液壓支架電液控制系統故障快速診斷技術研究

張圣帥 李明曄 李進 劉建林

摘 要：液壓支架電液控制系統近年來在我國煤礦領域的應用日趨廣泛，但結合實際調研可以發現，無法及時排除故障、維護難度過大等問題在具體應用中較為常見。基于此，本文將簡單分析液壓支架電液控制系統失效模式、失效機理、典型故障，并深入探討液壓支架電液控制系統故障快速診斷技術應用要點，希望研究能夠給相關從業人員帶來啟發。

關鍵詞：液壓支架;電液控制系統;故障快速診斷;鄭煤機

1 液壓支架電液控制;系統失效模式、失效機理、典型故障

1.1失效模式

液壓支架電液控制系統主要存在精度下降、性能不足、隨機故障、功能失效等失效模式，表現為液壓閥動作緩慢、傳感器精度下降、偶爾無法通過控制器操作控制，采煤機位置出現不變、跳變等故障也屬于失效的具體表現。

1.2失效機理

多方面因素均可能導致液壓支架電液控制系統失效，由此可基于五方面對液壓支架電液控制系統失效機理進行探討，第一：環境污染。在高溫、高濕、高壓水沖擊、砸損等現場應用環境下，外殼密封失效的系統很容易因失潮出現短路、漏電等故障，這類故障在前期會隨機出現，發展至后期則會頻繁出現，這類故障與殼體防護措施不當存在直接關聯;第二，電氣干擾。對于采用大功率電動機的工作面刮板輸送機、采煤機來說，空間場干擾很容易在運行過程中產生，對于經高壓開關供電的高壓移動變電站（供電系統）來說，電網上存在的泵站、帶式輸送機、刮板輸送機、采煤機等高壓大功率用電單元的啟停控制很容易產生波動沖擊并引發電磁干擾，系統程序紊亂問題也可能隨之出現，這類故障與供電設備質量、電控產品抗電磁干擾能力存在直接關聯;第三，過濾系統堵塞。受皂化、水質等問題影響，供液流量不足的液壓系統很容易出現動作緩慢等問題，這一水軟化處理的缺失、水質不好存在直接關聯，污物進入管路也可能引發同類問題;第四，傳感器安裝標定不得當或未標定。標定問題會導致超過規定偏差值的顯示值出現，影響系統運行;第五，傳感器零點漂移。如液壓機械部件或控制電路器件出現故障，零點漂移的傳感器也會影響系統效能發揮[1]。

1.3典型故障

液壓支架電液控制系統故障可細分為兩大類，即電控系統故障和液壓系統故障。電控系統典型故障包括操作鍵盤故障、總線通信故障、行程傳感器故障、壓力傳感器故障、推掛輸送機形成不到位、升架達不到初撐力、鄰架通信故障。液壓系統典型故障包括液控單向閥故障、安全閥故障、電磁先導閥故障、供液系統流量不足、液壓系統流量不足。以行程傳感器故障為例，該故障可進一步細分為磁環脫落、外殼磨損破裂、進水受潮、連接器故障。而以安全閥故障為例，該故障指的是安全閥達到額定工作壓力不開啟或不達到額定工作壓力便開啟[2]。

2 液壓支架電液控制系統故障快速診斷技術應用要點

2.1通信系統故障診斷

對于液壓支架電液控制系統通信系統故障的診斷來說，故障快速診斷技術的應用可體現在兩個方面：第一，檢測雙總線通信鏈路。定期發送通信檢測令牌，通過信號轉換器和通信電纜，對鄰架通信回路、通信雙回路進行檢測，如出現不能繼續傳送通信令牌的情況，需要向信號轉換器報送通信故障信息，通信令牌需通過切換回路進行傳送，基于相同的多次故障信息進行確定，即可將通信故障信息最終報送給巷道集控中心及全工作面;第二，電纜連接器斷裂故障。令牌傳遞通信鏈路檢測具備緩慢、低速特點，系統正常通信功能可能受到影響，相互運動的支架移架過程也可能因擠斷損壞電纜連接器。因此，空閑狀態的支架控制器需每隔50ms發送通信檢測命令給左、右鄰架，檢測命令由鄰架接收到后需給予應答，應答信號如連續5次未收到，即可判斷為連接電纜斷裂，并進行通信故障信息發布，通信故障位置的快速定位也可同時實現[3]。

