煤礦坑道鉆機液壓系統可維修性設計研究

黨濱 趙奕杰

摘要：為能夠提高煤礦鉆機液壓系統的可維修性，考慮到該系統在運行過程中故障的隱蔽性，隨機性等特點，分析了影響液壓系統可維修性的因素，并提出了有效的設計方案，能夠對維修時間，概率進行特點分析，建立煤礦鉆機液壓系統的可維修性流程，對進一步提升該系統可維修性水平具有十分重要的價值。

關鍵詞：煤礦坑道；鉆機；液壓系統；可維修性

引言

坑道鉆機是現代煤礦生產過程中的重要設備，而液壓技術因具備工作穩定性強、操作便捷、調控范圍廣、結構簡單等特點，故在煤礦坑道鉆機中被廣泛應用，有些生產單位已將履帶全液壓鉆機應用于煤礦瓦斯的鉆孔施工過程中，且施工技術已成熟。隨著煤礦開采任務復雜程度的加深，煤礦采用的鉆機液壓系統也逐漸趨于復雜化，而且現在液壓產品采用大量電子測控元件，這些因素在一定程度上提升了坑道鉆機的系統性，但是另一面卻降低了系統的維修性。同時考慮到煤礦坑道鉆機屬于井下作業，而井下環境相對惡劣，作業周期較長，故很容易出現故障。但受到維修空間限制，很多設備修理需要將修理工具從井下轉移到地面，這不僅會使得維修難度提高，同時還會影響生產過程，給煤礦帶來較大的經濟損失。如何在有效時間內采用較少的維修資源，快速恢復設備功能，是當前研究人員急需解決的問題。

1液壓系統可維修性

可維修性是指能夠使產品保持和恢復某一狀態的活動，根據維修的管理方式，我們通常將維修分為預防維修和事后維修。其中預防維修是基于一定流程下能夠對設備進行系統檢測，當出現故障時，可以采取有效措施防止設備出現故障，進而使其恢復到預定狀態，包括操作人員的監控，以及專業人員定期開展維修、檢查、更換等流程。事后維修又被稱為恢復性維修，具體是當產品發生故障后能夠使其恢復到理想狀態的活動，包括故障的定位，隔離，分配調整等。

可維修性是與維修關系最為密切的產品質量特征，根據嚴格的規定方法，在一定條件和時間內能夠對設備進行修復、恢復功能狀態的能力。可維修性是產品在設計中所賦有的，能夠使其實現維修經濟性，簡單化的特點，是與產品的結構空間配置，零部件安裝等相關的。可維修性包括內容以及對于可維修性的要求存在差異，對于一些功能比較單一，結構簡便的設備來說要求開展局部可維修性，同時對該類產品需要確保維修活動能夠按照嚴格的程序，找出錯誤并完成元部件的替換。而對于一些自動化程度較高且處于連續工作狀態的設備來說，需要開展可靠性的測評，在實際過程中優先開展一些容易損壞的零部件的維修性，確保整個設備實現較高可靠性運行。在產品設計中開展可維修性相關研究能夠減少后期人員的維修時間，縮短由于設備故障而給帶來的停機損失。

2影響液壓系統可維修性的因素

由于設備的可維修性存在多種因素影響，包括外界環境維修的資源條件，工作場地等。而針對煤礦鉆機液壓系統，影響其可維修性的因素包括三個方面。

首先是設備的可達性，可達性是煤礦液壓系統維修性的關鍵因素，如果設備可達性程度不高時，則會導致維修難度提高，延長檢修時間，降低設備可維修性。而對于煤礦來說可維修性包括內外部的可達性，其中設備的外部可達性是受到液壓系統各模塊局部設計和安裝場所空間情況的影響，因此在整體布局設計時需要綜合考慮維修過程中的姿勢以及維修人員在開展維修過程中，安裝人員布設管路所需的空間。而設備的內部可達性是受內部結構設計的影響，比如過分要求管道布置的美觀性，會使油管相近曲率在設備中整齊排列，不僅增加其長度，提高能量損失，也會導致在維修中操作不便，從一定程度上影響內部可達性。

其次是系統的可操作性，系統的可操作性與維修的操作具有一定聯系的，將直接影響后續維修過程中的便捷度。需要結合人的生理特點，零部件結構，盡可能提高勞動效率，比如由旋鈕尺寸需要根據人體的手指部位進行確定，其直徑需要確保動作準確性和速度作為前提，開展設計。

