液压支架电液控制系统故障诊断分析研究_申丹.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月液压支架是煤矿开采的关键设备，而液压支架电液控制系统作为一种全新的液压支架控制手段，替代了传统的人工手动控制，使液压支架实现了自动化，进而实现了煤矿井下综合机械化开采。目前，液压支架电液控制系统在中国综采工作面已得到了广泛的应用，实现了液压支架的自动化，同时降低了工作人员的工作强度，提高了煤矿开采的质量和效率，确保了煤矿开采的顺利进行。液压支架电液控制系统结构复杂，包含各种元件，数量众多，因此出现故障的概率也比较高。同时井下工作环境比较恶劣，复杂多变，而当前控制系统故障诊断功能还不够成熟，一旦在使用过程中出现故障，就需要维修人员逐一排查，并且有些故障点不能被及时且准确地定位到，进而导致液压支架电液控制系统达不到预期效果，不利于安全生产。因此分析液压支架电液系统故障并制定相应的防治措施，对于实现安全生产有重大意义。1液压支架电液控制系统概述1.1液压支架电液控制系统的组成一般情况下，液压支架电液控制系统的组成包含控制计算机、传感器、电源电缆、连接器、传感器等元件，其整体结构如图1所示。1.2液压支架电液控制系统基本工作原理为了更好地应对液压支架电液控制系统故障，首先必须掌握其工作原理以及各个关键环节需要注意的地方，同时还需要了解在使用、维修等过程中可能出现的问题，制定相应的应对措施，这样才能更好地对故障进行相应的防范。液压支架电液控制系统工作原理如图2所示。液压支架电液控制系统主要是将传统的人工操作转为采用计算机程序来操作，安设的各类传感器，如行程传感器、压力传感器、红外传感器等是获取信息的重要支撑，这些传感器用于对工作面回采过程中的一系列参数进行收集，如支架参数、生产参数、地质参数等。然后将收集到的各种参数进行上传，并通过通信线路以及接收器传输至控制中心，即中央处理器（C e n tra l收稿日期：2022-10-08作者简介：申丹，1991年生，女，河北唐县人，助理工程师，主要从事液压支架密封圈检验工作。液压支架电液控制系统故障诊断分析研究申丹（晋能控股装备制造集团大同泰宝密封有限公司，山西 大同0 3 7 3 0 5）摘要：针对液压支架电液控制系统在使用过程中故障排除难度大、不易维护等问题，简单地介绍了液压支架电液控制系统组成及工作原理，并分析了液压支架电液控制系统故障发生的常见原因，进一步提出提升液压支架电液控制系统运行有效性的措施，以保障液压支架能够在实际工作中有效发挥功能，提供安全、稳定的生产环境。关键词：液压支架；电液控制系统；故障诊断；液压系统；电气系统中图分类号：T D 3 5 5+.4文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 1 6 4-0 3Fault Diagnosis and Analysis of Hydraulic Support Electro-hydraulic Control SystemSHEN Dan(Datong Taibao Sealing Co.,Ltd.,Jinneng Holding Equipment Manufacturing Group,Datong 037305,Shanxi,China)Abstract:In view of the difficulty in troubleshooting and maintenance of the electro-hydraulic control system of hydraulic supportin the process of use,this paper briefly introduced the composition and working principle of the electro-hydraulic control systemof hydraulic support,and analyzed the common reasons of the failure of the electro-hydraulic control system,and further proposedthe measures to improve the operation effectiveness of the electro-hydraulic control system of hydraulic support,to ensure that thehydraulic support can effectively play the function in the actual