浅谈煤矿采掘机械液压系统故障分析及维护

＊韩胜广

（国能包头能源有限责任公司李家壕煤矿 内蒙古 017008）

随着信息技术的发展，液压设备在煤矿开采中的应用使得煤炭开采自动化程度不断提高。与常规液压设备相比，强度和性能有了很大提高，重量较常规设备明显减轻，移动和操作更容易。并且煤矿开采比传统设备消耗的能源少，效率显著提高。再加上自动控制技术的应用，液压设备的收集效率和质量也有了质的飞跃。因此，挖掘机液压系统在我国煤矿中广泛使用。与其他类型的工作环境相比，煤矿环境粉尘较多，空间较复杂，因此该环境下挖掘机液压系统长期失效的概率也很大。挖掘机液压系统发生故障不但影响采煤的效率，而且会对井下工作人员安全造成极大威胁。因此，研究煤矿采掘机械液压系统故障分析及维护具有重要意义。

1.煤矿采掘机液压系统

在分析煤矿采掘机液压系统故障之前，了解构成才能分析问题处于何处，进而从根源上解决和维护[1]。液压系统更多的是控制离合、换档和制动，将液压转化为机械性能。一旦液压系统发生故障，液压系统就很难将压力传递给变速箱，就无法进行换档。采掘机液压系统如图1所示。液压系统内容如下：（1）液压系统供给设备。设备将主电机产生的机械能转化为压力，如：液压系统能量转换装置：液压泵的作用是将电机产生的能量进行转换；液压系统调节控制装置：该装置是一种各种形状的控制阀，如：方向阀、压力阀等；机械能在执行装置的作用下由流体压力转换形成，并将其施加到系统组件上。（2）液压系统辅助部件。储存油所使用的油箱，输送油所需的油管，过滤油所需的滤油器。蓄能器释放压力能量，通过压力表测量压力，进而辅助液压系统正常运转；在液压系统中，液压油为设备传递动力[2]。

图1 采掘机液压系统

2.煤矿采掘机液压系统常遇故障

煤矿采掘机的液压系统将液压能转化为机械能，对液压系统的主要结构及采煤过程中使用的内部部件进行研究，有助于技术人员确定故障的位置和原因，快速排除故障[2]。液压系统故障会在很大程度上阻碍采掘机的正常工作[3]。经过初步分析得出系统故障事故的主要原因是液压系统设备的液压系统泄漏、设备异常噪声、传动液压油等问题。下面是对3种常见系统故障的具体分析。

（1）液压系统设备异响。造成采掘机液压系统设备异响可能有以下原因：第一，可能是进入空气引起的。在液压系统中，液压油和空气会被收缩。空气收缩有可能导致更多故障会影响整个系统的稳定性。第二，当空气进入液压系统时，低压部分的体积增加，当大量空气进入高压部分时，气体被压缩而体积急剧减小，当其流入低压部分时，体积突然增大，产生“爆炸”和噪音的现象[4]。第三，可能是换向阀调整不当。第四，可能是安全阀不稳定。如果滑阀与阀孔匹配不正确，或提升阀与阀座接触被脏物堵塞，阻尼孔被堵塞，弹簧偏斜或脱落等。如果阀芯堵塞或无法通过阀孔，则会出现系统压力波动和噪音。第五，可能是由于机械振动。如果油管很细，弯曲很多，且没有固定好，当油流量大时，油管会振动。当发动机的旋转部分和液压泵失去平衡时。安装过程中松散连接会导致液压系统设备产生振动和噪音[5]。液压系统中产生气泡有以下原因：油箱吸油时，液压系统极易进入空气，出现低压和高压两种情况。压力过高，压力会直接影响气泡的产生，并造成设备出现大量的噪音和热量，对液压系统的稳定性造成影响；若压力低，气泡则会引起空化。液压泵如图2所示。

图2 液压泵

（2）液压系统设备液压油污染。煤矿设备的正常运行需要液压油作为能源，液压油的质量是保证设备正常运行的关键因素。整个设备的液压系统中各部件的间隔很小，精度要求很高。因此，在矿山开采中，如果稍有不慎，就会导致油压系统中混入杂质，这将产生严重的后果。对设备系统正常运行的影响较为严重，此时，设备将会报废。此外，在整个系统的运行过程中常会出现阻尼孔或裂缝，一旦磨损精密部件，就会影响各个部件的精度。当污物颗粒较大时，会造成机器堵塞，导致系统突然崩溃，造成严重的安全事故。此外，液压油温度过高也是问题之一。煤炭开采是连续的，设备系统一旦运行就很少停止，这就导致油箱中的流体温度不断增加。通常，最佳液压油温度应保持在40℃左右。当采煤设备系统内液体温度过高时，直接影响到液体的黏度，增加流动的速度，降低设备的运行效率；当液温过高时，还会加速旧设备的老化，不利于设备的使用[6]。

此外，目前液压系统基本采用斜盘式柱塞泵，防污染性能较差。特别是在封闭式液压系统中，油箱小，系统内的油在系统中不断循环，无法过滤，油温很高。当液压油被污染时，泵将比开放式液压系统损坏的更快。

