周俊良

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

電液控制系統(tǒng)是液壓支架控制方式之一。電液控制系統(tǒng)技術(shù)的核心是，通過(guò)電液閥將人工控制操作變?yōu)橛捎?jì)算機(jī)程序控制的電子信號(hào)操作［1］?？梢允挂簤褐Ъ艿幕緞?dòng)作自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行，還可使成組支架實(shí)現(xiàn)依次順序動(dòng)作，大大加快了支護(hù)的速度和效率［2］，進(jìn)而改善了液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。截止到2012年底，全國(guó)煤礦綜采工作面液壓支架配套使用電液控制系統(tǒng)已經(jīng)有400 多套。目前，液壓支架電液控制系統(tǒng)已成為我國(guó)煤礦高產(chǎn)高效的技術(shù)裝備，是衡量液壓支架控制先進(jìn)性的重要標(biāo)志。

液壓支架電液控制系統(tǒng)由電子控制和液壓控制兩部分組成。在選擇與應(yīng)用電液控制系統(tǒng)時(shí)，要考慮兩方面的因素，一是系統(tǒng)的功能應(yīng)該滿足液壓支架動(dòng)作的要求，二是系統(tǒng)要適應(yīng)液壓支架的使用環(huán)境，這兩條缺一不可。對(duì)于液壓支架電液控制系統(tǒng)而言，后一條更為重要。

隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的用量不斷擴(kuò)大，綜采工作面的工作環(huán)境，對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的工作性能和可靠性的影響逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此，分析液壓支架電液控制系統(tǒng)問(wèn)題形成的原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，保證液壓支架電液控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高其工作可靠性具有很大的意義。

1 液壓支架使用環(huán)境的特殊性

液壓支架在煤礦井下的使用環(huán)境是比較惡劣的，具有陰暗、潮濕、空氣相對(duì)濕度高，風(fēng)大和富氧等特點(diǎn)。煤礦井下空氣的相對(duì)濕度常年在90%以上，接近或達(dá)到了飽和狀態(tài)。另外，井下都有不同程度的淋水，水質(zhì)也各有不同，大部分為堿性，也有酸性水［3］。采煤過(guò)程中，煤層中滲出H2S，SO2，NO2，CH4等有害氣體，同時(shí)產(chǎn)生大量粉塵，并附著在支架液壓系統(tǒng)的液壓閥件上，對(duì)金屬表面形成電化學(xué)的腐蝕。此外，煤礦綜采工作面有很多的電磁干擾源，比如供電系統(tǒng)中的開關(guān)設(shè)備，采煤機(jī)械的大功率變流、變頻裝置，都是電磁干擾源。設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生電磁波，使得綜采工作面的空間充滿電磁干擾。這些環(huán)境因素都會(huì)給液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用，產(chǎn)生非常不利的影響。

2 泵站供液系統(tǒng)污染的影響

液壓支架供液泵站安置在采煤工作面回風(fēng)巷中，從泵站出來(lái)的乳化液通過(guò)管路給液壓支架供液。采煤作業(yè)時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)不斷向工作面送風(fēng)，且風(fēng)速較大。在井下空氣中含有大量的粉塵和顆粒，被風(fēng)吹進(jìn)密封不嚴(yán)的乳化液箱，污染乳化液，由此通過(guò)液壓系統(tǒng)，進(jìn)入到支架的各種液壓閥件、立柱與千斤頂各類油缸相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面，加劇了密封件磨損，影響其使用壽命。另外，從泵站到工作面支架管路長(zhǎng)，接頭接口多，這些接頭接點(diǎn)隨時(shí)可能受到機(jī)械損傷或脫落，很難保證無(wú)一漏液發(fā)生。漏液給液壓系統(tǒng)帶來(lái)一定流量損失，液體壓力上不去，因而使液壓支架動(dòng)作緩慢，移架速度有所下降。實(shí)際上，液壓系統(tǒng)污染嚴(yán)重時(shí)，液壓元件故障多，備件消耗大，難以保證液壓支架正常工作。

3 采煤生產(chǎn)設(shè)備電磁輻射的影響

煤礦綜采工作面要安裝電源設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備，諸如泵站、液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)、井下通信設(shè)備等。這些設(shè)備的開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使采煤工作面充滿了電磁輻射和電場(chǎng)輻射的干擾信號(hào)。特別是大功率采煤機(jī)頻繁啟動(dòng)關(guān)停，產(chǎn)生電壓波動(dòng)，傳遞到直流電源，使系統(tǒng)通信信號(hào)遇到干擾。電源是干擾的耦合路徑，系統(tǒng)中許多干擾是從電源引入的［4］。來(lái)自電源線的干擾，使敏感的電氣元件性能下降或發(fā)生故障，這對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的作用是極其不利的。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的影響

