趙佳祥

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048214）

0 引言

現(xiàn)如今，隨著我國(guó)煤炭需求量的不斷增加，進(jìn)而就使得大批的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備引入到煤礦井下的生產(chǎn)作業(yè)中[1]。而作為井下巷道掘進(jìn)的重要礦山機(jī)械設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)工作效率的高低將直接關(guān)乎到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)能力的大小。此外，伴隨著煤礦機(jī)械設(shè)備地不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新型控制方式、驅(qū)動(dòng)方式以及液壓系統(tǒng)引入到井下的掘進(jìn)設(shè)備中，在增加了煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，也帶來(lái)了設(shè)備維護(hù)以及檢修的困難性。存在于掘進(jìn)設(shè)備內(nèi)部的液壓系統(tǒng)，提高了井下掘進(jìn)機(jī)的整體工作動(dòng)力，然而同時(shí)也是最容易出現(xiàn)故障的部分。所以，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的液壓故障展開(kāi)研究以及處理就顯得格外重要。

1 掘進(jìn)機(jī)液壓故障及分析

考慮到井下作業(yè)環(huán)境的特殊性，掘進(jìn)機(jī)在這種惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作時(shí)，由于載荷大、沖擊力強(qiáng)等原因，會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，從而增加系統(tǒng)的故障率[2]。對(duì)于一個(gè)比較完整的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)，其具體結(jié)構(gòu)組成主要由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分和液壓油組成。具體液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。煤礦掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中常見(jiàn)的故障主要有以下幾類：液壓油溫度高、液壓油與空氣等雜質(zhì)混合、輔助部件故障。下面將對(duì)這些故障進(jìn)行逐一的分析探討。

圖1 液壓系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

1）液壓油溫度過(guò)高。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)正常工作時(shí)，其液壓系統(tǒng)中的液壓油溫度一般情況下不超過(guò)60 ℃，一旦達(dá)到了這個(gè)溫度或者超過(guò)了60 ℃，那么會(huì)對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)帶來(lái)不良的后果，具體表現(xiàn)為掘進(jìn)機(jī)的油缸不進(jìn)行任何動(dòng)作或者動(dòng)作進(jìn)行的相對(duì)遲緩，以及液壓系統(tǒng)的密封程度加速老化，導(dǎo)致其密封性能大幅降低。這主要是因?yàn)殡S著液壓油溫度地進(jìn)一步升高，流經(jīng)節(jié)流孔或閥芯的液壓油流量將增加，這將導(dǎo)致正常工作部件的動(dòng)作速度變慢。導(dǎo)致液壓油油溫高的主要因素有液壓系統(tǒng)的不合理設(shè)計(jì)；在駕駛掘進(jìn)機(jī)的過(guò)程中出現(xiàn)了不正當(dāng)?shù)牟僮?。因此，要?duì)設(shè)備進(jìn)行定期的檢查，以保障液壓油有著足夠的冷卻循環(huán)條件。此外，還要對(duì)液壓設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧?，避免污垢附著在設(shè)備表面，不利于散熱。

2）液壓油中混入雜質(zhì)。存在于液壓系統(tǒng)內(nèi)部的種種元件之間都可以很好的相互配合，精密的質(zhì)地使得部件間存在的縫隙相對(duì)較小。此外，元件中還有一個(gè)多孔控制閥。如果液壓油中混入雜質(zhì)，雜質(zhì)可能會(huì)流入間隙，導(dǎo)致原始光滑元件表面磨損。在降低精度的同時(shí)，它也可能堵塞元件，使其失效。此外，液壓系統(tǒng)傳動(dòng)部件的密封圈和密封件一般由橡膠制成，在高溫高壓下極易脆化，產(chǎn)生顆粒狀雜質(zhì)。所以要對(duì)液壓油以及傳動(dòng)裝置的密封口定期進(jìn)行檢查，防止由于液壓油中混入了雜質(zhì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作失靈。

3）輔助元件的故障及分析。對(duì)于液壓系統(tǒng)，輔助部件的故障主要是溢流閥壓力過(guò)高、過(guò)低或直接損壞；方向閥泄漏或操作失敗。當(dāng)安全閥壓力過(guò)高或損壞時(shí)，設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)降低，速度會(huì)減慢；但是，當(dāng)溢流閥壓力過(guò)低時(shí)，會(huì)進(jìn)一步增加液壓泵的輸出壓力，增加液壓泵的負(fù)載，導(dǎo)致異響或溫升。因此，可以通過(guò)檢測(cè)壓力來(lái)調(diào)整溢流閥的壓力值，使其穩(wěn)定在正常大小。