work,providing a safe and stable production environment.Key words:hydraulic support;electro-hydraulic control system;fault diagnosis;hydraulic system;electrical system（总第2 1 0期）技术研究图 1 液压支架电液控制系统整体结构示意图工作面交流电源线总线提升器总线提升器网络终端器双路电源箱支架控制器隔离耦合器电磁阀驱动器传感器1 6 4 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0032 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月P ro c e s s in gU n it，C P U），对参数进行数据处理，最后通过数据库分析后进行判断并生成指令，进而使得液压支架处于自动控制下。CAN.控制器局域网络；A/D.模拟/数字转换器；CPU.中央处理器。图 2 液压支架电液控制系统基本工作原理图1.3液压支架电液控制系统的优势液压支架电液控制系统能够实现液压支架的自动化。与传统的人工操作手段相比，液压支架电液控制系统有以下几大优势。a)电液控制系统结合了各种技术，提升了对液压支架的控制效率，并且根据调查可知，电液控制系统的使用使采煤效率普遍提升了3 0%左右。b)电液控制系统的运用使液压支架的功能进一步提升，不仅提高了煤炭开采的质量和速度，还实现了在回采工作中各项资源的合理分配。c)通常情况下，传统的液压支架控制系统一旦出现故障，在很大程度上会出现设备停止的现象，进而导致各个工作环节不能顺利衔接。而运用了电液控制系统的液压支架可避免这种情况的发生，一般可利用一台主控机来做备用控制终端，进而起到有效的缓冲作用。2液压支架电液控制系统故障原因液压支架电液控制系统出现故障的原因有很多，如环境污染、电气干扰、液压系统、地质条件、传感器安装不当等。其中，最常见的故障是液压系统故障和电气系统故障。图3为液压支架电液控制系统故障原因图1。2.1液压系统故障液压支架电液控制系统故障中最常见的是液压系统故障，这一故障也是导致支架失去支护作用的主要原因。通常情况下，当液压系统供液压力未达到额定值或者供液管路流量不够、发生泄漏等时，都会造成液压系统的供液流量比较小，进而导致支架动作失常，变得缓慢甚至不能动作，造成操作失灵，支护的作用难以发挥，支护效果大打折扣。当液压支架的各种电磁阀组发生损坏或者出现故障时，液压支架非常容易出现外漏、内泄等故障，特别是内泄故障，会造成电液控制系统的故障诊断、定位等难度增大，不能对信息进行有效的传递，甚至会造成一系列的连锁反应，存在极大的安全隐患2。当液压支架出现安全阀故障时，会使得油缸内部达不到额定值就已开启，此时的异常启动会导致压力不足、支架油缸无法正常伸缩，进而导致液压支架控制失灵。图 3 液压支架电液控制系统故障原因图2.2电气系统故障与液压系统故障一样，电气系统故障的发生也是比较频繁的，而且排查的难度较大。通常情况下，在总线通信过程中各类失效情况是最容易发生的，发生失效情况的先后顺序为总线通信、架间线路、操作键盘、其他各类传感器。总线通信故障包括由于电缆传输造成的故障或者因一些外力因素导致电缆及设备受损而造成的故障，由于数据过流或者受到电磁干扰而造成的线路故障；架间线路故障包括架间通信电缆故障，设备、电缆因损坏或者受到电磁波干扰造成的故障等；操作键盘故障包括键盘因受潮、物理损坏、受电磁波干扰等造成的故障；各类传感器故障包括因受潮或者灵敏度的调整等导致传感器监测信息精确度下降等故障3-4。2.3其他故障原因a)技术与维护管理不达标。与传统的液压支架手动控制相比，电液控制是较为综合的一门科学技术，因此对工作人员的技术水平有更高的要求，但是由于在实际生产过程中依旧采用较为传统的管理体系，相关工作人员的技术达不到液压支架电液控制系统的要电磁铁左邻架通信电源CPU压力传感器行程传感器倾角传感器红外传感器CAN/RS 485A/D 采样电路CAN/RS 232CAN/RS 485人机交互电路程序存储器CAN/RS 485数据存储器电磁驱动电路电源电路右邻架通信电气环境：通信故障，程序丢失恶劣环境：电路失效，连接器断裂大功率电动机产生空间场干扰高温、高湿、粉尘、水冲电网电压波动，供电电压跌落静电干扰放炮崩、改锥捅底板松软连接器被拉断电磁铁吸力减小，打不开先导阀水质、皂化：液压阀堵塞液压系统：流量压力不足，不动作地质条件：降架慢、移架困难顶板破碎，矿压显性流压阀锈蚀大倾角总线通信申 丹：液压支架电液控制系统故障诊断分析研究1 6 5 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月求。