淺談煤礦采掘機械液壓系統故障分析及維護

＊韓勝廣

（國能包頭能源有限責任公司李家壕煤礦 內蒙古 017008）

隨著信息技術的發展，液壓設備在煤礦開采中的應用使得煤炭開采自動化程度不斷提高。與常規液壓設備相比，強度和性能有了很大提高，重量較常規設備明顯減輕，移動和操作更容易。并且煤礦開采比傳統設備消耗的能源少，效率顯著提高。再加上自動控制技術的應用，液壓設備的收集效率和質量也有了質的飛躍。因此，挖掘機液壓系統在我國煤礦中廣泛使用。與其他類型的工作環境相比，煤礦環境粉塵較多，空間較復雜，因此該環境下挖掘機液壓系統長期失效的概率也很大。挖掘機液壓系統發生故障不但影響采煤的效率，而且會對井下工作人員安全造成極大威脅。因此，研究煤礦采掘機械液壓系統故障分析及維護具有重要意義。

1.煤礦采掘機液壓系統

在分析煤礦采掘機液壓系統故障之前，了解構成才能分析問題處于何處，進而從根源上解決和維護[1]。液壓系統更多的是控制離合、換檔和制動，將液壓轉化為機械性能。一旦液壓系統發生故障，液壓系統就很難將壓力傳遞給變速箱，就無法進行換檔。采掘機液壓系統如圖1所示。液壓系統內容如下：（1）液壓系統供給設備。設備將主電機產生的機械能轉化為壓力，如：液壓系統能量轉換裝置：液壓泵的作用是將電機產生的能量進行轉換；液壓系統調節控制裝置：該裝置是一種各種形狀的控制閥，如：方向閥、壓力閥等；機械能在執行裝置的作用下由流體壓力轉換形成，并將其施加到系統組件上。（2）液壓系統輔助部件。儲存油所使用的油箱，輸送油所需的油管，過濾油所需的濾油器。蓄能器釋放壓力能量，通過壓力表測量壓力，進而輔助液壓系統正常運轉；在液壓系統中，液壓油為設備傳遞動力[2]。

圖1 采掘機液壓系統

2.煤礦采掘機液壓系統常遇故障

煤礦采掘機的液壓系統將液壓能轉化為機械能，對液壓系統的主要結構及采煤過程中使用的內部部件進行研究，有助于技術人員確定故障的位置和原因，快速排除故障[2]。液壓系統故障會在很大程度上阻礙采掘機的正常工作[3]。經過初步分析得出系統故障事故的主要原因是液壓系統設備的液壓系統泄漏、設備異常噪聲、傳動液壓油等問題。下面是對3種常見系統故障的具體分析。

（1）液壓系統設備異響。造成采掘機液壓系統設備異響可能有以下原因：第一，可能是進入空氣引起的。在液壓系統中，液壓油和空氣會被收縮。空氣收縮有可能導致更多故障會影響整個系統的穩定性。第二，當空氣進入液壓系統時，低壓部分的體積增加，當大量空氣進入高壓部分時，氣體被壓縮而體積急劇減小，當其流入低壓部分時，體積突然增大，產生“爆炸”和噪音的現象[4]。第三，可能是換向閥調整不當。第四，可能是安全閥不穩定。如果滑閥與閥孔匹配不正確，或提升閥與閥座接觸被臟物堵塞，阻尼孔被堵塞，彈簧偏斜或脫落等。如果閥芯堵塞或無法通過閥孔，則會出現系統壓力波動和噪音。第五，可能是由于機械振動。如果油管很細，彎曲很多，且沒有固定好，當油流量大時，油管會振動。當發動機的旋轉部分和液壓泵失去平衡時。安裝過程中松散連接會導致液壓系統設備產生振動和噪音[5]。液壓系統中產生氣泡有以下原因：油箱吸油時，液壓系統極易進入空氣，出現低壓和高壓兩種情況。壓力過高，壓力會直接影響氣泡的產生，并造成設備出現大量的噪音和熱量，對液壓系統的穩定性造成影響；若壓力低，氣泡則會引起空化。液壓泵如圖2所示。

