综采面液压支架故障诊断方法与技术.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 5 年第3 期 总第1 2 6 期 漏。 对这两种不同形式的泄漏， 应采用不同的传感器 及方法加 以检测 。 2 ． 1 外泄露检测原理 液压系统的工作液体多采用 的是乳化液 ，水 的 比重约有 9 5 ％， 因而其粘性系数很小。 Re p 1 ， d ／ 式中 p为流体密度 ， k 咖 ； V为流体速度 ， m ／ s ； 为黏性系数 ， N s ／ m z ； d为特征长度 ， m。 由于液压系统 内外压差 巨大 ，泄漏液体的雷诺 数 R e 远大于 2 3 0 0 ， 此时流体运动处于射流状态 。对 于射流 ， 漏液处 的液体压力大于周 围大气体压力 ， 是 一 种不完全膨胀射流，周围的气体会周期性的膨胀 和压缩 。此时在射流边界层上 ， 会 出现等间隔的以球 面 向周围扩展的球形结构。这种等间隔的噪声源会 向周围叠加辐射 ， 噪声源位于射流 的超音速段 区域 。 由此知高压液体通过漏液处 时会发出超声波 ，因而 通过超声波传感器的检测可以很快找出支架液压系 统泄漏的具体位置。 2 ． 2内泄露检测原理 根据超声波传感器的工作原理 ，很难检测 出支 架机械部件内部的泄露。主要原因是液体由高压腔 向低压腔流动而引起 串液 ，此时支架外部不会像外 泄露那样有液体喷射 出来 。此时高灵敏度的压 电加 速度传感器能成功地应对这种情况 ，其主要工作过 程是高压液体 由于射流摩擦在泄漏缝 隙处发出噪声 信号 ， 再经 匹配 网络和 电荷放大器放大后 ， 送至滤波 器 ， 通过包络解调后由显示器呈现 出来 。 无论哪一种泄露检测 ， 其准则为 如果没有发生泄 漏故障， 就检测不到高频率振动和噪声信号； 如果有泄 漏故障发生 ， 则能检测到高频率振动和噪声信号。 2 - 3 支架故障诊 断技术分类 目前支架故障诊断的分类方法有很多， 应用最多 的是按诊断对象 的种类和状态信号的物理特性来分 。 现有三种故障诊 断划分的方法 ， 分别为 根据对信号 的处理 、 根据对模型的解析和根据对知识的划分『3 1 。 常见的有 油液分析技术 、 振 动诊 断技术 、 故 障 树分析 F T A 方法 、 现代诊断法、 模糊数学法， 其中模 糊数学法又包含灰色关联度法和人工智能法 。 3 液压 系统故 障诊 断技术发展 趋势 近年来 ， 随着数据处理技术 、 计算 机软件技术 、 网络技术和通信技术 的跨越式发展及不同学科之间 的交叉融合 。液压系统故障诊 断技术在理论和现场 应用方面都有了很大的发展，传统主观分析方法已 经被 虚拟化 、 高精度化 、 智能化 、 状 态化 、 网络化 、 交 叉化的方法取代【 5 J 。 3 ． 1 虚拟化和高精度化 虚拟化指的是监测与诊断仪器实现虚拟化。传 统检测仪器在制造前其功能 和技术指标 已经制定 ， 用户无法更改 。随着 网络通信技术 、 微电子技术的不 断发展和计算机软件的不断更新 ，虚拟仪器技术应 运而生 ，它能够为液压故障诊断技术领域带来革命 性 的改变 。 高精度化是信号分析精确度的提高 ， 由于信号处 理主要通过分析信噪比， 因此高精度化就是提高信号 分析过程中的信噪比， 对于液压系统而言 ， 信号及其 系数通常是瞬时性的 、 无定量 的、 并且是突变的， 且传 统的时域和频域分析方法只能处理稳态信号 ， 很难正 确找 出故障位置和分析故障原因 ， 这就需要寻找一种 能够 同时表现信号时域和频域信息的方法 ， 这就要求 信号处理技术向着高精度化的方向发展。 3 ． 2 状 态化 状态化是对监测与诊断的过程而言。大多情况 下 ， 用户都是对液压系统进行预 防性定期维修 ， 但是 这种方法并不能保证其效果 ， 因此要渐渐过渡到“ 状 态维修 ” ， 此方法 能够 大大提高生产效率 ， 同时也是 现代设备管理 的需要 。 3 ． 3 智能化和网络化 近年来许多国家在液压系统故障诊断领域开始 越来越多的使用专家系统、知识工程和人工神经网 络 ， 为机械设备 的正常运行提供了很大保 障， 其在经 济效益方面带来的改变 已经十分 明显 。由于液压系 统结构复杂 ， 工作时的情况多变， 这就使得液压故障 诊 断系统要朝着智能化的方 向发展[6 】 。 随着理论的发展与技术 的进步，设备 的液压系统 变得越来越复杂和专业 。