在实际生产过程中，很多操作会由于一些客观因素出现误差，例如煤层倾角变大导致支架歪斜、顶板破碎导致支架不接顶等情况，都存在很大的安全隐患，此时就需要相关技术人员和管理人员进行人工干预，适当调整操控的方式以及根据现场的实际情况进行合理调整。但是由于依旧采用的是传统的管理体系，并未对相关工作人员开展专业的技术培训，导致在实际过程中存在很多操作不当的现象，这些行为都极大地增加了电液控制系统发生故障的频率。b)环境污染。由于实际开采环境比较恶劣，如各种砸击、温度过高、现场潮湿等使得电液控制系统因受潮而频繁出现电路漏电、短路等故障，使得电液控制系统的功能无法施展。出现这些情况的主要原因是没有对壳体采取合理的防护措施，导致壳体受损。3提升液压支架电液控制系统运行有效性的措施3.1选择适宜的工作介质在运用液压支架电液控制系统时，在整个控制系统以及支架工作的介质选用方面，必须严格按照国家行业标准进行，尽最大可能将失效概率降到最低。在选择介质时要注意以下几点。a)选用专用的润滑油来对支架进行润滑。b)在水质的选择上，要尽量选择清澈无悬浮杂质且无任何异味的水质。c)必须对所选水质进行硬度检测，如果所选水质硬度较大，应设置专门的水质软化装置。同时为了使配制的乳化液符合标准比例，还应检测浓缩液和乳化油的相容性5。3.2科学合理地布置电气设备为了确保井下液压支架电液控制系统的各项功能都能够有效发挥，相关工作人员需要对工作面的电气设备进行科学合理的布置，必须保证低压电气设备远离高压电气设备，使二者之间保持相对安全的距离。同时要选用屏蔽性能优良的电缆作为通信电缆，使得屏蔽效果达到最优，避免不同电气设备在运行时受到电磁的干扰。3.3增加滤波装置为了有效避免电源的电磁对支架控制器造成干扰，可增加滤波装置，将滤波装置安装在交流电源的输入端。通常情况下，此装置的安装能够有效减弱控制器受到的干扰，是液压支架电液控制系统能够正常发挥功能的重要保障6。3.4主动加强维护当前，在实际应用液压支架电液控制系统的过程中依旧采用传统的管理体系，并且通常是在发生故障后进行检修维护，比较被动。为了确保液压支架电液控制系统能够得到有效的维护，必须转变传统的管理体系，并且要将被动维护变为主动维护。相关工作人员应针对整个控制系统构建实时监控系统，以达到对工作的实时跟进，有利于及早发现存在的安全隐患并采取相应的预防措施，进而保障整个控制系统能够长期顺利地运行。与此同时，相关工作人员要定期检查、检测以及维护设备，进而实现设备使用周期的延长。3.5熟悉故障处理措施在实际应用过程中，液压支架电液控制系统可能会出现各种各样的故障，需要进行诊断，最为常见的为电液控制系统通信故障诊断和液压支架故障诊断。通信系统是液压支架电液控制系统的基础，一旦出现故障失效，将会导致整个控制系统瘫痪，无法正常工作。出现此故障后，首先必须及时对线路进行监测并上报，具体操作如下：将通信监测指令在通信收发回路中反复进行发送，将收集的故障数据信息与数据库信息进行对比，进行故障信号判别，并汇总上报情况。在诊断液压支架执行动作及完成指令时，要及时对电磁阀执行指令情况以及对管路等故障情况进行监测，并发出故障警报，进行及时处理。当传感器在工作中出现故障时，要及时对传感器的各个环节进行监测，如信号的接收、传输、反馈等，并且根据监测分析及时对故障进行维修2，7。4结语液压支架电液控制系统是一种新型的控制技术，对煤矿实际生产中安全、稳定性等方面起着至关重要的作用。但是液压支架电液控制系统结构比较复杂，要想确保系统在使用中能够有效地发挥功能，必须及时消除存在的故障隐患，加强对设备的定期维护和管理，延长其使用周期，避免因日常工作的疏忽或者操作不当等对设备造成损坏，甚至造成更大的损失。参考文献：1 张雪梅.基于大数据的液压支架电液控制系统故障诊断 J.工矿自动化，2018，44(12)：34-38.2 郑沁楠.液压支架电液控制系统故障快速诊断 J.能源与节能，2020(4)：72-73.3 李志翔.液压支架电液控制系统故障诊断与处置 J.机械管理开发，2022，37(7)：172-174.4 史洪泉.液压支架电液控制系统故障快速诊断技术 J.自动化应用，2019(4)：33-34.5 王朋伟.液压支架电液控制系统故障分析 J.能源与节能，2016(11)：140-141.6 辛亮.液压支架电液控制系统故障分析及维修技术的应用 J.内蒙古石油化工，2021，47(10)：78-81.7 王书明，牛剑峰.液压支架电液控制系统故障诊断技术研究 J.煤炭科学技术，2018，46(2)：225-231.（编辑：刘晓芳）1 6 6