煤礦機電設備中液壓系統的故障診斷與維護技術

白立剛 王連玉 王 魁

（兗礦能源集團股份有限公司濟寧三號煤礦，濟寧 272069）

隨著煤礦行業的發展，液壓系統在機電設備中的應用日益廣泛，在提高設備性能和效率方面發揮了重要作用。然而，由于工作環境的惡劣和設備的高負荷運轉，液壓系統容易受到各種故障的影響，不僅會導致設備停機和生產損失，還可能對礦工的人身安全造成威脅。因此，研究煤礦機電設備液壓系統的故障診斷與維護技術具有十分重要的現實意義。

1 煤礦機電設備液壓系統的組成

液壓系統是一種利用液體傳遞能量的系統，廣泛應用于煤礦機電設備。其基于Pascal 定律，即液體在封閉容器內均勻傳遞壓力。液壓系統主要由液壓泵、液壓缸、液壓馬達、液壓閥、油箱、液壓濾清器、接頭和管路等元件組成。這些元件的設計和性能直接影響液壓系統的效率和功能。液壓系統的核心是液壓泵，液壓泵通過機械作用將液體（通常是專用的液壓油）吸入并加壓，然后將高壓液體輸送到系統中。泵的主要類型有齒輪泵、柱塞泵和螺桿泵等，都以某種方式增加了液體的壓力。液壓系統的執行元件包括液壓缸和液壓馬達，其中液壓缸用于將液體能量轉化為機械運動。當高壓液體進入缸體時，液壓缸的活塞會受到推力執行線性運動。液壓馬達與液壓缸類似，但它是將液體能量轉化為旋轉運動，通常用于驅動旋轉設備，如輸送帶、風扇和液壓機械臂。液壓閥可以控制液體的流動方向、流量和壓力，從而實現對液壓系統的精確控制。不同類型的閥門起著不同的作用，例如方向控制閥用于控制液體的流向，溢流閥用于控制系統的壓力，比例閥用于實現精確的流量控制等。油箱是儲存液壓油的容器，通常包括過濾器、油位指示器和冷卻器等附件。保持液壓油的質量和溫度對于系統的正常運行至關重要。液壓濾清器用于去除液壓油中的雜質和污染物，以保護系統元件免受損害。定期更換濾清器元素是維護液壓系統的重要步驟。液壓系統中使用的管路和接頭必須具備足夠的強度和密封性，以確保液體不泄漏，并能夠承受高壓。管路和接頭的選擇與安裝對于系統的性能和可靠性至關重要[1]。

2 煤礦機電設備液壓系統的常見故障與診斷

2.1 壓力不穩定或過高

首先，油液污染是導致壓力不穩定的常見原因之一。油液中的雜質和污染物會堵塞閥門、液壓缸和管道，干擾油液的正常流動，導致壓力波動和不穩定。其次，液壓泵的問題可能導致壓力不穩定。液壓泵的內部損壞、磨損或泄漏會導致泵性能下降，進而影響系統的工作壓力。再次，閥門故障。閥門是液壓系統中的重要組件，用于控制油液流動和壓力分配。如果閥門出現內部損壞、卡滯或泄漏，將影響壓力的穩定性。最后，油液溫度過高可能導致壓力升高。在高溫條件下，油液的黏度降低導致泄漏增加，同時會使系統的工作壓力變得不穩定[2]。

2.2 泄漏問題

泄漏問題通常表現為液壓系統中的油液從管路、接頭或密封元件中流出。泄漏點可能位于油缸、閥門、管路連接處和油封等部位。泄漏的原因包括密封件老化、損壞，管路連接處松動或磨損，油缸內部部件磨損等。為了診斷泄漏問題，可以采取以下措施。首先，仔細觀察液壓系統的外部，尋找任何可能的油液跡象，包括油滴、污漬和濕潤區域。檢查系統的各個部位，特別是連接處和密封處。其次，使用紙巾或棉布輕輕擦拭可能的泄漏點，以檢查是否有油液殘留，有助于確定漏油點的具體位置。最后，詳細檢查泄漏點，查看密封件是否受損或老化，管路連接處是否松動，油缸內部是否存在磨損或損壞的部件。確定泄漏位置后，可能需要進一步拆解和檢查，以找出泄漏的根本原因。

