煤矿机电设备中液压系统的故障诊断与维护技术

白立刚 王连玉 王 魁

（兖矿能源集团股份有限公司济宁三号煤矿，济宁 272069）

随着煤矿行业的发展，液压系统在机电设备中的应用日益广泛，在提高设备性能和效率方面发挥了重要作用。然而，由于工作环境的恶劣和设备的高负荷运转，液压系统容易受到各种故障的影响，不仅会导致设备停机和生产损失，还可能对矿工的人身安全造成威胁。因此，研究煤矿机电设备液压系统的故障诊断与维护技术具有十分重要的现实意义。

1 煤矿机电设备液压系统的组成

液压系统是一种利用液体传递能量的系统，广泛应用于煤矿机电设备。其基于Pascal 定律，即液体在封闭容器内均匀传递压力。液压系统主要由液压泵、液压缸、液压马达、液压阀、油箱、液压滤清器、接头和管路等元件组成。这些元件的设计和性能直接影响液压系统的效率和功能。液压系统的核心是液压泵，液压泵通过机械作用将液体（通常是专用的液压油）吸入并加压，然后将高压液体输送到系统中。泵的主要类型有齿轮泵、柱塞泵和螺杆泵等，都以某种方式增加了液体的压力。液压系统的执行元件包括液压缸和液压马达，其中液压缸用于将液体能量转化为机械运动。当高压液体进入缸体时，液压缸的活塞会受到推力执行线性运动。液压马达与液压缸类似，但它是将液体能量转化为旋转运动，通常用于驱动旋转设备，如输送带、风扇和液压机械臂。液压阀可以控制液体的流动方向、流量和压力，从而实现对液压系统的精确控制。不同类型的阀门起着不同的作用，例如方向控制阀用于控制液体的流向，溢流阀用于控制系统的压力，比例阀用于实现精确的流量控制等。油箱是储存液压油的容器，通常包括过滤器、油位指示器和冷却器等附件。保持液压油的质量和温度对于系统的正常运行至关重要。液压滤清器用于去除液压油中的杂质和污染物，以保护系统元件免受损害。定期更换滤清器元素是维护液压系统的重要步骤。液压系统中使用的管路和接头必须具备足够的强度和密封性，以确保液体不泄漏，并能够承受高压。管路和接头的选择与安装对于系统的性能和可靠性至关重要[1]。

2 煤矿机电设备液压系统的常见故障与诊断

2.1 压力不稳定或过高

首先，油液污染是导致压力不稳定的常见原因之一。油液中的杂质和污染物会堵塞阀门、液压缸和管道，干扰油液的正常流动，导致压力波动和不稳定。其次，液压泵的问题可能导致压力不稳定。液压泵的内部损坏、磨损或泄漏会导致泵性能下降，进而影响系统的工作压力。再次，阀门故障。阀门是液压系统中的重要组件，用于控制油液流动和压力分配。如果阀门出现内部损坏、卡滞或泄漏，将影响压力的稳定性。最后，油液温度过高可能导致压力升高。在高温条件下，油液的黏度降低导致泄漏增加，同时会使系统的工作压力变得不稳定[2]。

2.2 泄漏问题

泄漏问题通常表现为液压系统中的油液从管路、接头或密封元件中流出。泄漏点可能位于油缸、阀门、管路连接处和油封等部位。泄漏的原因包括密封件老化、损坏，管路连接处松动或磨损，油缸内部部件磨损等。为了诊断泄漏问题，可以采取以下措施。首先，仔细观察液压系统的外部，寻找任何可能的油液迹象，包括油滴、污渍和湿润区域。检查系统的各个部位，特别是连接处和密封处。其次，使用纸巾或棉布轻轻擦拭可能的泄漏点，以检查是否有油液残留，有助于确定漏油点的具体位置。最后，详细检查泄漏点，查看密封件是否受损或老化，管路连接处是否松动，油缸内部是否存在磨损或损坏的部件。确定泄漏位置后，可能需要进一步拆解和检查，以找出泄漏的根本原因。

2.3 阀门和执行元件故障

阀门和执行元件故障直接影响系统的正常运行和性能，因此了解其故障原因及诊断技术对于维护煤矿机电设备的液压系统至关重要。阀门故障包括阀芯卡住、密封件失效、阀体损坏或堵塞等，可能导致液压系统的液压流量受阻，影响执行元件的运动。为了诊断阀门故障，可以使用压力检测仪器来检查液压系统中的压力变化，以确定是否存在阀门堵塞或泄漏。通过仔细观察阀门的动作和声音，也有助于故障诊断。执行元件故障包括油缸漏油、活塞卡住、密封失效或液压马达无法正常运转等，可能导致液压系统中的运动部件无法正常工作。为了诊断执行元件故障，可以通过观察运动部件的动作来检查是否存在异常。此外，可以使用压力检测仪器来检测油缸的压力变化，以确定是否存在泄漏或卡住问题[3]。

2.4 液压油污染与气泡问题

液压油污染是一个广泛存在的问题，指液压油中存在各种杂质、固体颗粒和污染物的情况。污染物可能是灰尘、金属屑、水分、沥青质等。当存在油污染问题时，液压元件和阀门可能会损坏，因为颗粒和污染物可以引起摩擦和磨损，进而影响系统的工作效率。沥青质等污染物可能导致沉积物的积累，影响油的流动性，从而降低系统的性能。为了诊断油污染问题，通常需要进行油质分析，包括检查液压油的颜色、清晰度以及使用光谱分析来确定污染程度。

