液压支架双伸缩立柱的可靠性分析.pdf

第 1 期 总第 1 7 6期 2 O 1 3年 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAI ENGI NEE RI NGAUTOMATI ON No ．1 F e b ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 1 0 1 3 7 0 2 液压支架双伸缩立柱 的可靠性分析 张春 雨 ，刘混举 太原理工大 学 机械工程 学院 ，山西太原0 3 0 0 2 4 摘要 针对在实际生产 中液压支架双伸缩立柱 出现的问题，运用 可靠性理论 建立了立柱故 障的故障树，找 出 立柱 故障发 生的原 因，为立柱故障维修及技术改进提供 了依据。 关键词 双伸缩立柱 ；可靠性 ；液压支架 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码 A 0 引言 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化 的重要标 志 ， 综采的支护设备主要是液压支架 ， 而立柱是液压支 架的主要承载部件， 立柱如果出现故障则会影响到液 压支 架对 顶板 的支护 ， 对 井 下工 作 人 员 的安 全 造成 威 胁， 严重影响煤矿开采的正常进行。本文针对液压支 架双伸缩立柱的可靠性进行了分析。 1 双伸缩 立柱 结构 双伸缩 立 柱 由外 缸 、 大 导 向套 、 活塞 、 底 阀 、 中缸 、 活柱等几部分组成 ， 如图 1 所示。 1 一 活 柱 ； 2一 中缸 ； 3一外 缸 ； 4 一 底 阀 ； 5 一活塞 ； 6 一小导 向套 ； 7 一大导向套 图 1 双 伸 缩 立柱 结构 图 2 双 伸缩 立柱的 故 障分析 2 ． 1 双伸 缩立柱 的故 障形 式 本文对某煤矿集团公司使用的液压支架中双伸缩 立柱出现的故障原因进行了分 析， 表 1为立柱的损坏 形式及其所占比例。 2 ． 2 双伸缩 立柱故 障 的原 因分析 2 ． 2 ． 1 电镀面碰伤 、 划伤 、 镀层脱落 双伸缩立柱在井下的使用 环境非常恶劣 ， 都是在 潮湿、 灰尘大、 淋水多的环境里 。立柱表面总有一层弱 酸性的水膜 ， 水膜里含有的 S 。 一、 S O ； 一等强腐蚀性 阴 离子与电镀面产生电化学腐蚀 反应 ， 造成 了电镀面镀 层脱落 。面向采煤机的立柱表面部 分会 因为煤块、 矸 石的撞击引起划伤。 表 1 立柱 的损坏形式及所 占的比例 损坏形式 所 占比例 电镀面碰伤 、 划伤、 镀层脱落 4 O 缸体内壁磨损 、 生锈 1 O 立柱变形 8 立柱胀缸 6 中缸、 外缸划伤 6 导向套与缸体联接螺纹损坏 3 导向套与缸体联接处 的密封面损坏， 窜液 3 其他故 障 2 4 2 ． 2 ． 2 外缸、 中缸内壁锈蚀和磨损 双伸缩立柱在井下使用时， 因为潮湿、 灰尘大、 淋 水多， 固体杂质、 水分、 其他油类及空气很容易进入缸 体内部引起乳化液污染 ， 乳化液变质以后就不能保持 其原有的特性 ， 黏度和防锈能力性能下降， 导致外缸、 中缸内壁锈蚀 、 磨损 。 2 ． 2 ． 3 双伸缩立柱缸体出现局部胀缸造成的损坏 双伸缩立柱在设计制造时， 立柱的设计强度是足 够的， 但是有时老顶控制不好， 在周期来压的作用下会 产生冲击载荷致使立柱在支护过程中内腔的压力大于 立柱缸简的承载能力 。 当安全 阀由于故 障没有及时卸 荷时就会出现胀缸现象。 [ 1 2 ． 2 ． 4 中缸 、 活柱弯曲变形 由于双伸缩立柱各个零件之间有间隙， 当有横向 力作用时， 双伸缩立柱 的活柱在受横 向力的同时还承 受一定的弯曲应力， 当双伸缩立柱 的压应力和弯应力 超出它的许用应力时 ， 双伸缩立柱就会失稳， 导致活柱 或 中缸 产生变形 。 3 液 压支架 立柱 的可 靠性分 析 3 ． 1 建立 可靠性模 型 在分析双伸缩立柱的可靠性时 ， 首先要 了解双伸 缩立柱中每个元部件的功能、 各个元部件之间在功能 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 1 2 ；修 回日期 2 0 1 2 0 6 一 l 3 作者简介 张春雨 1 9 8 3 一 ，男，河北任丘人 ．在读硕士研究生 ，研究方向 机械可靠性工程 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 3 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 3年 第 l期 上的关系 ， 以及各个元部件的功能和故 障对整个双伸 缩立柱的影响。然后 ， 用方框代表系统元部件， 用短线 把各个代表元部件的方框按照功能上的逻辑关系连接 起来， 就建立了整个系统 的可靠性框图[ 2 】 。 根据可靠性理论 ， 双伸缩立柱各个元部件之 间都 是串联关系， 其中任何一个元件出现故障都可以导致 立柱故障。因此 ， 立柱的可靠性模 型是 由活柱、 中缸、 外缸、 底阀、 活塞 、 大小导向套组成的串联系统。 设 U代表双伸缩立柱无故障工作的事件 ， U 代表 第 i 个元部件无故障工作的事件。因为双伸缩立柱各 个元部件之间是 串联关系， 所以 事件 出现等于 U ， U。 ， ⋯ ， 事 件 同时发生 ， 即 U Ul U2 ⋯ U⋯ 依照概率计算的原则， 假如双伸缩立柱 中各元部 件是 相互独立 的 ， 得 出的双伸缩立 柱 可靠 度表 达式 为 “ P 一I I P U， i 一1 ， 2， ⋯ ， 。 ⋯⋯⋯ 1 i 1 设双伸缩立柱的可靠度为 R ， 则有 Rs I I R 一1 ， 2， ⋯ ， 。 ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯ 2 l 这就是常用的可靠性乘积法则 ， 即串联系统的可 靠度等于各单元的可靠度 的乘积[ 3 ] 。 3 ． 2 双伸 缩 立柱 的故 障树 分析 3 ． 2 ． 1 故 障树 的建立 双伸 缩立柱 的控制 系统 如图 2所示 。双伸缩立 柱 是液压支 架的 主要 承载 部件 ， 支 架 的 支撑 力 和支 撑 高 度主要取决于立柱的结构和性能 ； 液控单 向阀用来保 持支撑顶板所需的足够压力 ， 在需要支撑顶板时液控 单向阀处于闭锁状态； 安全阀用来控制立柱 的压力始 终保持在 允许范 围 ， 安全 阀的好 坏 直 接 影 响到立 柱 的 安全系数 ； 操纵阀用来控制立柱的升降。 图 2双 伸 缩 立 柱 的 控 制 系统 图 根据前面对立柱故 障原因的分析 ， 建立立柱不正 常工作的故障树 ， 如图 3所示 。 3 ． 2 ． 2 故障树的定性分析 最小割集是导致正规故障树顶事件发生的数 目不 可再少的底事件的集合 ， 定性分析就是求出双伸缩立 柱故障树的全部最小割集。 采用上行法 ， 从故障树最下面的中间事件算起 ， 按 照各 自的逻辑关系进行计算 ， 从下到上逐次把 中间事 件和顶事件用基本事件的和表示 ， 最后把顶事件表示 成几个乘 积项 的和 G3 一 X2 X 3 ， G1 一 X1 G3 X4 X5 ， G2 一 X6 X7 X8 X9 ， TG Ge 。 顶 事件 为 T的条 件如下 丁一 X l X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 式 3 中的每个项代 表 了故 障树 的一 个最小割 集 。 由式 3 可 以看 出 ， 共 有 8个 最小 割 集 K i 一 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ， 8 ， 分别为 K1 一XI ， K2 X2 X。 ， K 一x ， K4 一X5 ， K5 一X6 ， K6 一X7 ， K7 一X8 ， K8 一X9 。计算 双伸缩立柱故障树的最小割集可以了解到各种故障发 生的可能性 ， 为双伸缩立柱故障的原因分析、 故障维修 和技术改进提供了可靠的保障。为了提高双伸缩立柱 的可靠性 ， 应该对上述 8个最小割集产生的原因做进 一 步分析 ， 统计其发生的概率。根据故障统计分析， 立 柱故障大部分是由乳化液污染所致。 1 立 柱 不 正 常 工作 ； G 1 一立 柱 不 升 或 升 速慢 ； G2 一立 柱 自动 F 架 G 3 一胀缸 ； Xl 一泵压低 ； Xz 一老顶周期来压 ； Xa 一安全阀故障 墨 一控制阀泄漏 ； 托 ～立柱变形 ； X6 一安全阀泄漏或 调定值低 ； x ～单向阀不能闭锁； Xs 一立 柱至阀连接板一段泄漏 ； X9 一立柱内泄漏 图 3立柱不正常工作的故障树 4结束语 液压支架 是煤矿 井 下 开采 的主要 支 护 设备 ， 立 柱 是 支架的核 心部件 。本文对 某煤矿 集 团公 司使用 的液 压支架中双伸缩立柱出现的故 障进行 了分析， 并运用 可靠性理论对双伸缩立柱进行可靠性分析 ， 找 出立柱 故障的主要原因是乳化液污染 ， 为立柱故障维修及技 术 改进提供 了依据 。 参考文献 [ 1 ] 张百先 ， 吴祥贞 ， 张佃龙 ， 等． 液压支架立柱损坏原 因分析 与预防措施[ J ] ． 煤矿机电 ， 2 0 0 2 4 2 1 2 2 ． [ 2 ] 刘混举 ， 赵河 明， 王春燕． 机械 可靠性 设计[ M] ． 北 京 国 防工业出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 刘 占群． 采煤机的可靠性分析口] ． 河北煤炭， 2 O O 5 5 i i 一 1 2 ． Re l i a b i l i t y Ana l y s i s o f Do u b l e t e l e s c o p i c Pr o p s o f Hy dr a u l i c S u p po r t s Z HANG C h u n y u ，LI U Hu n - j u Co l l e g e o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g，Ta i y u a n Un i , e r s i t y o f Te c hn o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t I n l i g h t o f t h e f a u l t s o f t h e d o u b l e t e l e s c o p i c c o l u mn s o f h y d r a u l i c s u p p o r t s i n t h e a c t u a l p r o d u c t i o n，a f a u l t t r e e b a s e d o n t h e t h e o r y o f r e l i a b i l i t y wa s s e t u p ，wh i c h c o u l d b e a p p l i e d t O i d e n t i f y t h e r e a s o n s f o r c o l u mn f a i l u r e ． Ke y wo r d s d o u b l e t e l e s c o p i c c o l u mn ；r e l i a b i l i t y；h y d r a u l i c s u p p o r t s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m