2.3 閥門和執行元件故障

閥門和執行元件故障直接影響系統的正常運行和性能，因此了解其故障原因及診斷技術對于維護煤礦機電設備的液壓系統至關重要。閥門故障包括閥芯卡住、密封件失效、閥體損壞或堵塞等，可能導致液壓系統的液壓流量受阻，影響執行元件的運動。為了診斷閥門故障，可以使用壓力檢測儀器來檢查液壓系統中的壓力變化，以確定是否存在閥門堵塞或泄漏。通過仔細觀察閥門的動作和聲音，也有助于故障診斷。執行元件故障包括油缸漏油、活塞卡住、密封失效或液壓馬達無法正常運轉等，可能導致液壓系統中的運動部件無法正常工作。為了診斷執行元件故障，可以通過觀察運動部件的動作來檢查是否存在異常。此外，可以使用壓力檢測儀器來檢測油缸的壓力變化，以確定是否存在泄漏或卡住問題[3]。

2.4 液壓油污染與氣泡問題

液壓油污染是一個廣泛存在的問題，指液壓油中存在各種雜質、固體顆粒和污染物的情況。污染物可能是灰塵、金屬屑、水分、瀝青質等。當存在油污染問題時，液壓元件和閥門可能會損壞，因為顆粒和污染物可以引起摩擦和磨損，進而影響系統的工作效率。瀝青質等污染物可能導致沉積物的積累，影響油的流動性，從而降低系統的性能。為了診斷油污染問題，通常需要進行油質分析，包括檢查液壓油的顏色、清晰度以及使用光譜分析來確定污染程度。

氣泡問題是液壓系統中的常見故障。氣泡通常由液壓油中的空氣或其他氣體引入系統，可能導致系統壓力不穩定、振蕩和性能下降。為了診斷氣泡問題，可以采取多種方法。首先，要檢查液壓油箱的油位，因為低油位可能會造成氣體被吸入系統。其次，檢查密封件是否漏氣。密封件的損壞或老化可能會導致氣體進入液壓系統。最后，排除氣體吸入點是確定氣泡來源的關鍵步驟。通過仔細檢查和維修，可以有效解決氣泡問題，確保液壓系統的穩定性。

3 煤礦機電設備液壓系統的維護與預防性保養

3.1 定期檢查和維護計劃的制定

定期檢查和維護計劃有助于提前識別潛在問題，減少不必要的停機時間，降低維修成本，并延長液壓系統的壽命。首先，制定定期檢查和維護計劃是為了確保液壓系統的長期可靠性和性能穩定。計劃的制定需要考慮設備的使用頻率、工作環境、生產負荷以及壓力和溫度等因素。通常，液壓系統的制造商會提供建議性的維護計劃，但是最好根據具體情況進行調整和優化。其次，定期檢查包括對液壓系統各個部件的視覺檢查、測量和測試。這些部件包括液壓泵、閥門、油箱、管道、油缸和密封件等。通過檢查液壓油的質量、流量、壓力和溫度等參數，可以及時發現潛在的問題。此外，需要檢查油液泄漏、氣泡和異物是否存在以及管路和連接件的緊固狀態。再次，維護計劃需要確保所有液壓系統部件和元件得到及時的維修和更換，包括定期更換液壓油和濾芯、清洗和潤滑關鍵部件、緊固螺栓和接頭以及更換磨損或受損的密封件和軟管。定期維護有助于防止故障的發生，延長設備的使用壽命，并提高系統的性能。最后，維護計劃應具體明確責任人員和時間表，確保維護工作按計劃執行。同時，要建立詳細的維護記錄，記錄包括每次維護的日期、維護內容、使用的零部件和維護人員的簽名。這些記錄不僅有助于跟蹤系統的歷史維護情況，還可以為未來的維護提供有用的參考[4]。