圖2 液壓泵

（2）液壓系統設備液壓油污染。煤礦設備的正常運行需要液壓油作為能源，液壓油的質量是保證設備正常運行的關鍵因素。整個設備的液壓系統中各部件的間隔很小，精度要求很高。因此，在礦山開采中，如果稍有不慎，就會導致油壓系統中混入雜質，這將產生嚴重的后果。對設備系統正常運行的影響較為嚴重，此時，設備將會報廢。此外，在整個系統的運行過程中常會出現阻尼孔或裂縫，一旦磨損精密部件，就會影響各個部件的精度。當污物顆粒較大時，會造成機器堵塞，導致系統突然崩潰，造成嚴重的安全事故。此外，液壓油溫度過高也是問題之一。煤炭開采是連續的，設備系統一旦運行就很少停止，這就導致油箱中的流體溫度不斷增加。通常，最佳液壓油溫度應保持在40℃左右。當采煤設備系統內液體溫度過高時，直接影響到液體的黏度，增加流動的速度，降低設備的運行效率；當液溫過高時，還會加速舊設備的老化，不利于設備的使用[6]。

此外，目前液壓系統基本采用斜盤式柱塞泵，防污染性能較差。特別是在封閉式液壓系統中，油箱小，系統內的油在系統中不斷循環，無法過濾，油溫很高。當液壓油被污染時，泵將比開放式液壓系統損壞的更快。

（3）液壓系統泄漏。液壓系統的可靠性取決于液壓系統密封的設計和選擇。設計時未考慮液壓油和密封件的兼容材料類型、密封件選用標準、限制壓力、環境溫度變化等都將導致液壓系統不同程度的泄漏[7]。另外，由于作業環境中的灰塵和雜質、選用的密封件不能滿足工作壓力、速度和溫度的要求，也會導致泄漏。因此，設計時應選擇合適的密封件，防止污染物進入系統損壞密封件。密封件由耐油橡膠和其他材料制成。長期使用其老化和損壞會導致系統泄漏。如果零件在運行過程中受到沖擊，會劃傷密封元件，導致泄漏[8]。另外，在液壓系統中，頻繁換向，油泵突然啟動或閥門關閉、氣缸在高壓下快速運動，瞬時峰值壓力會比工作壓力高數倍，足以損壞密封裝置，管道或其他液壓元件。

在大氣壓下，約10%的空氣可以溶解在液壓油中，在高壓下，油中會溶解更多的空氣。空氣在油中形成氣泡。如果液壓介質在工作過程中迅速從高壓變為低壓，氣泡會在高壓側產生高溫，在低壓側爆裂。如果液壓系統的部件表面出現點蝕和損壞，液壓油會高速沖向部件表面，加速表面的磨損并造成泄漏。

3.煤礦采掘機械液壓系統故障的維護

系統的一個元素出現問題將導致系統范圍的故障。因此，應注意日常操作中的故障檢查、維護和更新，制定好維護計劃并按照要求執行。維修液壓系統故障分析[8]見表1。

表1 采掘機液壓系統維護內容

（1）改善液壓系統裝置。采掘機的工作是持久性的，因此在維修和保養時要及時準確。在實際運行中，應制定完善的維修保養計劃，提升操作人員的技能與素質，設置系統的維修保養工作崗位，做到專人負責，以確保液壓系統工作時的安全性。此外還需要保證后續工作的穩定性。液壓系統的故障風險很高，這與機器設備自身的質量及工作人員的操作技術有關。當液壓系統出現問題時，需要維護人員勤勉盡責，及時檢查和更換問題部件，確保問題得到解決，還需要總結和分析。如有損壞，應及時修理或更換，必須采取措施防止內外泄漏，減少損失，徹底排除液壓泵接頭和相應空間回路中的空氣。如果管道太細、太長、太耐油、能量損失太大，則需要選擇合適尺寸的管道和閥門，確保管道的長度和直徑盡可能短。