很多情况下需要设备制造 商提供技术支持， 但设备制造商很少派专 门的技术人 员指导设备的使用，此时网络的远程在线监测和提 供的故障诊断方法能快速地解决此类 问题 ，这也是 液压系统故障诊断的一个发展方向。 3 ． 4 交 叉化 交叉化是指多个学科之间的关 系，各个学科 间 存在交叉的部分 ，设备的故障诊断技术与电学 和声 学等学科 的发展交叉化 。机械设备 的故障诊断用到 超声波射流产生的原理和其作用过程而作 出相应 的 设备液压系统泄露故障的检测方式。要不断利用液 压故障诊断技术与各个学科 问的交叉之处 ，为监测 与诊断提供更多的选择性 。 4 煤 矿液压支 架工作特点 煤矿所使用的液压支架 ， 主要存在以下特点 1 液压支架结构复杂重量 大 ， 部件较 多 ， 并且 6 9 煤矿 现代化 2 0 1 5 年第3 期 总第1 2 6 期 在生产系统 中的工作量大。 2 液压支架在井下复杂环境下工作 ， 井下地质 条件的多变使得对液压支架的要求也就更高。 3 在井下工作 面内 ， 液压支架 的工作情况不仅 直接决定着整个综采流程的进行， 还影响着煤矿的安 全生产 隋况 。因此 ， 对液压支架的可靠性要求更高。 4 一旦液压支架出现故障， 其维修工作比较困 难 ， 并且耗费时间， 不利于矿井 的高产高效生产 。 综上所述， 液压支架的工作具有复杂性， 要保证 矿井的高产高效生产， 就要提高液压支架的可靠性。 因此 ，要在 以上多种技术 的基础上进行理论 和技术 的革新 ， 总结 出一些新的诊断技术和识别方 向。 5 故障诊断方法与技术的发展趋势 具体来说， 现在主要发展途径如下 1 进一步丰富液压系统故障诊断的理论基础。 只有依靠先进的理论基础才能进一步发展液压系统 故障诊断方法 。 2 发展多种诊断方法 、 如信息融合技术和智能 诊断系统。 3 拓展 、 推广先进的故障诊断方法 ， 研制最新 故障检测仪器， 如流量与压力的测量仪表等。 4 研制简易实用的小型便携式诊断仪器。 虽然这些年来液压系统故 障诊断技术 己经有 了 显著的提升 ，但 由于此领域涉及 的理论 和技术 问题 繁杂 ， 有些疑难问题仍然难以得到解决。 5 ． 1 液压 系统泄漏故障检测仪器 YH X型泄漏检测仪是煤矿井下液压支架的液压 系统密封程度 的检测仪器 ， 如 图 3所示 ， 它适用 于煤 矿井下支架液压系统泄漏检测。它的检测传感技术 在国内外处于领先水平， 装备了国外先进的 I c电路 与晶体管等部件 ， 具有便携带 、 精确度高 、 简单实用 、 对外界干扰不敏感和适 应复杂环境 的特点 。是一种 便携式泄漏检测仪器 ， 它可迅速 、 准确 、 直观地找 出 支架及液压系统泄漏故障 。 图 3 Y H X型液压泄漏检测仪 泄露故 障诊断原则为 有高频振动噪声信号产 生， 说明有液压系统泄露故障， 若无高频振动噪声信 70 号产生， 说明无泄露故障嘲 。 5 ． 2现 场观 测 平顶山一矿戊 8 - 3 1 0 6 0 工作面位于三水平戊一 采区西翼中部， 该工作面东起三水平戊一暗斜井， 西 至 龙 池 正 断 层 ，走 向 长 2 5 3 0 2 5 5 0 m，平 均 长 2 5 4 0 m， 斜长 1 7 0 m， 面积为 4 3 1 8 0 0 m 2 ， 见图 4 。 圈 风井 图 4工 作 面位 置 图 工作面开采戊 8 煤层，该煤层厚 1 ． 4 ～ 2 ．4 m， 平 均为 1 ．9 m， 煤层倾角为 6 。 ～8 。 ， 平均 7 ．5 。。 工作面无伪顶， 直接顶为泥岩或砂岩， 老顶为砂 质泥岩， 直接底为泥岩， 厚度 1 2 ． 0 ～1 4 ． 3 m 。 本工作面采用走 向长壁后退式采煤法 ，平均采 高为 1 ． 8 m， 顶板处理方法为全部垮落法 ， 工作面采用 Z Y 2 6 0 0 1 2 ／ 2 6 A型液压支架 ，该支架 的初撑力 为 1 7 6 8 2 0 6 7 k N； 支护强度 为 0 ．4 4 ～ 0 ．4 9 MP a ； 工作 阻力 为 2 3 3 3 ～ 2 7 2 4 k N； 顶板 比压为 0 ～ 0 ． 7 MP a 。 支架最大控 顶距 3 ． 9 7 m， 最小控顶距 3 ． 3 7 m， 移架步距 0 ． 6 m。 根据现场统计结果 ，很多支架 的液压元件 出现 了故障 自 动回缩、 未达工作阻力就自动卸载等。