影响液压支架电液控制系统可靠性诸因素分析.pdf

第 1 8卷 第3期 总第 1 1 2期 2 0 1 3年 6月 煤矿 开 采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 8 N o ． 3 S e r i e s N o ． 1 1 2 J u n e 2 0 1 3 影响 液压支架 电液控制 系统可靠性诸 因素 分析 周俊 良 天地科技股份有限公 司，北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘要] 随着液压支架电液控制系统的用量不断扩大，工作面环境对电液控制系统可靠性的 影响逐渐显现出来。针对液压支架电液控制系统使用问题，分析了各种因素对支架电液控制系统的影 响；结合煤矿井下环境，维护管理等问题，提出了提高电液控制系统可靠性的措施。 [ 关键词] 电液控制；可靠性；循环过滤；主动维护 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 3 0 3 0 0 4 6 ． 0 4 A n a l y s i s o f I n fl u e n c i n g I l i a b i l i t y o f E l e c t r o - h y d r a u l i c C o n t r o l S y s t e m o f Po we r e d S up po r t a n d So l u t i o ns Z H0 U J u n ． 1 i a n g C o a l Mi n i n g＆De s i g n i n g D e p a r t m e n t ， T i a n d i S c i e n c e＆T e c h n o lo g y C o ． ， L t d ．， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3，C h i n a Ab s t r a c t W i t h a p p l i c a t i o n a mo u n t o f e l e c t r o - h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m f o r p o we r e d s u p p o i n c r e a s i n g，t h e i n fl u e n c e o f w o r k i n g e n v i r o n me n t o n r e l i a b i l i t y o f e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m g r a d u a H y a p p e a r e d ． F o r t h e p r o b l e ms i n a p p l y i n g e l e c tr o h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e n，t h i s p a p e r a n a l y z e d i n f l u e n c e o f e v e r y f a c t o r o n e l e c t r o h y d r a uli c c o n t r o l s y s t e m． Co mb i n i n g t h e p r o b l e m o f u n d e r g r o u n d e n v i r o n me n t a n d ma i n t e n a n c e ma n a g e me n t ，me a s u r e s o f i mp r o v i n g r e l i a b i l i t y o f e l e c t r o - h y d r a uli c c o n t r o l s y s t e m w e r e p u t f o r w a r d ． Ke y wo r d s e l e c t r o - h y d r a u l i c c o n t r o l ；r e l i a b i l i t y；c i r c ula t i n g fi l t r a t i o n；a c t i v e ma i n t e n a n c e 电液控制系统是液压支架控制方式之一。