2 液壓故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建

在分析完煤礦掘進(jìn)機(jī)的液壓故障后，為了進(jìn)一步降低設(shè)備的故障率，以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一套科學(xué)合理的專家故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種有著豐富專業(yè)知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠模擬專家的思維角度來(lái)對(duì)煤礦機(jī)械領(lǐng)域的專門問(wèn)題進(jìn)行處理解決，根據(jù)專家的思維角度來(lái)展開(kāi)具體的邏輯推理過(guò)程[3]。將專家故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用到井下掘進(jìn)設(shè)備的故障診斷中，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)設(shè)備的故障做出判斷，這也就避免了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的水平制約以及人為檢修效率低等缺陷，進(jìn)一步增加了設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性及效率。

如圖2 所示，是專家故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互界面、學(xué)習(xí)機(jī)、知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)和解釋界面。此次設(shè)計(jì)的專家故障診斷系統(tǒng)，在井下掘進(jìn)設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，預(yù)先布置好各種傳感器，如溫度、壓力傳感器等等，隨著掘進(jìn)機(jī)在井下的工作持續(xù)進(jìn)行，實(shí)時(shí)采集掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓油溫度或者輔助元件中關(guān)鍵閥門的壓力值大小，這是一個(gè)知識(shí)獲取的過(guò)程，并將獲取后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到知識(shí)庫(kù)中。等待數(shù)據(jù)采集完畢，結(jié)合綜合數(shù)據(jù)庫(kù)一同傳輸?shù)酵评頇C(jī)中對(duì)收集到的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)判，并將最終的評(píng)判結(jié)果經(jīng)由解釋接口傳達(dá)到人機(jī)交互界面，以便地面的相關(guān)技術(shù)人員可以及時(shí)接收到設(shè)備的具體故障信息，做出相應(yīng)的維修工作，最小限度的控制故障所產(chǎn)生的后果，從而間接增加了井下掘進(jìn)設(shè)備的工作效率以及煤礦企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度。此外，專家故障診斷系統(tǒng)還可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際工作生產(chǎn)需求，以人機(jī)對(duì)話的形式對(duì)獲取的知識(shí)展開(kāi)建立、增加或者糾正相關(guān)操作。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)的可行性，還需要進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步探究。

圖2 專家故障診斷系統(tǒng)

3 故障診斷系統(tǒng)的工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 系統(tǒng)的安裝以及部署情況

為了測(cè)試專家故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，在山西某礦進(jìn)行了專家故障診斷系統(tǒng)的布置，并開(kāi)展了相應(yīng)的井下工業(yè)性試驗(yàn)研究。如圖3 所示，為各種傳感器的布置情況，同時(shí)在井下的巷道監(jiān)控中心以及地面的集控中心進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)合布置。主要的工作情況如下：經(jīng)由綜合接入裝置，將多種傳感器設(shè)備（如溫度傳感器、電流傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等）接入到集控平臺(tái)上，通過(guò)集控平臺(tái)來(lái)實(shí)時(shí)獲取故障診斷系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 各種傳感器的布置示意圖

針對(duì)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的不同位置，其布置的傳感器類型也不同。為了防止液壓油的溫度過(guò)高，在油缸附近布置溫度傳感器來(lái)采集油溫的大??；通過(guò)在液壓油的出口處設(shè)置流量傳感器，可以準(zhǔn)確了解液壓油的流量大小，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓油中是否摻入了雜質(zhì)降低了流量；而對(duì)于輔助元件的故障則主要通過(guò)壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體為檢測(cè)并控制溢流閥壓力值的大小。

3.2 井下工業(yè)性試驗(yàn)效果

經(jīng)歷了好幾個(gè)月的井下試驗(yàn)，故障診斷系統(tǒng)可以說(shuō)在該礦得到了成功的實(shí)踐。該礦掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)原始的故障定位時(shí)間為2 h，在采用了故障診斷系統(tǒng)后，其時(shí)間縮短到了2 min。通過(guò)知識(shí)庫(kù)可以精準(zhǔn)定位故障類型，并迅速鎖定故障位置，給設(shè)備的檢修贏得了時(shí)間，如表1 所示，為液壓系統(tǒng)故障的處置時(shí)間。

表1 液壓系統(tǒng)故障的處置時(shí)間

通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)還可以看出，系統(tǒng)的有效故障報(bào)警率達(dá)到98%以上，準(zhǔn)確率超過(guò)99%，知識(shí)庫(kù)分析故障原因的準(zhǔn)確率超過(guò)94%，大大降低了掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的故障率。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦機(jī)械化程度地不斷普及，在增加企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，也增加了設(shè)備自身的故障概率。本文以掘進(jìn)機(jī)為例，分析了其主要的液壓系統(tǒng)故障類型及成因，同時(shí)為了進(jìn)一步降低掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的故障率，又構(gòu)建了一套液壓故障診斷系統(tǒng)。最后，為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的可行性，展開(kāi)了工業(yè)性試驗(yàn)，其結(jié)果表明故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，極大程度地降低了設(shè)備的故障率，提升了井下的生產(chǎn)效率。