4.1 支架控制器

支架控制器是一個(gè)高度集成化的微小型煤礦專用控制計(jì)算機(jī)，其接收操作人員或系統(tǒng)的自動(dòng)化控制指令，根據(jù)傳感器采集到的支架狀態(tài)信息和已經(jīng)設(shè)計(jì)好的自動(dòng)化控制程序控制目標(biāo)支架的液壓油缸的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)降架、拉架、升架、推溜等操作。這是控制器正常工作狀態(tài)下，液壓支架通過(guò)接收控制器的指令，按照動(dòng)作程序依次順序所實(shí)施的必然結(jié)果。一旦控制器淋水受潮，指令按鍵就會(huì)失效。控制器出故障后，其硬件軟件無(wú)法驅(qū)動(dòng)電液控?fù)Q向閥，液壓支架也就不能完成所有動(dòng)作。通信系統(tǒng)也會(huì)中斷，使信號(hào)消失，無(wú)法保持正常通迅。

4.2 電液控?fù)Q向閥

電液控?fù)Q向閥由電磁先導(dǎo)閥和液壓主控閥組成，是液壓支架電液控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件。通俗講，電液控?fù)Q向閥是液壓支架實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作的總開關(guān)，串接在泵站供液系統(tǒng)與液壓支架本身的液壓系統(tǒng)中，不管系統(tǒng)進(jìn)液還是回液都要流經(jīng)其間。電液控?fù)Q向閥對(duì)液壓介質(zhì)有特殊的要求，液壓介質(zhì)必須經(jīng)25μm 高精度過(guò)濾器過(guò)濾后，才可以進(jìn)入電液控?fù)Q向閥組使用。采煤工作面的粉塵及煤塵與噴霧出來(lái)的水相溶合，所產(chǎn)生的沾污物附在閥體上經(jīng)滲透，使電磁先導(dǎo)閥端面處O 形圈失效，導(dǎo)至電磁先導(dǎo)閥與主控閥連接處漏液;從泵站流過(guò)來(lái)的不潔乳化液，分別進(jìn)入電磁先導(dǎo)閥和主控閥，造成電液控?fù)Q向閥整體被污染而引發(fā)故障。諸如:

(1)電磁先導(dǎo)閥易出問(wèn)題，無(wú)法正常動(dòng)作。電磁閥頂桿發(fā)生彎曲，動(dòng)作復(fù)位慢，嚴(yán)重的不動(dòng)作，電磁先導(dǎo)閥損壞。

(2)乳化液中的顆粒等雜質(zhì)進(jìn)入主控閥內(nèi)腔，污染主控閥閥芯。主控閥不動(dòng)作時(shí)有嘶嘶聲，閥芯密封件損壞，發(fā)生串液，支架動(dòng)作緩慢。

(3)污物過(guò)多，使主閥過(guò)濾器易堵塞或損壞。污染還使閥芯腐蝕生銹，無(wú)法正常拆卸或更換受損的閥芯零件。

5 系統(tǒng)安裝運(yùn)輸和調(diào)試過(guò)程中的影響

電液控制系統(tǒng)的集成是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。其特點(diǎn)是組成系統(tǒng)的所有部件產(chǎn)品都是給液壓支架配套用的，系統(tǒng)部件產(chǎn)品自然也就與支架生產(chǎn)制造、支架交貨運(yùn)輸和調(diào)試相關(guān)。電液控制系統(tǒng)，要隨液壓支架運(yùn)送到最終的用戶——煤礦。因此，確定了系統(tǒng)的安裝分別在液壓支架制造廠和煤礦井下工作面進(jìn)行。這一特殊性，使得系統(tǒng)的調(diào)試也分為樣架安裝調(diào)試和液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)三機(jī)聯(lián)接調(diào)試，即三機(jī)聯(lián)調(diào)。一般情況下，液壓支架出廠驗(yàn)收，樣架調(diào)試是必須的。而三機(jī)聯(lián)調(diào)，根據(jù)用戶的要求通常都是液壓支架出廠運(yùn)到煤礦后，在煤礦露天的場(chǎng)地進(jìn)行。聯(lián)調(diào)成功以后，進(jìn)行全工作面綜采設(shè)備的安裝。此時(shí)，電液控制系統(tǒng)的電控件在井下要往支架上安裝。值得注意的是，在支架從制造廠運(yùn)到煤礦之前，電液控制系統(tǒng)的液壓件已經(jīng)安裝到液壓支架上，并且與各種規(guī)格的液壓膠管連接，同時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。盡管如此，液壓閥件的安裝、運(yùn)輸和調(diào)試的過(guò)程中仍避免不了進(jìn)入臟物，成為事故隱患。