电液 控制系统技术的核心是 ，通过电液阀将人工控制操 作变为由计算机程序控制的电子信号操作⋯。可 以使液压支架的基本动作 自 动连续地进行，还可使 成组支架实现依次顺序动作 ，大大加快了支护的速 度和效率 ，进而改善了液压支架与采煤机、刮 板输送机之间的联动关 系，运行过程实现完全 自动 化。截止到2 0 1 2年底，全国煤矿综采工作面液压 支架配套使用电液控制系统已经有 4 0 0多套。目 前 ，液压支架电液控制系统已成为我国煤矿高产高 效 的技术装备 ，是衡量液压支架控制先进性的重要 标志。 液压支架电液控制系统由电子控制和液压控制 两部分组成。在选择与应用电液控制系统时， 要考 虑两方面的因素， 一是系统的功能应该满足液压支 架动作的要求 ，二是系统要适应液压支架的使用环 境 ，这两条缺一不可。对于液压支架 电液控制系统 而言 ，后一条更为重要。 随着液压支架电液控制 系统的用量不断扩大 ， 综采工作面的工作环境 ，对液压支架 电液控制系统 的工作性能和可靠性的影响逐渐显现出来。因此， 分析液压支架电液控制系统问题形成的原 因，采取 相应的技术措施 ， 保证液压支架电液控制系统正常 运行，提高其工作可靠性具有很大的意义。 1 液压支架使用环境的特殊性 液压支架在煤矿井下的使用环境是 比较恶劣 的，具有阴暗、潮湿、空气相对湿度高，风大和富 氧等特点。煤矿井下空气的相对湿度常年在 9 0 ％ 以上 ，接近或达到了饱和状态 。另外 ，井下都有不 同程度的淋水 ，水质也各有不 同，大部分为碱性 ， 也有酸性水 。采煤过程 中，煤层中渗 出 H s ， S O ，N O ，C H 等有害气体 ，同时产生大量粉尘 ， 并附着在支架液压系统的液压阀件上，对金属表面 形成电化学的腐蚀。此外， 煤矿综采工作面有很多 的电磁干扰源，比如供电系统中的开关设备，采煤 机械的大功率变流、变频装置 ，都是 电磁干扰 源。 设备运行产生电磁波，使得综采工作面的空间充满 电磁干扰。这些环境因素都会给液压支架电液控制 系统的应用 ，产生非常不利的影响。 2 泵站供液 系统污染的影响 液压支架供液泵站安置在采煤工作 面回风巷 中，从泵站出来的乳化液通过管路给液压支架供 液。采煤作业时，通风系统不断向工作面送风，且 风速较大。在井下空气 中含有大量 的粉尘和颗粒 ， [ 收稿 日期 ]2 0 1 3 - 0 3 - 2 2 [ 作者简介]周俊良 1 9 5 5 一 ，男， 天津人，高级工程师，从事煤矿支护相关技术研究与经营管理工作。 4 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周俊 良影响液压支架电液控制系统可靠性诸因素分析 2 0 1 3年第3期 被风吹进密封不严的乳化液箱 ，污染乳化液 ，由此 通过液压系统，进人到支架的各种液压阀件、立柱 与千斤顶各类油缸相对运动表面 ，加剧了密封件磨 损，影响其使用寿命。另外，从泵站到工作面支架 管路长 ，接头接 口多，这些接头接点随时可能受到 机械损伤或脱落，很难保证无一漏液发生。漏液给 液压系统带来一定流量损失，液体压力上不去，因 而使液压支架动作缓慢，移架速度有所下降。实际 上，液压系统污染严重时，液压元件故障多，备件 消耗大 ，难以保证液压支架正常工作。 3 采煤生产设备电磁辐射的影响 煤矿综采工作面要安装电源设备和生产设备， 诸如泵站 、液压支架 、采煤机、刮板输送机 、转载 机、破碎机、胶带输送机、井下通信设备等。这些 设备的开机运转 ， 使采煤工作面充满了电磁辐射和 电场辐射的干扰信号。特别是大功率采煤机频繁启 动关停，产生电压波动，传递到直流电源，使系统 通信信号遇到干扰。电源是干扰的耦合路径，系统 中许多干扰是从电源引人的 。来 自电源线的干 扰，使敏感的电气元件性能下降或发生故障，这对 液压支架电液控制系统的作用是极其不利的。 4 系统关键部件的影响 4 ． 1 支架控制器 支架控制器是一个高度集成化的微小型煤矿专 用控制计算机，其接收操作人员或系统的自动化控 制指令 ，根据传感器采集到的支架状态信息和已经 设计好 的自动化控制程序控制 目标支架的液压油缸 的动作，从而实现降架、拉架、升架、推溜等操 作。