3.2 液壓系統清洗和過濾

液壓油起到傳遞壓力、潤滑和密封的關鍵作用，因此保持液壓油清潔和系統內部無雜質至關重要。首先，液壓系統的清洗是確保系統內部元件和管道干凈的關鍵步驟。新的液壓系統在安裝前應進行清洗，以去除制造和運輸過程中可能產生的雜質、碎屑和殘留物。系統清洗通常涉及采用特定的清洗劑和工具沖洗系統內部，并確保所有管道和元件沒有殘留的雜質。清洗后系統應經過適當的排氣程序，以確保氣泡不會進入液壓油。其次，液壓系統的過濾是維護液壓油清潔的關鍵步驟。過濾器是用于去除液壓油中雜質、顆粒和污染物的裝置。液壓系統通常配備有多個不同級別的過濾器，包括粗濾器和細濾器。粗濾器用于去除較大的顆粒，而細濾器用于去除微小的顆粒和污染物。定期檢查和更換過濾器是確保系統正常運行的重要措施，這是因為過濾器在過濾液壓油時會逐漸堵塞，降低流量和系統性能。最后，液壓系統清洗和過濾的頻率和方法應根據系統的使用情況和工作環境確定。在惡劣條件下，工作系統可能需要進行更加頻繁的清洗和過濾。同時，應定期監測系統的液壓油質量，通過取樣和分析來評估油的清潔度和性能。如果發現問題，必須采取適當的措施來維護和修復系統。

3.3 液壓油的更換與管理

液壓油是液壓系統的工作介質，不僅傳遞壓力和動力，還具有冷卻、潤滑和密封等重要功能。因此，保持液壓油的質量并進行適當的管理至關重要。首先，定期更換液壓油。隨著時間的推移，液壓油會受到污染、氧化和磨損等影響，影響其性能。定期更換液壓油可以有效去除污染物和降解產物，確保系統保持高效運行。更換液壓油的頻率取決于系統的使用情況和工作環境，通常需要根據制造商的建議執行。其次，液壓油的管理包括儲存和處理。液壓油應存儲在干燥、清潔和溫度穩定的環境中，以防止污染物進入。此外，定期檢查油箱和油濾器，確保沒有積聚雜質和污垢，并維持油箱中的油位在適當范圍內。管理液壓油的過程中，還應注意遵守環保原則，妥善處置廢棄的液壓油，以減少對環境的不良影響。最后，選擇適當的液壓油。根據系統的要求和工作條件，選擇合適的液壓油類型和黏度等級非常重要。應仔細研究制造商的建議和液壓油的性能參數，以確保選用的液壓油與系統兼容，并滿足其性能要求[5]。

3.4 密封件和軟管的維護

首先，密封件的維護是保持液壓系統正常運行的關鍵。密封件用于防止液壓油泄漏，同時起到防止污染物進入系統的作用。定期檢查密封件的狀態和性能，包括密封圈、O 形圈和密封墊等，以確保它們不存在磨損、損壞或老化現象。發現任何問題都應立即更換，以防止泄漏和系統性能下降。其次，軟管的維護同樣重要。液壓系統中的軟管用于傳遞液壓油和連接各個液壓元件。這些軟管通常承受高壓和高溫，因此容易受到磨損和老化的影響。定期檢查軟管的外觀和性能，包括裂紋、變形和滲漏等。如果發現問題應立即更換受損的軟管，以防止泄漏和系統故障。最后，密封件和軟管的正確安裝是維護的關鍵。必須確保密封件正確安裝并緊固，扭緊軟管的連接處，以防止松動和泄漏。此外，使用適當的液壓油和潤滑劑，以延長密封件和軟管的使用壽命。

4 結語

綜上所述，液壓系統在煤礦機電設備中的應用不可避免會伴隨各種故障風險。通過深入研究和采用有效的維護與診斷技術，可以最大限度降低風險，提高設備的可靠性和安全性。在未來的研究中，還需要繼續探索新的技術和方法，為液壓系統的維護和故障診斷提供更多創新性的解決方案。