基于機理分析的液壓支架液壓系統的故障判據與分類問題探究

任曉麗

（神華寧夏煤業集團礦機公司，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，液壓元、部件的動作頻繁，是最容易出現故障的部分。

1 液壓支架液壓系統故障的判定依據

制定產品的故障判據時，一般應遵循的原則是:

1）不能在規定條件下喪失功能；

2）故障判據的界限值根據可接受的性能來確定；

3）不同產品可按該產品的主要性能指標來衡量。

由于各種液壓支架的結構、制造水平和使用條件不同，同一故障所導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，而應按照上述判定原則，參照實例，根據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。

（1）軸向柱塞泵故障判據

①滑動摩擦副表面出現拉絲、粘銅或燒蝕；

②容積效率下降到低于合格品指標的10%；

③零部件出現損壞斷裂；

④滾動軸承滾動體出現疲勞剝蝕；

⑤泵體有滴狀外漏；

⑥變量機構失靈，或變量機構的變量特性低于合格品指標的10%以上。

（2）壓力控制閥故障判據

①導閥振顫或嘯叫，控制壓力發生很大波動；

②零部件的異常磨損或斷裂；

③壓力調節失靈或有卡死現象；

④閥體有滴狀外漏；

⑤技術性能指標低于標準規定值的10%。

（3）方向控制閥故障判據

①換向、復位時間超過標準規定值的10%；

②出現卡死、嘯叫或抖動現象；

③內泄漏量超過標準規定值的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

①緊固螺釘斷裂；

②缸體出現裂紋；

③有滴狀外漏。

2 液壓支架液壓系統故障的分類

2.1 按液壓故障發生的時間性分類

（1）早發性故障

這是由于支架液壓系統和液壓元件的設計、制造、組裝、調試等方面存在問題引起的。 如新購的液壓支架嚴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、調試是可以解決的。 如果是設計上的不合理或液壓元件制造上存在問題，就必須改進設計、調整制造工藝。

（2）突發性故障

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

（3）漸發性故障

這是由于支架液壓元件和工作介質等的劣化過程逐漸發展而形成的。 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生概率與使用時間有關，它只是在元件的有效壽命的后期才明顯地表現出來。如液壓缸、液壓泵、液壓馬達的磨損造成的內泄漏逐漸增大，當達到某一泄漏量時，故障就明顯地表現出來；密封件的老化隨時間而加劇，當達到有效壽命期時就失去了密封作用，導致系統嚴重泄漏；液壓元件中的壓力彈簧的疲勞隨時間而加劇，當達到疲勞極限時，就失去了控制作用；工作介質的變質隨時間加劇等等。由于這種故障具有逐漸發展的性質，所以這種故障通常是可以預測的。

2.2 按液壓故障特性分類

（1）共性故障

是指支架液壓系統和液壓元件都常出現的液壓故障。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、進氣等故障。

（2）個性故障

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

（3）理性故障

理性故障是由于支架液壓系統設計不合理或不完善、液壓元件結構設計不合理或選用不當而引起的故障。 如溢流閥額定流量選小了，導致溢流閥過載而發出尖叫聲等等。這類故障必須通過設計理論分析和系統性能驗算后，才能最終加以判斷。

2.3 根據零部件類型不同分類

（1）結構件故障

除了液壓系統元件以外的所有構成液壓支架主體結構的零部件（如頂梁、掩護梁、連接銷軸等）所出現的故障，即為結構件故障。

（2）液壓件故障

除了結構件以外的支架液壓系統元件（立柱、千斤頂、操縱閥、控制閥、管路等）所出現的故障，即為液壓件故障。

2.4 根據故障發生的原因分類

（1）固有故障

（2）人為故障

（3）環境故障

（4）耗損故障

2.5 根據故障的從屬關系分類

（1）基本故障

這種故障是指液壓支架零部件本身內在因素或缺陷所導致的故障。它包括由于構件強度、材質、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致產生的派生故障。例如，立柱液控單向閥密封件失效，導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 根據故障的性質、維修難易和危害程度分類

（1）致命故障

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

（2）嚴重故障

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，但繼續使用不會導致主要零部件損壞，或者操作人員利用隨架工具和易損備件，在較短時間內不影響工作面照常采煤情況下通過拆裝、更換即可修復的故障。

（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-圍巖事故的關鍵影響因素之一是井下惡劣環境和復雜生產地質條件下液壓支架故障率高，導致支架支護能力不能充分發揮和頂板冒落等事故。

綜采工作面液壓支架機械構件的故障損壞較少發生，且故障現象直觀，便于發現和排除。 但是液壓系統故障率高且難以被人們傳統的感官和經驗所直觀發現與判斷，實際質量和故障情況主要取決于支架液壓系統故障。 以ZZ 系列支架為例，通過統計分析發現，液壓系統的故障出現數量遠大于其他機械故障的出現數量。 因此，應著重對液壓支架液壓系統進行故障分析，分析其故障類別、判斷故障原因進而提出預防和維護措施，以減少故障率，提高支架液壓系統乃至整個液壓支架的使用壽命。

支架液壓系統由立柱、千斤頂、液壓閥、管路、聯接件和泵站組成，支架液壓系統故障的結果常表現為執行機構一立柱和千斤頂不能正常工作，各種閥類的故障也是導致支架液壓系統故障的原因。

4 結束語

總之，液壓支架是綜采工作面最重要的設備，液壓支架的維修工作量也是綜采設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，才能使綜采設備發揮出高效、安全的優勢，保證好現場的安全生產。

［1］帥長紅.液壓設備設計、生產、技術改造與故障診斷[M].北京:北方工業出版社，2006.

［2］梁為.機械故障診斷[M].北京:煤炭工業出版社，2005.