5.1 電液控?fù)Q向閥的安裝

在液壓支架制造廠，要把電液控?fù)Q向閥安置在液壓支架上，是電液控制系統(tǒng)部件安裝的重要環(huán)節(jié)。在支架組裝車間里，電液控?fù)Q向閥安裝是開放式的，也就是說(shuō)，為了便于與液壓支架液壓系統(tǒng)的膠管連接，閥的各個(gè)進(jìn)回液口要把防塵堵頭取下來(lái)敞開著，如果液壓膠管安裝不及時(shí)，這樣給空氣中的粉塵進(jìn)入創(chuàng)造條件。如果泵站提供的乳化液清潔度低，在支架調(diào)試中也會(huì)帶來(lái)污染物。再有電液控?fù)Q向閥出了問(wèn)題，維修拆裝時(shí)，沒有清洗干凈，殘留了一些污染物等。不難想象電液控?fù)Q向閥安裝出現(xiàn)的問(wèn)題，不單是電液控?fù)Q向閥本身的事，而且要涉及支架的液壓系統(tǒng)。進(jìn)一步講，就是液壓支架的各種油缸、輔助液壓閥、膠管等內(nèi)部都受到不同程度的污染。將伴隨著液壓支架到煤礦井下，對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)帶來(lái)的潛在危害是不言而喻的。

5.2 電液控制系統(tǒng)的運(yùn)輸

電液控制系統(tǒng)的運(yùn)輸，除電控件直接由電液控制系統(tǒng)制造商發(fā)往煤礦外，電液控制系統(tǒng)的液控件已全部裝在液壓支架上成為一體。目前液壓支架的出廠運(yùn)輸方式大多數(shù)是用汽車運(yùn)輸，自重輕的可以整體裝車運(yùn)輸，自重大的要將其分解成若干個(gè)部件才能裝在車上運(yùn)輸。支架運(yùn)輸面臨著一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，就是支架沒有外包裝物，電液控?fù)Q向閥及所有液壓件也是沒有任何的防風(fēng)防雨措施加以保護(hù)，運(yùn)輸途中空氣中的顆粒及大自然的風(fēng)沙塵土，都會(huì)沉積在液壓支架各個(gè)部位，其中電液控?fù)Q向閥和液壓支架輔助閥受到污染必定無(wú)疑。支架在汽車運(yùn)輸途中，是沒有人員進(jìn)行管理維護(hù)的，丟失堵頭敞開的接口和丟失U 形卡松動(dòng)的膠管接頭與閥件接口縫隙，成了顆粒粉塵進(jìn)入的通道。

5.3 電液控制系統(tǒng)的調(diào)試

支架到煤礦后要進(jìn)行三機(jī)調(diào)試，才能逐架運(yùn)到井下安裝。地面聯(lián)調(diào)的準(zhǔn)備工作包括:支架的數(shù)量20～30 架不等，支架要與輸送機(jī)相連，輸送機(jī)的機(jī)頭裝上機(jī)頭架、電動(dòng)機(jī)、減速器等動(dòng)力裝置，機(jī)尾也要裝上回鏈用的動(dòng)力傳動(dòng)裝置;采煤機(jī)要在輸送機(jī)鏟煤板和銷軌上裝好;同時(shí)引入設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)需要的供電電源和泵站供液系統(tǒng)。一切準(zhǔn)備就緒后，方可調(diào)試。調(diào)試時(shí)支架要完成單架動(dòng)作，成組動(dòng)作和相應(yīng)的推溜移架。設(shè)備運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中有可能出現(xiàn)機(jī)械損傷和液壓系統(tǒng)故障，工作人員需要維修或更換零件，將液體隨意排放，清理不干凈，回裝零件時(shí)，有可能把地面上的臟物帶入系統(tǒng)。調(diào)試工作少則15～20d，多則30d 以上。支架長(zhǎng)時(shí)間的地面存放，風(fēng)吹日曬，甚至雨淋，造成液壓閥件銹蝕。