气泡问题是液压系统中的常见故障。气泡通常由液压油中的空气或其他气体引入系统，可能导致系统压力不稳定、振荡和性能下降。为了诊断气泡问题，可以采取多种方法。首先，要检查液压油箱的油位，因为低油位可能会造成气体被吸入系统。其次，检查密封件是否漏气。密封件的损坏或老化可能会导致气体进入液压系统。最后，排除气体吸入点是确定气泡来源的关键步骤。通过仔细检查和维修，可以有效解决气泡问题，确保液压系统的稳定性。

3 煤矿机电设备液压系统的维护与预防性保养

3.1 定期检查和维护计划的制定

定期检查和维护计划有助于提前识别潜在问题，减少不必要的停机时间，降低维修成本，并延长液压系统的寿命。首先，制定定期检查和维护计划是为了确保液压系统的长期可靠性和性能稳定。计划的制定需要考虑设备的使用频率、工作环境、生产负荷以及压力和温度等因素。通常，液压系统的制造商会提供建议性的维护计划，但是最好根据具体情况进行调整和优化。其次，定期检查包括对液压系统各个部件的视觉检查、测量和测试。这些部件包括液压泵、阀门、油箱、管道、油缸和密封件等。通过检查液压油的质量、流量、压力和温度等参数，可以及时发现潜在的问题。此外，需要检查油液泄漏、气泡和异物是否存在以及管路和连接件的紧固状态。再次，维护计划需要确保所有液压系统部件和元件得到及时的维修和更换，包括定期更换液压油和滤芯、清洗和润滑关键部件、紧固螺栓和接头以及更换磨损或受损的密封件和软管。定期维护有助于防止故障的发生，延长设备的使用寿命，并提高系统的性能。最后，维护计划应具体明确责任人员和时间表，确保维护工作按计划执行。同时，要建立详细的维护记录，记录包括每次维护的日期、维护内容、使用的零部件和维护人员的签名。这些记录不仅有助于跟踪系统的历史维护情况，还可以为未来的维护提供有用的参考[4]。

3.2 液压系统清洗和过滤

液压油起到传递压力、润滑和密封的关键作用，因此保持液压油清洁和系统内部无杂质至关重要。首先，液压系统的清洗是确保系统内部元件和管道干净的关键步骤。新的液压系统在安装前应进行清洗，以去除制造和运输过程中可能产生的杂质、碎屑和残留物。系统清洗通常涉及采用特定的清洗剂和工具冲洗系统内部，并确保所有管道和元件没有残留的杂质。清洗后系统应经过适当的排气程序，以确保气泡不会进入液压油。其次，液压系统的过滤是维护液压油清洁的关键步骤。过滤器是用于去除液压油中杂质、颗粒和污染物的装置。液压系统通常配备有多个不同级别的过滤器，包括粗滤器和细滤器。粗滤器用于去除较大的颗粒，而细滤器用于去除微小的颗粒和污染物。定期检查和更换过滤器是确保系统正常运行的重要措施，这是因为过滤器在过滤液压油时会逐渐堵塞，降低流量和系统性能。最后，液压系统清洗和过滤的频率和方法应根据系统的使用情况和工作环境确定。在恶劣条件下，工作系统可能需要进行更加频繁的清洗和过滤。同时，应定期监测系统的液压油质量，通过取样和分析来评估油的清洁度和性能。如果发现问题，必须采取适当的措施来维护和修复系统。

3.3 液压油的更换与管理

液压油是液压系统的工作介质，不仅传递压力和动力，还具有冷却、润滑和密封等重要功能。因此，保持液压油的质量并进行适当的管理至关重要。首先，定期更换液压油。随着时间的推移，液压油会受到污染、氧化和磨损等影响，影响其性能。定期更换液压油可以有效去除污染物和降解产物，确保系统保持高效运行。更换液压油的频率取决于系统的使用情况和工作环境，通常需要根据制造商的建议执行。其次，液压油的管理包括储存和处理。液压油应存储在干燥、清洁和温度稳定的环境中，以防止污染物进入。此外，定期检查油箱和油滤器，确保没有积聚杂质和污垢，并维持油箱中的油位在适当范围内。管理液压油的过程中，还应注意遵守环保原则，妥善处置废弃的液压油，以减少对环境的不良影响。最后，选择适当的液压油。根据系统的要求和工作条件，选择合适的液压油类型和黏度等级非常重要。应仔细研究制造商的建议和液压油的性能参数，以确保选用的液压油与系统兼容，并满足其性能要求[5]。

3.4 密封件和软管的维护

首先，密封件的维护是保持液压系统正常运行的关键。密封件用于防止液压油泄漏，同时起到防止污染物进入系统的作用。定期检查密封件的状态和性能，包括密封圈、O 形圈和密封垫等，以确保它们不存在磨损、损坏或老化现象。发现任何问题都应立即更换，以防止泄漏和系统性能下降。其次，软管的维护同样重要。液压系统中的软管用于传递液压油和连接各个液压元件。这些软管通常承受高压和高温，因此容易受到磨损和老化的影响。定期检查软管的外观和性能，包括裂纹、变形和渗漏等。如果发现问题应立即更换受损的软管，以防止泄漏和系统故障。最后，密封件和软管的正确安装是维护的关键。必须确保密封件正确安装并紧固，扭紧软管的连接处，以防止松动和泄漏。此外，使用适当的液压油和润滑剂，以延长密封件和软管的使用寿命。

4 结语

综上所述，液压系统在煤矿机电设备中的应用不可避免会伴随各种故障风险。通过深入研究和采用有效的维护与诊断技术，可以最大限度降低风险，提高设备的可靠性和安全性。在未来的研究中，还需要继续探索新的技术和方法，为液压系统的维护和故障诊断提供更多创新性的解决方案。