采矿机械液压系统失效原因分析及对策

焦瑞科

（山西高平科兴牛山煤业有限公司，山西 高平 048400）

引言

随着我国经济的飞速发展，工业技术水平也在不断的飞速发展，各种新技术，新方法开始大量应用于采矿机械设备中。由于液压传动技术具有小体积、易控制、并且大功率等优点，人们开始在采矿机械设备中大量应用液压传动系统。而井下矿山工作环境差，粉尘多、温度高，很容易使液压系统发生故障。如何在恶劣的环境下发挥液压设备功效、降低故障率就成为迫在眉睫的问题。

1 采矿机械液压系统失效原因分析

引起液压系统失效的原因大致可以分为三类：污染、过热和泡沫。这三类问题都对液压系统的失效有着致命的影响，特别是污染现象导致的影响最为恶劣。任意一个方面出现问题，都会影响到液压系统的正常运转效率。下面主要针对这三个方面进行全面的分析和阐述［1］。

1.1 煤矿机械液压系统污染的种类及其来源

导致液压系统出现故障的主要污染源有固体污染物、液体污染物、气体污染物。

1）固体污染物主要有粉尘、棉绒、铁锈、水垢等，这些污染物主要是在由于清洗、修理和组装不当从外部带入液压系统造成的。这些污染物一旦被带入液压系统后，会随着液压油的流动而流动，随着时间的推移，日积月累沉淀下来的这些污染物很容易导致液压系统发生阻塞。

2）液体污染物主要是一些氧化物、水、酸、可溶性和不可溶性添加剂的退化产品，以及各种清洗剂等。这些污染物很容易氧化腐蚀液压系统的各种元件和零部件，导致这些元件和零部件发生损坏，以致整个机械系统出现瘫痪的状态。其中水还很容易使液压系统中的液压发生稀释，导致液压油发生乳化变质，从而影响液压油的润滑和防腐防锈能力［2］。

3）气体污染物主要是从大气中混入的空气或者从其他介质中混入的气体，这些气体往往是在液压设备调试过程中，或者是液压设备密封设备发生破坏时混入的。一旦液压系统某个部位混入气体后，会导致整个液压系统的压力发生变化，严重影响到液压设备的动力和设备的稳定性。

1.2 液压系统产生过热的原因及后果

如果液压系统温度超出最高极限，会直接导致液压系统的液压油发生变质，会使液压油变稠密，一旦液压油发生变质会影响到液压系统的填充材料和密封材料，会导致整个系统发生失效。液压油的粘温特性曲线详见下页图1。除此之外若液压系统长期工作在过热的环境下，还会使液压系统各个元件的老化速度加快，导致系统的使用寿命大大缩短，增加设备的维修保养费用。

液压系统产生过热的原因主要有液压油的黏度和型号与液压系统不匹配；液压系统超负荷工作，液压元件之间的磨损力加大；液压油被污染，导致液压油的油质发生变化，再者空气的进入也是导致液压系统产生过热现象的重要原因［3］。

图1 液压油的粘温特性曲线图

液压油黏度与温度的关系为：

式中：v40温度为40℃时液压油的运动黏度，mm2／s；t为温度，℃；n为指数。

从液压油的粘温特性曲线图和液压油黏度与温度的关系式可知：随着液压油的温度升高，液压油的粘度会越来越低，这样往往会造成液压油的内部泄露增大，液压的量会减少，润滑效果降低会使液压元件老化加快，整个液压系统寿命缩短。

1.3 采矿液压系统泡沫出现的原因

泡沫是液压系统中进入空气后，空气和油产生混合后产生的。随着时间的日积月累，大量的空气和泡沫会结合产出油泡沫。如果液压系统中，油泡沫过多，当油被压缩时，由于油中已经混有大量的空气，空气也会收到压缩，空气受到压缩后温度会升高，就像发动机的缸体一样，液压系统会产生过热现象。再者一旦液压油中混入空气后液压油泵的容积能力会减少，系统达不到额定的动力。液体提供动力和所需要的能量关系为：

式中：W 为压缩液体所需要的能量，J；p0为系统初始压力，Pa；v0为压缩前初始体积，m3；v为压力为p时的体积，m3；dv为液体体积的被压缩量；β为压缩率。

从上式可知：油泡增多，能量损失W 会增大。

2 采矿液压系统失效的解决对策

通过以上对采矿机械液压系统失效原因的分析，便可根据这些失效原因，对症下药解决这些问题，具体的解决对策主要有以下几点：

1）对影响液压系统性能的污染物的定期清理。从前面的分析得知，污染物的侵入会对液压系统产生严重的影响，针对此种情况在对液压系统进行维修保养之际，必须对液压设备的污染物渗入现象加以坚决清理，主要的应对措施便是要“勤”，要制定合理科学的清理计划，其中在清理的过程中不但要对液体污染物加以清理，而且要对表面的固体污染物也要加以清理，以防这些固体污染物通过缝隙流入到整个液压系统中，对整个系统造成破坏影响。

2）要定期更换液压油。液压油在恶劣的环境下很容易发生乳化和变质，影响到系统的正常运行。对于这样的问题，工作维修人员要制定出合理的维修计划，要定期对液压系统的液压油进行更换，以确保整个液压系统不会由于液压油的乳化或变质，造成整个液压系统的失效。另外在更换液压油的过程中，工作人员一定要把液压系统中废旧的液压油清理干净后再注入新油，严禁新油和旧油混搭使用，如果在更换液压油的过程中发现机器元件部位有液压油的沉淀物后一定要擦拭干净或者用专用的清洗液清洗干净后，方可注入新油。

3）要定期更换密封元件。密封元件是在整个液压系统中防止液压系统漏油的主要部件，由于它比较脆弱，很容易受到固体污染物或液压系统高温的影响出现损坏现象，一点液压系统密封元件发生损坏时，会直接导致空气进入整个液压系统中，这样不但会使整个液压系统的动力减退，而且会进一步引起许多其他问题。在使用液压系统的过程中，工作人员一定要定期地对液压系统的密封部件进行定期的检查，一旦发现有损坏的，一定要及时更换，以防止由于液压系统密封问题而引起的液压系统故障的进一步恶化［4］。

3 结语

通过系统分析能够清晰地了解到导致系统出现失效现象的主要原因就是由于过热现象、污染物现象、泡沫现象。而要切实有效地解决系统失效的问题主要从两个方面进行入手：第一个方面就是针对系统工作失效的具体原因来处理。定期对液压系统污染物进行清理，及时更换液压油密封件，避免液压系统中污染物造成堵塞现象或者是由于填料以及气体的进入而引发失效现象；第二个方面就是强化系统的维护、保养，定期进行检查，第一时间发现问题所在，从而解决问题。

［1］ 韩文钦，周金宇，孙奎洲.失效模式相关的机械结构可靠性的 Copu－la分析方法［J］.中国机械工程，2011（3）：50－51.

［2］ 樊怀磊.DW型矿用单体液压支柱密封结构的改进［J］.中州煤炭，2009（2）：30－31.

［3］ 朱志坚，米特哈特.气泡对液压系统的危害及防范措施［J］.液压与气动，2002（1）：40－41.

［4］ 刘天顺，邹光瑞.浅谈液压油的污染与过滤［J］.山西机械，2001（4）：80－81.