（3）液压系统泄漏。液压系统的可靠性取决于液压系统密封的设计和选择。设计时未考虑液压油和密封件的兼容材料类型、密封件选用标准、限制压力、环境温度变化等都将导致液压系统不同程度的泄漏[7]。另外，由于作业环境中的灰尘和杂质、选用的密封件不能满足工作压力、速度和温度的要求，也会导致泄漏。因此，设计时应选择合适的密封件，防止污染物进入系统损坏密封件。密封件由耐油橡胶和其他材料制成。长期使用其老化和损坏会导致系统泄漏。如果零件在运行过程中受到冲击，会划伤密封元件，导致泄漏[8]。另外，在液压系统中，频繁换向，油泵突然启动或阀门关闭、气缸在高压下快速运动，瞬时峰值压力会比工作压力高数倍，足以损坏密封装置，管道或其他液压元件。

在大气压下，约10%的空气可以溶解在液压油中，在高压下，油中会溶解更多的空气。空气在油中形成气泡。如果液压介质在工作过程中迅速从高压变为低压，气泡会在高压侧产生高温，在低压侧爆裂。如果液压系统的部件表面出现点蚀和损坏，液压油会高速冲向部件表面，加速表面的磨损并造成泄漏。

3.煤矿采掘机械液压系统故障的维护

系统的一个元素出现问题将导致系统范围的故障。因此，应注意日常操作中的故障检查、维护和更新，制定好维护计划并按照要求执行。维修液压系统故障分析[8]见表1。

表1 采掘机液压系统维护内容

（1）改善液压系统装置。采掘机的工作是持久性的，因此在维修和保养时要及时准确。在实际运行中，应制定完善的维修保养计划，提升操作人员的技能与素质，设置系统的维修保养工作岗位，做到专人负责，以确保液压系统工作时的安全性。此外还需要保证后续工作的稳定性。液压系统的故障风险很高，这与机器设备自身的质量及工作人员的操作技术有关。当液压系统出现问题时，需要维护人员勤勉尽责，及时检查和更换问题部件，确保问题得到解决，还需要总结和分析。如有损坏，应及时修理或更换，必须采取措施防止内外泄漏，减少损失，彻底排除液压泵接头和相应空间回路中的空气。如果管道太细、太长、太耐油、能量损失太大，则需要选择合适尺寸的管道和阀门，确保管道的长度和直径尽可能短。

（2）定期更换液压油。液压油是系统中最重要的组成部分之一。液压油污染不仅会堵塞油路，还会磨损液压元件，缩短其使用寿命。因此，为保证液压油的安全可靠，应定期更换液压油，除此之外还要注意密封工作，防止因外界环境使液压油受到污染。设备工作时，如果液压油被污染，需立即停止使用，以免损坏液压部件造成更大的损失。

目前存在的液压油污染问题只能通过人工检测，但这种问题人工检测无法胜任。如果不能及时发现问题，可能造成严重后果。为了监测污染情况，应采用更精密的电子检测设备，密切监测液压油的颜色和质量。煤矿采掘机械属于高风险行业设备，相关企业应定期对操作人员进行培训，并与专家进行交流，确保技术人员掌握液压系统维修技能，不断提升素质和业务水平。另外，应进行内部油冷却处理，保持液压系统的工作温度在60℃以内。温度过高会影响系统的安全性和稳定性，因此必须确保油箱温度适当。在日常工作中，需要注意以下几点：首先，必须及时检查油温，确保其处于正常范围，并根据冷却循环情况提高设备的清洁度。同时，增加散热装置；其次，监测机械的正常运行，增强工作结构和运动速度；然后，根据实际情况合理控制油的黏度；最后，提高自身设备的制冷能力，建立完善的应急体系，以确保系统的安全性。

为了更经济高效地替换液压油，通过监测液压油的固体颗粒浓度、黏度变化及温度等实现，设置相关传感器来进行监控和检测。

（3）改进设备密封性。液压系统泄漏的原因是多方面的，现有技术和材料难以从根本上消除液压系统泄漏。为减少液压系统泄漏，需要在密封槽的设计和处理中仔细考虑影响泄漏的关键因素。此外，密封件的选择也很重要。如果未考虑影响泄漏的因素，将会在后续生产中造成损失。通过提高设备的防水性，可以解决很多由外界因素引起的问题。控制液压系统的污染也是为了保证液压油的纯度和质量。液压油纯度越高，其质量越好，系统越稳定。因此，必须做到以下两点，①要更加重视液压油，确保其在加储过程中操作的正确性，达到基本消除污染的目标；②要提高液压油滤清器的纯度，去除污染物需使用相关专业机械设备。

（4）其他安全维护措施。若矿山机械液压系统出现质量问题，会使系统故障率增加。当液压系统不符合规定时，会出现进气、漏油等问题。在严重的情况下，液压系统的某些部件可能会出现故障，导致液压系统的损坏。所以应确保液压系统的整体质量符合标准。发现问题的时候，及时对设备进行更换或修理。除此之外，工作人员应基于高效的系统基础，建立专家系统，提高对系统故障的诊断能力。液压系统发生故障时，通常表现出随机性和突然性，这给确定故障原因带来分析障碍。因此，煤矿企业应建设一支有能力的专家队伍，对机械液压系统故障进行专业和系统的检测，最终达到降低液压系统故障发生概率并提高故障修复效率的目的。

4.总结

煤矿采掘机是煤矿开采的重要设备，采掘机的正常运行对煤矿开采具有重要意义。而液压系统是煤矿采掘机的动力系统和控制系统，是煤矿采掘机的可靠运行基础。所以不仅要做好煤矿采掘机液压系统的故障查找和排查，也要做好煤矿采掘机液压系统的运行维护。故在液压系统常见故障分析的基础上，总结维护液压系统的措施，以期为煤矿采掘机液压系统的故障和维修提供参考。