这是控制器正常工作状态下，液压支架通过接 收控制器的指令，按照动作程序依次顺序所实施的 必然结果。一旦控制器淋水受潮，指令按键就会失 效。控制器出故障后，其硬件软件无法驱动电液控 换 向阀，液压支架也就不能完成所有动作 。通信系 统也会中断，使信号消失，无法保持正常通迅。 4 ． 2电液控换向阀 电液控换 向阀 由电磁先导 阀和液压 主控 阀组 成 ，是液 压支架 电液控制系统 的执行部件 。通俗 讲，电液控换向阀是液压支架实现各个动作的总开 关，串接在泵站供液系统与液压支架本身的液压系 统中，不管系统进液还是回液都要流经其间。电液 控换向阀对液压介质有特殊的要求，液压介质必须 经 2 5 Ix m高精度过滤器过滤后，才可以进入电液控 换向阀组使用。采煤工作面的粉尘及煤尘与喷雾出 来的水相溶合，所产生的沾污物附在阀体上经渗 透，使电磁先导阀端面处 0形圈失效，导至电磁 先导阀与主控阀连接处漏液；从泵站流过来的不洁 乳化液 ，分别进入 电磁先导阀和主控阀 ，造成电液 控换向阀整体被污染而引发故障。诸如 1 电磁先导阀易出问题，无法正常动作。 电磁阀顶杆发生弯曲，动作复位慢，严重的不动 作 ，电磁先导阀损坏 。 2 乳化液 中的颗粒 等杂质进入 主控阀内腔 ， 污染主控阀阀芯。主控阀不动作时有嘶嘶声，阀芯 密封件损坏 ，发生串液 ，支架动作缓慢。 3 污物过多，使主阀过滤器易堵塞或损坏。 污染还使阀芯腐蚀生锈， 无法正常拆卸或更换受损 的阀芯零件。 5 系统安装运输和调试过程中的影响 电液控制系统的集成是一项系统工程。其特点 是组成系统的所有部件产品都是给液压支架配套用 的，系统部件产品自 然也就与支架生产制造、支架 交货运输和调试相关。电液控制系统，要随液压支 架运送到最终的用户煤矿 。因此 ，确定了系统 的安装分别在液压支架制造厂和煤矿井下工作面进 行 。这一特殊性 ，使得系统的调试也分为样架安装 调试和液压支架与采煤机 、刮板输送机三机联接调 试 ，即三机联 调。一般情况 下，液压支架 出厂验 收 ，样架调试是必须的。而三机联调 ，根据用户的 要求通常都是液压支架出厂运到煤矿后，在煤矿露 天的场地进行。联调成功以后 ，进行全工作面综采 设备的安装。此时，电液控制系统的电控件在井下 要往支架上安装。值得注意的是 ，在支架从制造厂 运到煤矿之前，电液控制系统的液压件已经安装到 液压支架上 ，并且与各种规格的液压胶管连接 ，同 时采取相应的保护措施 。尽管如此，液压阀件的安 装、运输和调试的过程中仍避免不了进入脏物，成 为事故隐患。 5 ． 1 电液控换向阀的安装 在液压支架制造厂 ，要把 电液控换 向阀安置在 液压支架上，是电液控制系统部件安装的重要环 节。在支架组装车间里 ，电液控换 向阀安装是开放 式的，也就是说 ，为了便于与液压支架液压系统的 胶管连接 ，阀的各个进回液 口要把防尘堵头取下来 敞开着 ，如果液压胶管安装不及时 ，这样给空气中 的粉尘进入创造条件 。如果泵站提供 的乳化液清洁 度低，在支架调试中也会带来污染物。再有电液控 换向阀出了问题，维修拆装时，没有清洗干净，残 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 1 2期 煤 矿 开 采 2 0 1 3年第 3期 留了一些污染物等 。不难想象 电液控换 向阀安装出 现的问题 ，不单是 电液控换向阀本身的事 ，而且要 涉及支架的液压系统。进一步讲，就是液压支架的 各种油缸 、辅助液压阀、胶管等 内部都受到不同程 度的污染。将伴随着液压支架到煤矿井下 ，对液压 支架电液控制系统带来 的潜在危害是不言而喻的。 5 ． 2 电液控制系统的运输 电液控制系统的运输 ，除电控件直接 由电液控 制系统制造商发往煤矿外 ，电液控制系统的液控件 已全部装在液压支架上成为一体。目 前液压支架的 出厂运输方式大多数是用汽车运输 ，自重轻的可 以 整体装车运输，自 重大的要将其分解成若干个部件 才能装在车上运输 。支架运输面 临着一个 实际 问 题 ，就是支架没有外包装物 ，电液控换向阀及所有 液压件也是没有任何的防风防雨措施加以保护 ，运 输途中空气中的颗粒及大自 然的风沙尘土，都会沉 积在液压支架各个部位 ，其 中电液控换向阀和液压 支架辅助阀受到污染必定无疑。