液壓支架電液控制系統(tǒng)故障快速診斷技術(shù)研究

張圣帥 李明曄 李進 劉建林

摘 要：液壓支架電液控制系統(tǒng)近年來在我國煤礦領(lǐng)域的應用日趨廣泛，但結(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，無法及時排除故障、維護難度過大等問題在具體應用中較為常見?；诖耍疚膶⒑唵畏治鲆簤褐Ъ茈娨嚎刂葡到y(tǒng)失效模式、失效機理、典型故障，并深入探討液壓支架電液控制系統(tǒng)故障快速診斷技術(shù)應用要點，希望研究能夠給相關(guān)從業(yè)人員帶來啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：液壓支架;電液控制系統(tǒng);故障快速診斷;鄭煤機

1 液壓支架電液控制;系統(tǒng)失效模式、失效機理、典型故障

1.1失效模式

液壓支架電液控制系統(tǒng)主要存在精度下降、性能不足、隨機故障、功能失效等失效模式，表現(xiàn)為液壓閥動作緩慢、傳感器精度下降、偶爾無法通過控制器操作控制，采煤機位置出現(xiàn)不變、跳變等故障也屬于失效的具體表現(xiàn)。

1.2失效機理

多方面因素均可能導致液壓支架電液控制系統(tǒng)失效，由此可基于五方面對液壓支架電液控制系統(tǒng)失效機理進行探討，第一：環(huán)境污染。在高溫、高濕、高壓水沖擊、砸損等現(xiàn)場應用環(huán)境下，外殼密封失效的系統(tǒng)很容易因失潮出現(xiàn)短路、漏電等故障，這類故障在前期會隨機出現(xiàn)，發(fā)展至后期則會頻繁出現(xiàn)，這類故障與殼體防護措施不當存在直接關(guān)聯(lián);第二，電氣干擾。對于采用大功率電動機的工作面刮板輸送機、采煤機來說，空間場干擾很容易在運行過程中產(chǎn)生，對于經(jīng)高壓開關(guān)供電的高壓移動變電站（供電系統(tǒng)）來說，電網(wǎng)上存在的泵站、帶式輸送機、刮板輸送機、采煤機等高壓大功率用電單元的啟?？刂坪苋菀桩a(chǎn)生波動沖擊并引發(fā)電磁干擾，系統(tǒng)程序紊亂問題也可能隨之出現(xiàn)，這類故障與供電設備質(zhì)量、電控產(chǎn)品抗電磁干擾能力存在直接關(guān)聯(lián);第三，過濾系統(tǒng)堵塞。受皂化、水質(zhì)等問題影響，供液流量不足的液壓系統(tǒng)很容易出現(xiàn)動作緩慢等問題，這一水軟化處理的缺失、水質(zhì)不好存在直接關(guān)聯(lián)，污物進入管路也可能引發(fā)同類問題;第四，傳感器安裝標定不得當或未標定。標定問題會導致超過規(guī)定偏差值的顯示值出現(xiàn)，影響系統(tǒng)運行;第五，傳感器零點漂移。如液壓機械部件或控制電路器件出現(xiàn)故障，零點漂移的傳感器也會影響系統(tǒng)效能發(fā)揮[1]。

1.3典型故障

液壓支架電液控制系統(tǒng)故障可細分為兩大類，即電控系統(tǒng)故障和液壓系統(tǒng)故障。電控系統(tǒng)典型故障包括操作鍵盤故障、總線通信故障、行程傳感器故障、壓力傳感器故障、推掛輸送機形成不到位、升架達不到初撐力、鄰架通信故障。液壓系統(tǒng)典型故障包括液控單向閥故障、安全閥故障、電磁先導閥故障、供液系統(tǒng)流量不足、液壓系統(tǒng)流量不足。以行程傳感器故障為例，該故障可進一步細分為磁環(huán)脫落、外殼磨損破裂、進水受潮、連接器故障。而以安全閥故障為例，該故障指的是安全閥達到額定工作壓力不開啟或不達到額定工作壓力便開啟[2]。

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)故障快速診斷技術(shù)應用要點

2.1通信系統(tǒng)故障診斷

對于液壓支架電液控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)故障的診斷來說，故障快速診斷技術(shù)的應用可體現(xiàn)在兩個方面：第一，檢測雙總線通信鏈路。定期發(fā)送通信檢測令牌，通過信號轉(zhuǎn)換器和通信電纜，對鄰架通信回路、通信雙回路進行檢測，如出現(xiàn)不能繼續(xù)傳送通信令牌的情況，需要向信號轉(zhuǎn)換器報送通信故障信息，通信令牌需通過切換回路進行傳送，基于相同的多次故障信息進行確定，即可將通信故障信息最終報送給巷道集控中心及全工作面;第二，電纜連接器斷裂故障。令牌傳遞通信鏈路檢測具備緩慢、低速特點，系統(tǒng)正常通信功能可能受到影響，相互運動的支架移架過程也可能因擠斷損壞電纜連接器。因此，空閑狀態(tài)的支架控制器需每隔50ms發(fā)送通信檢測命令給左、右鄰架，檢測命令由鄰架接收到后需給予應答，應答信號如連續(xù)5次未收到，即可判斷為連接電纜斷裂，并進行通信故障信息發(fā)布，通信故障位置的快速定位也可同時實現(xiàn)[3]。

