生的必然現象，特別對泵來說，其殼體振動十分明顯。通過對振動信號分析，可得到有關元件的特征信息，幫助我們診斷液壓元件的故障原因及其部位。

3 全面主動預防性維護的實施

3.1 污染控制及監測診斷技術措施

液壓支架液壓系統的污染控制及監測診斷是一項復雜的系統工程，它涉到支架液壓系統的設計、各元件的加工、組裝、試驗、安裝、及其使用維護等方面。 在實際使用中，根據污染物侵入情況及污染控制的理論分析結果可采取以下措施：

（l）加強對乳化液的管理以降低污染物的侵入率；

（2）嚴格執行正常的介質化驗制度，對乳化液的污染度、粘度、水分等進行定時檢驗；

（3）定期進行體外循環過濾，以減少油箱內的污染物；

（4）選用性能可靠的精過濾器，以提高對污染物的濾除能力；

（5）加強人員的技術培訓，提高管理、維修人員的素質，增強職工責任及故障預防意識和處理能力，避免人為事故而造成機械或部件故障；

（6）對液壓系統采用油液分析及振動、噪聲診斷技術，及時對系統的故障作出預報、分析及診斷，以便采用相應措施，以免發生更大的故障。

3.2 實施過程

在污染控制實施過程中，通常需要乳化液取樣分析來確定液壓系統是否換介質。 這樣做即可充分利用乳化液，又可及時判斷其理化性能是否劣化，以便及時更換或處理。 但這種方法在現場使用和維護時受到生產條件的限制，很不方便，因此在實際生產中，可采用常用的目測法和比色法來判斷是否換液。

（1）目測法

乳化液污染后，其油液的顏色、渾濁度等外觀質量與同規格的清潔乳化液對比會發生變化。目測法正是根據此變化來確定乳化液的污染程度。

（2）比色法

比色法是把一定體積的乳化液試樣中的污染物用濾紙過濾出來，然后根據濾紙干燥后所產生的液跡來判別其污染程度。其具體做法如下：取被測乳化液和同規格清潔乳化液少許，分別滴在240 目濾紙上，濾紙干燥后，比較濾紙所形成的液跡即可判定乳化液的污染程度。

4 乳化液被污染的簡易診斷法

4.1 望

（1）看速度。指執行機構運動速度有無變化和異常現象。對液壓支架液壓系統來說， 也就是觀察液壓支架在幾個動作中運動是否平穩，速度是否在允許范圍內。

（2）看壓力。 指液壓系統中各測壓點的壓力值大小，壓力值波動現象。對于液壓支架液壓系統來說，一般是觀察系統的高壓表、低壓表、及背壓表，看其讀數值是否在規定范圍內。

（3）看介質。 觀察乳化液是否清潔，是否變質，液體表面是否有泡沫，液體量是否在規定的液線范圍內。

（4）看泄漏。指的是管路各接頭、閥板接合處、液壓缸端蓋、泵軸端等是否有滲漏、滴漏現象。對于液壓支架液壓系統主要是看管路接頭、閥板接合處等有無滴漏、滲漏。

4.2 聞

（1）聽噪聲。聽泵和液壓系統工作時噪聲是否過大；各種閥是否有尖叫聲；

（2）聽氣聲。 對液壓支架液壓系統主要檢查泵是否進空氣；

4.3 問

（1）問液壓系統是否正常，泵有無異常現象；

（2）問乳化液更換時間，濾網是否清潔；

（3）問故障前操縱系統是否正常工作，有哪些不正常現象；

（4）問發生故障前后對密封件或液壓元件是否更換過；

（5）問發生故障前后液壓系統出現過哪些不正常現象；

（6）問過去經常出現哪些故障，是怎樣排除的，哪位維修人員對故障原因與排除方法比較了解。

4.4 切

（1）摸溫升。 用摸泵、油箱和閥類元件外殼表面上的溫度，若接觸兩秒感覺到燙手，就應該檢查溫升的原因。

（2）摸振動。用手摸運動件和管路的振動情況，若有高頻振動應檢查產生的原因。

（3）摸松緊程度。 用手擰管接頭、緊固螺絲等的松緊程度。

5 結束語

總之，液壓系統的故障，其癥狀與原因之間存在各種各樣的重疊與交叉。 對于一個癥狀有多種可能原因的情形，應采取有效手段剔除不存在的原因；對于一個故障源產生多個癥狀的情形，可利用多個癥狀的組合確定故障源；對于疊加現象，應全面考慮各影響因素，并分清各因素作用的主次輕重。

［1］鄭紅星.液壓系統設計與運行可靠性探討[J].液壓與氣動,1997(8)：92-96.

［2］趙顯新.工程機械液壓傳動裝置原理與檢修[M].遼寧：遼寧科學技術出版社，2000.