支架在汽车运输途 中，是没有人员进行管理维护的，丢失堵头敞开的 接 口和丢失 u形卡松动 的胶管接头与 阀件接 口缝 隙 ，成了颗粒粉尘进入的通道。 5 ． 3 电液控制系统的调试 支架到煤矿后要进行三机调试 ，才能逐架运到 井下安装。地面联调的准备工作包括支架的数量 2 0～ 3 0架不等，支架要与输送机相连 ，输送机 的 机头装上机头架、电动机、减速器等动力装置，机 尾也要装上回链用的动力传动装置；采煤机要在输 送机铲煤板和销轨上装好；同时引入设备运转需要 的供电电源和泵站供液系统。一切准备就绪后，方 可调试。调试时支架要完成单架动作，成组动作和 相应 的推溜移架。设备运行调试过程中有可能出现 机械损伤和液压系统故障， 工作人员需要维修或更 换零件 ，将液体随意排放 ，清理不干净 ，回装零件 时，有可能把地面上的脏物带人系统。调试工作少 则 l 5～ 2 0 d ，多则 3 0 d以上。支架长时问的地面存 放 ，风吹 E t 晒，甚至雨淋 ，造成液压阀件锈蚀。 6 使用管理对电液控制系统的影响 液压支架 电液控制系统是综合运用 了电子 、计 算机、通讯、液压和自动控制等技术的机电一体化 自动控制系统 ，从技 术含量上来 说 ，电液控 制 系统比液压支架手动液压控制系统高得多 ，也复杂 得多。由于液压支架的控制系统增加了电源箱和多 种 电控部件 ，电源箱与各个 电控件之间、电控件与 电控件之间、电控件与液压支架立柱和千斤顶等执 48 行元件之间，使用了各种规格长度的电缆进行连 接。就这一变化而言，用以前传统的使用管理方法 来维护液压支架显然是不行 的。加之 电液控制系统 对液压介质的洁净性 ，稳定性要求比较高 。水质硬 度是否符合规定，乳化液配比是否合适，乳化液循 环使用后污染程度监测等，这些看似简单的事，不 严格管理也会引发问题。采煤作业时，支架要连续 动作运行 ，容易挤压或拉伸电缆 ，轻则造成电缆头 部的接插件 损伤接触不 良，重则 电缆损坏需要 更 换。如果不能及时发现 ，加以维护处理 ，液压支架 电液控制系统的技术优势难以发挥。科学地管理、 使用和维护是液压支架电液控制系统可靠性的根本 保证。 7 提高液压支架电液控制系统可靠性措施 7 ． 1 选用合格的支架工作介质 电液控制的支架对工作介质要求高，必须严格 执行煤炭行业标准 ，一要选 择液压支架专 用乳化 油、浓缩液 ；二是选用的水质外观无色、无 异味、 无悬浮物和机械杂质 ；三是如果水 的硬度超标 ，需 要加软化装置进行软化 ，还应进行乳化油 、浓缩液 与水相溶性测试。此外 一定要用达标 的水 与乳化 油、浓缩液，按规定的比例配制乳化液。有了合乎 标准要求的工作介质，才能减少液压支架电液控制 系统的故障。 7 ． 2 循环过滤系统 工作介质的污染 ，是支架电液控制系统工作不 稳定和产生故障的主要原因。控制工作介质中的污 染可从两方面人手，一是防止污染物侵入泵站供液 系统和支架液压系统 ，二是把进入系统的污染物清 除出去。采用循环过滤系统，是提高和保证液压支 架电液控制系统可靠性的方法之一。 1 进水过滤站 进水过滤站用于煤矿井下 工作面 ，对进入液压系统的清水过滤 ，保证工作面 用水清洁，保护液压系统免受污染。 2 高压过滤站 高压过滤站用于液压支架 供液系统 ，作为泵站出 口第 1 级过滤。对进入液压 系统的乳化液过滤，保证工作面液压系统用乳化液 的清洁 ，防止液压体系统污染 ，保护支架用阀。高 压过滤站过滤精度 2 5 m，是煤矿井下液压支架供 液系统的组成元件。大流量，高精度，滤芯可以多 次反 冲洗使用。 3 架间过滤器 架间过滤器是液压支架 液 压系统必须用的过滤元件 ，目前常用的可供煤矿选 择的有 3种 筒式过滤器 ，由滤芯和壳体组成 ，用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周俊 良影响液压支架电液控制系统可靠性诸因素分析 2 0 1 3年第3期 来保持支架液压系统中乳化液的清洁，防止供液系 统中污染颗粒进入液压元件 ，保证元件及系统的正 常运行 ；手动反冲洗过滤器 ，由阀体 、滤芯 、操纵 手把等组成。