液压支架泄漏故障诊断机理及应用 本文关键词：机理，支架，泄漏，液压，故障诊断
液压支架泄漏故障诊断机理及应用 本文简介：摘要：利用高频声波传感器和高灵敏度压电加速度传感器来检测信号特性以及实现液压支架故障检测和准确定位的检测原理，研制成功了一款YHX型泄漏故障诊断仪并确定其诊断判据。在沁和能源集团永安煤矿3802综采面现场实践表明，该仪器能够适应煤矿现场的复杂生产条件，可以对支架液压系统泄漏故障实现快速、准确、直观的
液压支架泄漏故障诊断机理及应用 本文内容：
摘要：利用高频声波传感器和高灵敏度压电加速度传感器来检测信号特性以及实现液压支架故障检测和准确定位的检测原理，研制成功了一款YHX型泄漏故障诊断仪并确定其诊断判据。在沁和能源集团永安煤矿3802综采面现场实践表明，该仪器能够适应煤矿现场的复杂生产条件，可以对支架液压系统泄漏故障实现快速、准确、直观的诊断，并能够及时进行修复，促进综采面安全高效开采。
关键词：泄漏故障；高频振动；故障检测；高产高效
作为综采面“三机”配套设备之一且占整套综采设备总重80%、成本60%以上的液压支架，在综合机械化生产过程中占有极其重要的地位，保障其运行的稳定与可靠，成为提高综采面开机率和促进安全高效生产的重要途径之一。液压支架的实际质量取决于液压系统失效和机械构件损坏的情况[1]。在液压支架监测技术方面，一些矿井加大装备的投资，实时在线监控系统对综采面的部分支架进行监测，及时采集反馈支架液压的信息。一方面，实时在线监测系统要实现对每台支架的监测，其投资将会急剧增加，且因井下环境恶劣复杂的压力监测仪器易失效[2]；另一方面，由于液压系统故障的隐蔽性，即使该系统监测到支架故障，也不能立即有效准确地检测到支架发生故障的具体位置。因此，研制一台适用于井下综采支架并能迅速准确地确定液压支架故障位置的便携式微震故障诊断仪十分必要，既能大幅减少投资，又能促进高产高效的生产。
1液压支架故障诊断原理
支架液压系统故障形式千差万别，从液压系统故障的实践结果来看，支架液压系统90%以上的故障是泄漏故障。液压系统中高压乳化液泄漏必然产生高频振动和频率较宽的噪声信号，且容易受环境噪声干扰，因此，选定高频振动和噪声信号作为泄漏故障诊断指标。一方面利用高频声波传感器对普通环境噪声不敏感的特点，用其检测高压液体通过小孔、狭缝时利用空气传播所发出的高频声波；另一方面，采用高灵敏度压电加速度传感器来检测高压液体因射流摩擦在泄漏缝隙处产生的振动和噪声信号[3]，从而找出泄漏位置。实验室采用CF-250动态信号分析仪对液压系统泄漏前后进行振动信号测试。经过测试得到电压信号检测图（如图1所示）。
2支架液压系统故障诊断仪及诊断判据
在上述分析基础上，根据井下综采面支架液压系统泄漏故障查找和检测的需要，研制成了YHX型矿用本安型泄漏故障诊断仪。该泄漏故障诊断仪采用电子量测技术及振动和超声传感技术，用IC电路和晶体管组装生产，其优点是体积小、质量轻、操作简便、抗干扰能力强[4]。一台YHX型泄漏故障诊断仪可快速、准确、直观地诊断全综采面每架支架液压系统有无泄漏故障，确定故障位置并定量显示故障严重程度，进而实现支架故障及时维修和支护质量保持合理。YHX型泄漏故障诊断仪的有效检测距离大于80cm，频率范围为10~40kHz，其泄漏故障诊断判据为：Z≤25时无故障；25<Z≤250时为轻微泄漏故障；250<Z≤750时为明显泄漏故障；750<Z≤1500时为严重泄漏故障；Z>1500时为极严重泄漏故障（Z为泄漏噪声信号当量强度值）。
3支架故障诊断的现场应用
根据液压支架故障诊断原理与泄漏信号接受机检测原理，成功研制了支架液压泄漏检测仪，并在永安煤矿3802综采工作面进行支架故障诊断的现场试验。该工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤法、全部垮落法处理采空区，工作面支架型号为ZY3200/14/32，支架长时间没有维修，基本上处于耗损故障期，故障率高[5]。因此，在生产过程中，只有进行了支架液压系统故障位置精确诊断和及时维修，才能延长其使用寿命，促进工作面的安全生产水平。3802综采面共有71组液压支架，一个循环的诊断结果为：1）从支架液压故障的表现形式来看，3802工作面有故障的支架42架，故障率为59%，共检测出53处故障，其中操纵阀故障15处，立柱和千斤顶故障12处，单向阀故障20处，其他元器件等损坏6处。2）从支架液压故障的表现形式来看，“外”部泄漏故障25处，占总故障的47.2%，“内”部窜液故障为28处，占总故障的52.8%。其故障分布类型如图2所示。上述诊断结果表明：3802综采面液压支架的故障率较高，究其原因，一方面是支架本身较旧，各个部位元器件逐渐进人耗损故障期；另一方面是现场采用的常规检测方法，只能发现宏观的、较明显的故障，使得许多轻微故障未能得到及时维修、元器件未能及时更换而逐渐转化为严重故障。在永安煤矿3802综采面实施支架故障诊断技术后，煤矿人员及时维修。在一个月后进行再次检测，检测结果显示（如图2）：支架故障总比例由59%下降到26%，总故障率下降了33%；未检测出严重故障，中等故障由原来的21处下降为10处，轻微故障由原来的21处下降为8处。现场实践表明，YHX型矿用隔爆本安型泄漏故障检测仪在井下工作状况良好，且在检测中未发生漏报或误判现象，使得采面内支架质量、支护性能和支护效果大为改善，为促进综采面的安全高效生产发挥了重要作用。
4结论
1）泄漏故障诊断原理是利用高频声波传感器和高灵敏度压电加速度传感器，来检测支架液压系统中高压乳化液泄漏产生的高频振动和频率较宽噪声信号，从而确定泄漏位置。2）实验室试验确定检测信号频率范围为3~19kHz，依据泄漏信号的衰减特征，计算得出信号信噪较大时的接收机表达式。3）永安煤矿3802综采支架故障诊断的现场实践表明：YHX型液压泄漏检测仪能够适应煤矿现场复杂生产条件，可快速、准确地对综采面全部支架进行泄漏检测，改善支架质量、支护性能及支护效果，促进综采面安全高效开采。
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]于乐.液压支架泄漏检测方法的分析应用[J].机电工程技术，2018，47（10）：43-44；137.
[3]于乐.煤矿液压支架泄漏故障检测与维护技术[J].机电工程技术，2018，47（9）：180-181.
[4]何富连，杨绿刚，谢生荣，等.复杂地质条件下综采面安全高效开采关键技术[J].采矿与安全工程学报，2013，30（2）：218-222；242.
[5]何富连，瞿群迪，白胜民，等.综采液压支架故障及其诊断技术研究[J].矿山压力与顶板管理，1997（S1）：58-61；233.
作者：李海明 单位：沁和能源集团有限公司永安煤矿
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