6 使用管理對(duì)電液控制系統(tǒng)的影響

液壓支架電液控制系統(tǒng)是綜合運(yùn)用了電子、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓和自動(dòng)控制等技術(shù)的機(jī)電一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)［5］，從技術(shù)含量上來(lái)說(shuō)，電液控制系統(tǒng)比液壓支架手動(dòng)液壓控制系統(tǒng)高得多，也復(fù)雜得多。由于液壓支架的控制系統(tǒng)增加了電源箱和多種電控部件，電源箱與各個(gè)電控件之間、電控件與電控件之間、電控件與液壓支架立柱和千斤頂?shù)葓?zhí)行元件之間，使用了各種規(guī)格長(zhǎng)度的電纜進(jìn)行連接。就這一變化而言，用以前傳統(tǒng)的使用管理方法來(lái)維護(hù)液壓支架顯然是不行的。加之電液控制系統(tǒng)對(duì)液壓介質(zhì)的潔凈性，穩(wěn)定性要求比較高。水質(zhì)硬度是否符合規(guī)定，乳化液配比是否合適，乳化液循環(huán)使用后污染程度監(jiān)測(cè)等，這些看似簡(jiǎn)單的事，不嚴(yán)格管理也會(huì)引發(fā)問(wèn)題。采煤作業(yè)時(shí)，支架要連續(xù)動(dòng)作運(yùn)行，容易擠壓或拉伸電纜，輕則造成電纜頭部的接插件損傷接觸不良，重則電纜損壞需要更換。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，加以維護(hù)處理，液壓支架電液控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮?？茖W(xué)地管理、使用和維護(hù)是液壓支架電液控制系統(tǒng)可靠性的根本保證。

7 提高液壓支架電液控制系統(tǒng)可靠性措施

7.1 選用合格的支架工作介質(zhì)

電液控制的支架對(duì)工作介質(zhì)要求高，必須嚴(yán)格執(zhí)行煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一要選擇液壓支架專用乳化油、濃縮液;二是選用的水質(zhì)外觀無(wú)色、無(wú)異味、無(wú)懸浮物和機(jī)械雜質(zhì);三是如果水的硬度超標(biāo)，需要加軟化裝置進(jìn)行軟化，還應(yīng)進(jìn)行乳化油、濃縮液與水相溶性測(cè)試。此外一定要用達(dá)標(biāo)的水與乳化油、濃縮液，按規(guī)定的比例配制乳化液。有了合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的工作介質(zhì)，才能減少液壓支架電液控制系統(tǒng)的故障。

7.2 循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)

工作介質(zhì)的污染，是支架電液控制系統(tǒng)工作不穩(wěn)定和產(chǎn)生故障的主要原因。控制工作介質(zhì)中的污染可從兩方面入手，一是防止污染物侵入泵站供液系統(tǒng)和支架液壓系統(tǒng)，二是把進(jìn)入系統(tǒng)的污染物清除出去。采用循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，是提高和保證液壓支架電液控制系統(tǒng)可靠性的方法之一。

(1) 進(jìn)水過(guò)濾站 進(jìn)水過(guò)濾站用于煤礦井下工作面，對(duì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的清水過(guò)濾，保證工作面用水清潔，保護(hù)液壓系統(tǒng)免受污染。

(2) 高壓過(guò)濾站 高壓過(guò)濾站用于液壓支架供液系統(tǒng)，作為泵站出口第1 級(jí)過(guò)濾。對(duì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的乳化液過(guò)濾，保證工作面液壓系統(tǒng)用乳化液的清潔，防止液壓體系統(tǒng)污染，保護(hù)支架用閥。高壓過(guò)濾站過(guò)濾精度25μm，是煤礦井下液壓支架供液系統(tǒng)的組成元件。大流量，高精度，濾芯可以多次反沖洗使用。

(3) 架間過(guò)濾器 架間過(guò)濾器是液壓支架液壓系統(tǒng)必須用的過(guò)濾元件，目前常用的可供煤礦選擇的有3 種:筒式過(guò)濾器，由濾芯和殼體組成，用來(lái)保持支架液壓系統(tǒng)中乳化液的清潔，防止供液系統(tǒng)中污染顆粒進(jìn)入液壓元件，保證元件及系統(tǒng)的正常運(yùn)行;手動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，由閥體、濾芯、操縱手把等組成。過(guò)濾能力強(qiáng)，其內(nèi)有兩組濾芯，通流面積大，過(guò)濾精度25μm，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手柄，實(shí)現(xiàn)反向沖洗過(guò)濾網(wǎng)，延長(zhǎng)過(guò)濾器濾芯的使用壽命;自動(dòng)反沖洗高壓過(guò)濾器，由閥體、閥芯、濾芯、電磁先導(dǎo)閥等組成。閥芯、濾芯采用插裝式結(jié)構(gòu)，電磁先導(dǎo)閥控制2 個(gè)兩位三通閥芯來(lái)實(shí)現(xiàn)2 套濾芯的過(guò)濾和反沖狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。過(guò)濾精度25μm 保證支架液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度，為液壓支架電液控制系統(tǒng)提供過(guò)濾后的液體。