过滤能力强，其 内有两组滤芯 ，通流 面积大 ，过滤精度 2 5 m，通过旋转手柄 ，实现反 向冲洗过滤网，延长过滤器滤芯的使用寿命 ；自动 反冲洗高压过滤器，由阀体、阀芯、滤芯、电磁先 导阀等组成。阀芯、滤芯采用插装式结构，电磁先 导 阀控制 2个两位三通阀芯来实现 2套滤芯的过滤 和反冲状态 的转换 。过滤精度 2 5 m保证支架液压 系统工作介质的清洁度 ，为液压支架 电液控制系统 提供过滤后的液体。 4 主阀过滤器 安装在主控阀阀体中的过 滤器 ，过滤精度为 2 5 1 x m，主要作用是对进人先导 阀的工作介质进行过滤，保证液体清洁。 5 回液过 滤站 回液过滤 站用于液压支架 液压系统回液的过滤 ，是液压支架过滤系统的组成 元件。大流量 ，高精度 ，纳污能力强 ，滤芯可 以重 复清洗使用。 7 ． 3 电气设备布局要合理 为了保证液压支架电液控制系统的电控部件正 常工作，必须做到低压设备尽可能远离高压设 备；布置通信电缆时尽可能离动力电缆远点；通信 电缆要采用双绞屏蔽电缆 ，而且屏蔽层接地。只有 这样才能减少电磁与电场干扰 。 7 ． 4 安装滤波器 在交流电源输入侧增加滤波器，利用滤波器， 防止 电源干扰进入支架控制器 ，是解决 电源线干扰 的途径。滤波对 于抑制 电源线 干扰或 消除干扰耦 合 ，特别是对于抑制 经电源线直 接耦合 的电磁干 扰 ，是非常有效的措施 。 7 ． 5 主动维护 1 从液 压 支架 电液 控制 系统 维护 的角 度 ， 要改变思路和管理方法 ，变消极为积极 ，即主动维 护。其内容是对造成电液控制系统的问题相关联的 主要设备及电控部件和液压阀件进行监控 ，当出现 故障时，及时处理，保证系统运行正常。 2 加强系统污染 的动态监测 。污染状 态的 动态监测是实现液压支架电液控制系统主动维护的 基础 ，也是污染控制的一个重要方面。除用便携式 检测仪 糖量计 进行乳化液浓 度的检测外 ，还 要随时仔细察看乳化液的变化和受污染的情况，如 果乳化液混浊不清 ，应立即采取有针对性的措施 ， 把问题消除在初始状态。 3 由于煤矿井 下环境 的特殊 性，液压支架 及其电液控制系统的使用管理必须得到高度重视， 一 定要按照用户手册的要求进行操作与维护，定期 检查电液控制系统的电气元件、液压元件的使用情 况 ，保证性能稳定。 8结论 液压支架 电液控制系统在工作中受环境限制被 污染是不可避免的 ，但必 须对污染进行有 效地控 制 ，使之减少到合理程度。对于液压支架电液控制 系统受电磁场干扰问题 ，只要抑制干扰源 ，切断干 扰的传播路径 ，提高敏感器件的抗干扰性能 ，问题 也会迎刃而解 。 我国煤矿地质条件变化大，矿区与矿区之间， 煤矿与煤矿之间地质条件各不相同，特别是井下水 质也不一样，再加上各个煤矿对液压支架电液控制 系统的使用维护管理上也存在差异 ，给人们解决液 压支架电液控制系统使用可靠性带来一定的难度 。 目前 国内还没有液压支架电液控制系统的清洁度检 测标准 ，使得液压支架电液控制系统制造厂家及煤 矿用户没有标准可依 。要改变现实状况 ，有必要对 液压支架电液控制系统的污染控制及检测方法进行 研究 ，同时填补空 白，抓紧制定液压支架电液控制 系统清洁度标准，期望这一课题早 日解决。 [ 参考文献] [ 1 ]李效甫 ． 综采液压支架电液控制系统 [ J ]． 煤矿开采，2 0 0 1 ， 6 2 5 6 ． [ 2 ]赵 衡 山 ．国 外 液 压 支 架 电液 控 制 技 术 的 现 状 及 发 展 方 向 [ J ]．煤矿开采 ，1 9 9 1 ，创 刊号 5 5 5 8 ． [ 3 ]周俊 良．电镀技术在单体液压支柱上的应用 [ J ]．煤矿开采 ， 1 9 9 5 4 5 1 5 3 ． [ 4 ]宁宇 ．综采工作面液 压支架 电液控制 系统设计 [ J ]．煤炭 科学技术 ， 2 0 0 9 1 卜3 ． [ 责任编辑邹正立] 不 币 出 看 矫 矫 矫 矫 铆 幼 环 矫 矫 重庆市制定完成 国内首个煤矿水力压裂技术标准 重庆市能源投资集团科技有限责任公司， 该公司与近日制定了国内首个煤矿水力压裂技术标准。该技术利用水压 葛促使煤 层压 裂， 从而 以水取气 快速抽出瓦斯。 搞自 煤 炭信息 周刊2 0 1 3 g - 第2 1 期 筇 筇 ． 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