最后是液壓系統的測試診斷性，測試是確定某產品性能，測定其是否能夠實現正常工作，便于找到故障原因，采取有效措施開展的活動。而診斷是利用一些軟硬件確定系統故障，查明技術原因之后開展操作，液壓系統的測試診斷是否快速、簡便、正確，將對整個煤礦液壓系統產生重要的影響，隨著系統逐漸趨于復雜，測試診斷也成為了設備維修的關鍵問題。

3煤礦液壓系統的可維修性相關設計分析

可維修性的相關分析能夠為確定維修準則提供重要的參考依據，只有根據其維修要求以及設計進行相應的分析，才能夠準確確定維修設計準則。通過維修分析，可確定產品在維修過程中的具體要求，包括標準化程度可達距離、操作空間等。常用的維修性分析方法包括故障模式及影響分析和壽命周期費用分析。通過故障模式及影響分析，能夠確定設備的故障產生原因，及故障產生的后果，并在此基礎上確定設計要求，比如故障提示器確定，設計測試點的布置，診斷方案等內容。故障模式分析的范圍受到各維修級別所規定的產品復雜度，維修要求等影響。壽命周期費用分析是液壓產品在其壽命周期中，為確保產品實現正常運行所需要的費用，是產品設計過程中的主要參考因素。液壓產品在開發和設計中的所有決策都會影響最終設備的壽命周期費用，產品的維修性設計對于液壓設備壽命周期產生的費用影響十分重要，產品具備良好的可達性會從一定程度上增加設計費用，但也會減少后期的維修費用。從一定程度上來看，可達性的指標決策主要變量實際上也就是壽命周期費用。

從時間因素上來看，時間是影響設備維修的主要原因之一，因此需要深入研究設備時間因素和系統時間因素，尤其是在處于維修過程中的時間分布，進而獲取良好的維修度。為了確定設備的維修性特點，我們需要了解設備維修時間分布情況，由于影響設備維修的因素較多，且維修的方式和類型也會存在差異，通常維修時間存在正態、指數、對數正態分布等多種情況。

從設備可維修性原則上來看，為能夠使產品維修要求使用轉化為相應的產品設計要求，確定設計準則，要求設計人員對液壓產品可維修性設計中需要可維修性原則確定，該準則是液壓系統維修設計的重要工作，也是其分析過程中的主要內容。

除上述因素外，在煤礦鉆機液壓維修設計時應合理選擇維修流程。具體來看，在當前激烈的市場競爭環境下需要將以技術為中心的產品設計模式轉變為以用戶為核心，重視用戶需求，可維修性設計是基于設計對象的使用者而開展的，可維修性設計應是液壓產品設計的重要組成。

雖然可維修性設計有其特定內容、流程和方法，但在產品設計時維修設計與產品設計具有一定聯系，需要進行必要協調，減少由于技術不協調導致設計返工的問題。以團隊協作為主要特點的方法已經被很多企業所認可，在產品開發中引入專業維修人員，能夠提高產品設計的可

維修性進一步提升液壓產品設計質量。可維修性設計流程如圖1所示。

在具體開展維修設計時基于實際要求規范開展維修性規劃，實際上是對產品在整個生命周期內如何能夠提供維修保障進一步確保產品實現正常加工進行詳細說明，是規劃整個產品設計的重要內容，也是開展可維修性設計的重要參考依據。維修方案能夠為相應的設計人員提供維修技術要求，與維修相關的零部件定量和定性資料信息，能夠參照維修型設計準則，進行液壓系統的最佳可達性和詳細的相關設計，能夠合理選擇液壓產品的元件、部件及結構。完成產品維修性的定性、定量分析，確保產品維修性能夠滿足客戶需求，整個設計流程還需要參考用戶的需求意見，在各階段設計中信息保持流暢，確保產品設計以及維修性設計工作協調發展。

4小結

目前隨著設備可維修性設計地位的提升，在煤礦鉆機研發中可維修性設計成為十分重要的一環。但目前國內該技術還處于初級階段，需要從實踐理論等多角度出發，不斷提升其實際應用價值，發揮可維修性設計作用，確保煤礦液壓系統安全生產。

參考文獻

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[2]潘歡歡. 煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機油箱設計[J]. 煤礦機械，2018，39（6）.

（作者單位：中煤科工集團西安研究院有限公司）