(4) 主閥過(guò)濾器 安裝在主控閥閥體中的過(guò)濾器，過(guò)濾精度為25μm，主要作用是對(duì)進(jìn)入先導(dǎo)閥的工作介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，保證液體清潔。

(5) 回液過(guò)濾站 回液過(guò)濾站用于液壓支架液壓系統(tǒng)回液的過(guò)濾，是液壓支架過(guò)濾系統(tǒng)的組成元件。大流量，高精度，納污能力強(qiáng)，濾芯可以重復(fù)清洗使用。

7.3 電氣設(shè)備布局要合理

為了保證液壓支架電液控制系統(tǒng)的電控部件正常工作，必須做到:低壓設(shè)備盡可能遠(yuǎn)離高壓設(shè)備;布置通信電纜時(shí)盡可能離動(dòng)力電纜遠(yuǎn)點(diǎn);通信電纜要采用雙絞屏蔽電纜，而且屏蔽層接地。只有這樣才能減少電磁與電場(chǎng)干擾。

7.4 安裝濾波器

在交流電源輸入側(cè)增加濾波器，利用濾波器，防止電源干擾進(jìn)入支架控制器，是解決電源線干擾的途徑。濾波對(duì)于抑制電源線干擾或消除干擾耦合，特別是對(duì)于抑制經(jīng)電源線直接耦合的電磁干擾，是非常有效的措施。

7.5 主動(dòng)維護(hù)

(1)從液壓支架電液控制系統(tǒng)維護(hù)的角度，要改變思路和管理方法，變消極為積極，即主動(dòng)維護(hù)。其內(nèi)容是對(duì)造成電液控制系統(tǒng)的問(wèn)題相關(guān)聯(lián)的主要設(shè)備及電控部件和液壓閥件進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)處理，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。

(2)加強(qiáng)系統(tǒng)污染的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。污染狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)液壓支架電液控制系統(tǒng)主動(dòng)維護(hù)的基礎(chǔ)，也是污染控制的一個(gè)重要方面。除用便攜式檢測(cè)儀(糖量計(jì))進(jìn)行乳化液濃度的檢測(cè)外，還要隨時(shí)仔細(xì)察看乳化液的變化和受污染的情況，如果乳化液混濁不清，應(yīng)立即采取有針對(duì)性的措施，把問(wèn)題消除在初始狀態(tài)。

(3)由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，液壓支架及其電液控制系統(tǒng)的使用管理必須得到高度重視，一定要按照用戶手冊(cè)的要求進(jìn)行操作與維護(hù)，定期檢查電液控制系統(tǒng)的電氣元件、液壓元件的使用情況，保證性能穩(wěn)定。

8 結(jié)論

液壓支架電液控制系統(tǒng)在工作中受環(huán)境限制被污染是不可避免的，但必須對(duì)污染進(jìn)行有效地控制，使之減少到合理程度。對(duì)于液壓支架電液控制系統(tǒng)受電磁場(chǎng)干擾問(wèn)題，只要抑制干擾源，切斷干擾的傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能，問(wèn)題也會(huì)迎刃而解。

我國(guó)煤礦地質(zhì)條件變化大，礦區(qū)與礦區(qū)之間，煤礦與煤礦之間地質(zhì)條件各不相同，特別是井下水質(zhì)也不一樣，再加上各個(gè)煤礦對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的使用維護(hù)管理上也存在差異，給人們解決液壓支架電液控制系統(tǒng)使用可靠性帶來(lái)一定的難度。目前國(guó)內(nèi)還沒有液壓支架電液控制系統(tǒng)的清潔度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，使得液壓支架電液控制系統(tǒng)制造廠家及煤礦用戶沒有標(biāo)準(zhǔn)可依。要改變現(xiàn)實(shí)狀況，有必要對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的污染控制及檢測(cè)方法進(jìn)行研究，同時(shí)填補(bǔ)空白，抓緊制定液壓支架電液控制系統(tǒng)清潔度標(biāo)準(zhǔn)，期望這一課題早日解決。

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