这 些都是由液压故障引发的支架故障，会引起支架单 柱工作 ， 甚至无法工作 的情况 。工作面片帮和冒顶的 机率会大大增加 ， 严重影响工作面正常推进 。 从平 顶 山一矿 现场 观测第 一个循 环 的结果 来 看， 在第一个检测循环， 整个工作面 1 1 5 架支架共检 测出故障 4 0 处。从支架发生故障的原因来分析 ， 外 部泄漏 串液 1 4处 ， 内部泄漏 串液为 2 1处 ， 液压 系统 及其机械部件损坏 6处 。 从支架故障程度来分析 ， 极 严重故障为 1 5 处， 占故障总数的 3 7 ． 5 ％， 严重故障 6 处， 占故障总数的 1 5 ％， 明显故障 1 0 处， 占故障总数 的 2 5 ％。各故障程度所占百分比见表 1 。 煤矿 现代化 2 0 1 5 年第3 期 总第1 2 6 期 表 1 第一循 环各故障程度 占总故 障b 匕 例 轻微故障 明显故障 严重故障 极严重故障 2 2． 5％ 2 5％ 1 5％ 3 7． 5％ 在第二个检测循环 ，整个工作 面 1 1 5架支架共 检测 出故障 3 6处 。从支架故障的形式来看 ， “ 外” 部 泄漏 串液 1 2处 ， “ 内” 部泄漏串液为 1 9处 ， 液压系统 及机械零件等损坏 5 处。 从支架故障程度来分析， 极 严重故 障为 4处 ，占故障总数的 1 7 ％，严重故障 6 处 ， 占故障总数的 1 7 ％， 明显故障 1 1处 ， 占故 障总数 的 3 1 ％。各故障程度所 占百分 比见表 2 。 表 2 第二循环各故障程度 占总故 障比例 轻微故障 明显故障 严重故障 极严重故障 41 ． 6％ 3 0． 6％ 1 6． 7％ l1 l ％ 由第一第二循环故 障程度对 比可 以得到 ，综采 面支架故障诊 断技术实施 以后 ，综采面支架的极严 重故障 比例 由原来的 3 4 ％下降到 1 7 ％， 故障数 目有 所减少 ， 保证了支架的健康运行和支护质量。 6结论 1 总结 了综采支架支柱 升降故障和千斤顶伸 缩故障的形式 ， 分析了液压泄漏故障的检测原理。 2 对现有的支架故障诊断技术进行分类， 并提 出了其发展趋势。 3 举例列出便携式诊断仪器 ， 并对其现场效果 进行分析。 4 支架液压系统泄漏故 障得 到了及时的检测 和维修 ， 保证 了支架的实际初撑力和工作阻力。试验 综采面的支架 一围岩关系得到了很好的控制 ，保证 了综采面的安全和正常运转 ， 取得显著的技术效果。 参考文献 [ 1 ] 杜计 平 ， 孟 宪锐 ． 采矿 学． 中国矿 业大 学 出版社[ M] ． 徐 州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 9 3 5 3 6 ． I 2 】何富连， 钱鸣高， 刘长友． 高产高效工作面支架 一围岩保障 系统【 M 】 ． 徐 州 中国矿 业大学 出版社， 1 9 9 7 ． 【 3 】 何 富连 ， 张卫 国， 张守 宝． 综采 面顶 板安全保 障及 支架故 障 诊 断技术 [J 1 ． 中国煤炭， 2 0 0 6 ， 3 2 1 2 3 9 4 0 ． [ 4 ]张培军． 故障诊断技术对综采机 电维修的相关研 究【 J ] ． 科 技信 息， 2 0 1 2 ， 1 5 1 4 9 ． 【 5 ]魏强． 故障诊断技术对综采机 电维修的技术研 究I J 】 ． 中小 企业 管理 与科技， 2 0 1 2 ， 0 1 1 5 4 ． 『 6 】 樊新海．工程测试技 术基础 【 M】 ．北京国防工业出版社， 20 07． [ 7 】何富连， 韩红强， 李擎， 张军辉． 综采面液压支架故障诊断机 理及检 测技 术研 究『 J 】 ． 矿 业工程研 究 ， 2 0 1 0 ， 2 5 4 9 5 3 ． 【 8 】 申小林． 综采工作面液压支架故障的微震诊断技 术研 究 报 告【 J ] ． 科学之友 ， 2 0 1 2 ， 5 4 3 4 5 ． 作者简介 焦舒 亚 1 9 9 0 一 男， 河南周 口人 ， 硕 士研 究生 。 研 究方向 为 矿 山 ＆ 力与 毫岳 控 收稿 日期 2 0 1 5 3 2 3 The de t e c t i o n t e c hn o l o g y o f hy dr a u l i c s upp o r t f a u l t o n a f u l l y m e c ha n i z e d l o ng wa l l m i ni n g f a c e J I AO S h u - y a l WANG Gu o b i nl 1 ．