2.2人機交互系統故障診斷

作為輸入與顯示單元，人機交互系統可實現參數修改、命令發送，故障快速診斷技術在其中的應用可圍繞鍵盤、急停與閉鎖按鈕、兩方面開展。如出現被砸壞的鍵盤，持續按下按鍵的信息會由鍵盤電路集控中心計算機檢測到，此時需要將鍵盤信號屏蔽并發出報警。基于鍵盤的支架控制需向集控中心計算機報送操作鍵盤的鍵值，按鍵操作有效性可基于關聯關系進行確定，以此及時報送錯誤信息;在按下閉鎖、急停按鈕時，系統狀態會隨之改變，兩種帶閉鎖機械開關的按鈕在出現故障時會導致按鈕抖動信號產生，對于1s內出現變化的閉鎖、急停按鈕信號，即可判斷相應按鈕出現故障。

2.3支架動作控制故障

控制支架動作屬于系統的主要任務，對支架動作控制故障的快速診斷可圍繞電磁驅動回路、電液換向閥組展開。在對電磁驅動回路的檢測中，由于MOS功率管多用于電磁驅動電路的電磁鐵開關控制，感性負載的電磁鐵具有反電勢，過壓反沖很容易在設計不當時引發漏電等故障，為檢測驅動回路，可設置電磁驅動旁路降壓回路，以此實現對漏電、開路、短路三種工作狀態的檢測;第二，電液換向閥組檢測需關注電磁鐵漏電、電液換向閥堵塞等故障，可基于動作指令、鍵盤操作、支架動作、驅動電路工作狀態進行故障判斷。對于密封圈摩擦損壞、液壓閥串液、過濾系統堵塞等問題導致的動作速度變慢，需設定閾值在動作速度過小時進行故障信息報送。

2.4傳感器故障診斷

液壓支架動作狀態可基于傳感器明確，如傳感器互相短路、開路、電路損壞、零點漂移等故障，液壓支架電液控制系統的正常運行將受到影響，本節主要介紹壓力傳感器和行程傳感器的故障快速診斷。壓力傳感器很容易在承受高頻壓力脈動后出現綁定電路斷路、濺射薄膜電路脫落等故障，進而引發輸出信號固定不變問題。為判斷壓力傳感器是否存在故障，需觀察支架降柱、升柱時的壓力變化情況;行程傳感器會在密封不銹鋼管中安裝電路，油缸活塞桿中內嵌安裝的行程傳感器同時需要承受高壓，油缸中處于懸臂狀態測桿很容易因摩擦而破損，在老化、加工精度不足等問題影響下，最終導致行程傳感器漏電和電路失效。在具體的故障診斷中，可根據固定不變的輸出信號及有效行程縮短進行判斷。

2.5基于大數據故障診斷引擎的故障診斷

基于上述故障快速診斷技術的應用，進一步引入大數據技術，即可實現基于大數據故障診斷引擎的故障診斷，該大數據故障診斷引擎由結構存儲模塊、分類預測模塊、數據加載模塊組成。基于分布式系統，加載模塊可降維處置數據，以此降低數據的復雜程度，預測的速度和準確性均可隨之提升。分類預測模塊負責篩選匯總故障信息，并形成故障特征曲線，故障類型可基于對比預存數據確定;結果存儲模塊負責在分布式文件系統中存儲分類預存數據和中間結果數據;大數據故障診斷引擎需優選算法進行數據分析，如選用C4.5決策樹分類算法，同時結合編程模型Map Reduce優化該算法，且保證各故障識別以并行算法為核心，輔以后剪枝技術，即可提升算法穩定性并規避過度擬合問題，高決策準確度的算法能夠更好服務于液壓支架電液控制系統故障的快速診斷。

結論：綜上所述，液壓支架電液控制系統故障快速診斷技術的應用前景廣闊。為更好服務于煤礦生產，日常維護檢修的強化、設備使用壽命的延長、故障處理的及時性等必須在故障快速診斷技術應用中得到重點關注。

參考文獻：

[1]李俊士.液壓支架電液控制器軟件自動生成系統的設計[J].煤礦機械，2020，41（11）：6-8.

[2]劉錦濤.液壓支架電液控制系統在西銘礦的應用[J].機械工程與自動化，2020（05）：196-197+199.

（山東能源棗莊礦業集團蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）