（2）定期更換液壓油。液壓油是系統中最重要的組成部分之一。液壓油污染不僅會堵塞油路，還會磨損液壓元件，縮短其使用壽命。因此，為保證液壓油的安全可靠，應定期更換液壓油，除此之外還要注意密封工作，防止因外界環境使液壓油受到污染。設備工作時，如果液壓油被污染，需立即停止使用，以免損壞液壓部件造成更大的損失。

目前存在的液壓油污染問題只能通過人工檢測，但這種問題人工檢測無法勝任。如果不能及時發現問題，可能造成嚴重后果。為了監測污染情況，應采用更精密的電子檢測設備，密切監測液壓油的顏色和質量。煤礦采掘機械屬于高風險行業設備，相關企業應定期對操作人員進行培訓，并與專家進行交流，確保技術人員掌握液壓系統維修技能，不斷提升素質和業務水平。另外，應進行內部油冷卻處理，保持液壓系統的工作溫度在60℃以內。溫度過高會影響系統的安全性和穩定性，因此必須確保油箱溫度適當。在日常工作中，需要注意以下幾點：首先，必須及時檢查油溫，確保其處于正常范圍，并根據冷卻循環情況提高設備的清潔度。同時，增加散熱裝置；其次，監測機械的正常運行，增強工作結構和運動速度；然后，根據實際情況合理控制油的黏度；最后，提高自身設備的制冷能力，建立完善的應急體系，以確保系統的安全性。

為了更經濟高效地替換液壓油，通過監測液壓油的固體顆粒濃度、黏度變化及溫度等實現，設置相關傳感器來進行監控和檢測。

（3）改進設備密封性。液壓系統泄漏的原因是多方面的，現有技術和材料難以從根本上消除液壓系統泄漏。為減少液壓系統泄漏，需要在密封槽的設計和處理中仔細考慮影響泄漏的關鍵因素。此外，密封件的選擇也很重要。如果未考慮影響泄漏的因素，將會在后續生產中造成損失。通過提高設備的防水性，可以解決很多由外界因素引起的問題。控制液壓系統的污染也是為了保證液壓油的純度和質量。液壓油純度越高，其質量越好，系統越穩定。因此，必須做到以下兩點，①要更加重視液壓油，確保其在加儲過程中操作的正確性，達到基本消除污染的目標；②要提高液壓油濾清器的純度，去除污染物需使用相關專業機械設備。

（4）其他安全維護措施。若礦山機械液壓系統出現質量問題，會使系統故障率增加。當液壓系統不符合規定時，會出現進氣、漏油等問題。在嚴重的情況下，液壓系統的某些部件可能會出現故障，導致液壓系統的損壞。所以應確保液壓系統的整體質量符合標準。發現問題的時候，及時對設備進行更換或修理。除此之外，工作人員應基于高效的系統基礎，建立專家系統，提高對系統故障的診斷能力。液壓系統發生故障時，通常表現出隨機性和突然性，這給確定故障原因帶來分析障礙。因此，煤礦企業應建設一支有能力的專家隊伍，對機械液壓系統故障進行專業和系統的檢測，最終達到降低液壓系統故障發生概率并提高故障修復效率的目的。

4.總結

煤礦采掘機是煤礦開采的重要設備，采掘機的正常運行對煤礦開采具有重要意義。而液壓系統是煤礦采掘機的動力系統和控制系統，是煤礦采掘機的可靠運行基礎。所以不僅要做好煤礦采掘機液壓系統的故障查找和排查，也要做好煤礦采掘機液壓系統的運行維護。故在液壓系統常見故障分析的基礎上，總結維護液壓系統的措施，以期為煤礦采掘機液壓系統的故障和維修提供參考。