S c h o o l o f R e s o u r c e a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e f u l l y me c h a n i z e d mi n i n g f a c e ， t h e h y d r a u l i c s u p p o r t p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e ． T h e w o r k i n g c o n d i t i o n o f h y d r a u l i c s u p p o r t i n fl u e nc e s t he pr o du c t i o n p r o e e s s o f c o a l pi t s d i r e c t l y ． The s e r i o us f a u l t p r o bl e m，f a ul t t y p e a n d f a i l u r e c a us e o f hy dr a u l i c s u pp o r t we r e a na l y z e d ． T h e p o r t a b l e ， fl a me p r o o f a n d i n t ri n s i c a l l y s afe d e t e c t o r o f l e a k a g e f a u l t w a s d e v e l o p e d f o r me c h a n i z e d mi n i n g s u p p o r t ，ba s e d o n t he d i a g no s i s p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c f a u l t ． As a r e s u l t ， t h e s u p p o rt r e l i a b i l i t y w a s i mp r o v e d ， the d o w n t i me d u e t o s u p p o rt a n d s u r r o u n d i n g r o c k d e c r e a s e d ； a t t h e S a B l e t i me ， e ffic i e n c y a n d c o s t -e ff e c t i v e i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s u p p o r t ； f a u l t ； d i a g n o s i s t e c h n o l o g y ； r e l i a b i l i t y 上接 第 6 7页 究f J 1 ． 计算机工程与应用， 2 0 0 4 ， 3 6 1 4 6 1 5 0 ． 【 l 0 】V P a x s o n ， M A l l ma n ． C o m p u t i n g T C P ’ S R e t r ans mi s s i o n T i me r 【 S ] ． F R C 2 9 8 8 ， 2 0 0 0 - 1 1 ． [ 1 1 】杨家珍 ， 章韵． 无线网络中改进 T C P性能的两种方法I J 1 ． 软 件 导刊 ， 2 0 0 8 9 7 9 8 0 ． 【 1 2 】朱连轩， 陈希明．T C P超时重传定时器优化的研究【 J 1． 技术 论 坛 。 2 0 0 4 8 6 1 6 4 ． [ 1 3 1王敏杰， 林爱英， 朱连轩． R T O设置算法改进[ J ] ． 西安邮电 学院学报 ， 2 0 0 6 9 6 - 8 ． 作者简介 王建国 1 9 7 8 一 ， 男， 内蒙古四子王旗人， 工程师， 毕业于 辽宁工程技术大学， 现在煤炭科学技术研究院有限公司工作， 主要从事安全技术与装备研究。 收稿 日期 2 0 1 5 3 1 7 7l