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 100013)

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［1］。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［2］，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2012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400 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90%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［3］。采煤过程中，煤层中渗出H2S，SO2，NO2，CH4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，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，进入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入的［4］。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25μm 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O 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20～30 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入系统。调试工作少则15～20d，多则30d 以上。支架长时间的地面存放，风吹日晒，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［5］，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入手，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25μm，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25μm，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25μm 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25μm，主要作用是对进入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。

［1］李效甫.综采液压支架电液控制系统［J］.煤矿开采，2001，6 (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，1991，创刊号:55－58.

［3］周俊良.电镀技术在单体液压支柱上的应用［J］.煤矿开采，1995 (4):51－53.

［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，2009 (1):1－3.