2.2人機交互系統(tǒng)故障診斷

作為輸入與顯示單元，人機交互系統(tǒng)可實現(xiàn)參數(shù)修改、命令發(fā)送，故障快速診斷技術(shù)在其中的應用可圍繞鍵盤、急停與閉鎖按鈕、兩方面開展。如出現(xiàn)被砸壞的鍵盤，持續(xù)按下按鍵的信息會由鍵盤電路集控中心計算機檢測到，此時需要將鍵盤信號屏蔽并發(fā)出報警。基于鍵盤的支架控制需向集控中心計算機報送操作鍵盤的鍵值，按鍵操作有效性可基于關(guān)聯(lián)關(guān)系進行確定，以此及時報送錯誤信息;在按下閉鎖、急停按鈕時，系統(tǒng)狀態(tài)會隨之改變，兩種帶閉鎖機械開關(guān)的按鈕在出現(xiàn)故障時會導致按鈕抖動信號產(chǎn)生，對于1s內(nèi)出現(xiàn)變化的閉鎖、急停按鈕信號，即可判斷相應按鈕出現(xiàn)故障。

2.3支架動作控制故障

控制支架動作屬于系統(tǒng)的主要任務，對支架動作控制故障的快速診斷可圍繞電磁驅(qū)動回路、電液換向閥組展開。在對電磁驅(qū)動回路的檢測中，由于MOS功率管多用于電磁驅(qū)動電路的電磁鐵開關(guān)控制，感性負載的電磁鐵具有反電勢，過壓反沖很容易在設計不當時引發(fā)漏電等故障，為檢測驅(qū)動回路，可設置電磁驅(qū)動旁路降壓回路，以此實現(xiàn)對漏電、開路、短路三種工作狀態(tài)的檢測;第二，電液換向閥組檢測需關(guān)注電磁鐵漏電、電液換向閥堵塞等故障，可基于動作指令、鍵盤操作、支架動作、驅(qū)動電路工作狀態(tài)進行故障判斷。對于密封圈摩擦損壞、液壓閥串液、過濾系統(tǒng)堵塞等問題導致的動作速度變慢，需設定閾值在動作速度過小時進行故障信息報送。

2.4傳感器故障診斷

液壓支架動作狀態(tài)可基于傳感器明確，如傳感器互相短路、開路、電路損壞、零點漂移等故障，液壓支架電液控制系統(tǒng)的正常運行將受到影響，本節(jié)主要介紹壓力傳感器和行程傳感器的故障快速診斷。壓力傳感器很容易在承受高頻壓力脈動后出現(xiàn)綁定電路斷路、濺射薄膜電路脫落等故障，進而引發(fā)輸出信號固定不變問題。為判斷壓力傳感器是否存在故障，需觀察支架降柱、升柱時的壓力變化情況;行程傳感器會在密封不銹鋼管中安裝電路，油缸活塞桿中內(nèi)嵌安裝的行程傳感器同時需要承受高壓，油缸中處于懸臂狀態(tài)測桿很容易因摩擦而破損，在老化、加工精度不足等問題影響下，最終導致行程傳感器漏電和電路失效。在具體的故障診斷中，可根據(jù)固定不變的輸出信號及有效行程縮短進行判斷。

2.5基于大數(shù)據(jù)故障診斷引擎的故障診斷

基于上述故障快速診斷技術(shù)的應用，進一步引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，即可實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)故障診斷引擎的故障診斷，該大數(shù)據(jù)故障診斷引擎由結(jié)構(gòu)存儲模塊、分類預測模塊、數(shù)據(jù)加載模塊組成?；诜植际较到y(tǒng)，加載模塊可降維處置數(shù)據(jù)，以此降低數(shù)據(jù)的復雜程度，預測的速度和準確性均可隨之提升。分類預測模塊負責篩選匯總故障信息，并形成故障特征曲線，故障類型可基于對比預存數(shù)據(jù)確定;結(jié)果存儲模塊負責在分布式文件系統(tǒng)中存儲分類預存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果數(shù)據(jù);大數(shù)據(jù)故障診斷引擎需優(yōu)選算法進行數(shù)據(jù)分析，如選用C4.5決策樹分類算法，同時結(jié)合編程模型Map Reduce優(yōu)化該算法，且保證各故障識別以并行算法為核心，輔以后剪枝技術(shù)，即可提升算法穩(wěn)定性并規(guī)避過度擬合問題，高決策準確度的算法能夠更好服務于液壓支架電液控制系統(tǒng)故障的快速診斷。

結(jié)論：綜上所述，液壓支架電液控制系統(tǒng)故障快速診斷技術(shù)的應用前景廣闊。為更好服務于煤礦生產(chǎn)，日常維護檢修的強化、設備使用壽命的延長、故障處理的及時性等必須在故障快速診斷技術(shù)應用中得到重點關(guān)注。

參考文獻：

[1]李俊士.液壓支架電液控制器軟件自動生成系統(tǒng)的設計[J].煤礦機械，2020，41（11）：6-8.

[2]劉錦濤.液壓支架電液控制系統(tǒng)在西銘礦的應用[J].機械工程與自動化，2020（05）：196-197+199.

（山東能源棗莊礦業(yè)集團蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）