矿井液压支架立柱及千斤顶故障原因及防治技术探析.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 196 矿井液压支架立柱及千斤顶故障原因及防治技术探析 李海峰 郑煤集团万合公司，河南 新密 452370 摘要摘要：在当今矿井作业中，立柱与千斤顶作为液压支架的重要零部件，其稳定运行对保障矿山安全生产至关重要。然而，设备故障无法完全避免，而这种故障往往会导致生产效率下降，甚至有可能引发严重的安全事故。基于此，本文对矿井液压支架立柱与千斤顶的工作原理、结构特点进行了分析，探讨了常见故障类型及其影响，以及引发故障的原因，同时还提出了一系列的防治技术和策略，旨在降低故障发生率，保障矿山安全生产。关键词关键词：矿井作业；液压支架立柱；千斤顶；故障原因 中图分类号：中图分类号：TD355 液压支架是用来控制工作面矿山压力的结构物体，矿山压力以外部载荷形式作用在液压支架上，立柱及千斤顶作为液压支架的重要结构件，由于各种原因故障频繁发生，严重影响了矿山生产效率和安全。本文将对液压支架立柱与千斤顶工作原理和结构特点展开分析，探讨其常见故障及影响，深入理解故障产生的原因，并在此基础上提出有效的防治技术和策略，以期为矿井设备管理和维护人员提供有价值的参考。1 矿井液压支架立柱与千斤顶的工作原理与结构 1.1 液压支架立柱工作原理与结构 液压支架立柱是矿井液压支架系统中的重要组成部分，主要负责提供支撑力以保证液压支架的稳定性。液压支架立柱主要由外缸筒、缸底、活注、导向套及密封件等几部分组成。立柱常见为双作用式，有全液压和液压加机械调整两种伸缩方式，按液压伸缩级的数量可分为单级伸缩式和多级伸缩式。其主要工作原理是利用液体（如油液）的不可压缩性，将输入的机械能转换为液压能，从而实现大负载的提升，通过液压泵站、液压管路、操作阀组向活塞杆腔和活塞腔施加压力，从而推动活塞杆运动，实现立柱的伸缩。在矿井液压支架立柱结构设计中，通常采用双作用液压缸结构。该结构可使立柱在压力液作用下进行双向（即伸展和收缩）运动，提高了立柱的工作效率和适应性。1.2 千斤顶工作原理与结构 液压支架上的液压缸除立柱都称之为千斤顶，液压支架上的千斤顶根据其作用功能不同可分别称为伸缩千斤顶、放煤板千斤顶、侧推千斤顶和移后溜千斤顶等，按进液方式可分为外注液和内注液两种方式，千斤顶主要构成部分包括缸筒、缸底、活塞杆、活塞、导向套及密封件等几部分组成。其工作原理同立柱工作原理，在操作过程中，通过操作阀手柄，使液体在闭合系统内流动，通过操作阀组调节油液的流向，使得活塞杆在缸筒内移动，从而带动液压支架各部分的动作，如伸缩梁、侧护板的伸出和收回。图 1 液压支架立柱千斤顶活塞结构示意图 2 常见故障分析 2.1 液压支架立柱常见故障分析 矿井工作环境下，液压支架立柱时常会面临各种故障，较为常见的故障类型如下：第一，液压系统故障。液压系统故障包括油液泄漏、油液污染、阀门故障等。油液泄漏可能会导致立柱无法正常工作，无法提供足够的支撑力，严重时甚至会导致立柱完全丧失作用。油液污染会增加磨损，减少液压系统寿命，也可能导致阀门卡死，影响立柱正常运动。第二，机械部件磨损或断裂。立柱的各种机械部件（如活柱、缸筒、加长杆等）在长期工作中可能会出现磨损、变形或断裂等问题。这可能会导致立柱运动不畅，甚至无中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 197 法正常工作。一旦出现此类故障，立柱将无法继续提供支撑，从而严重影响矿井安全。第三，立柱锁紧故障。立柱锁紧机构在一些情况下可能会出现故障，使得立柱无法正常锁紧。这会导致立柱在应承受负载时突然松动，从而导致矿井结构不稳定，甚至可能发生坍塌。第四，控制系统故障。立柱运动通常需要通过控制系统实现。如果控制系统出现故障，例如传感器故障、信号传输故障等，将导致立柱不能按照预定方式工作，可能导致过度支撑或支撑不足，影响矿井安全。2.2 千斤顶常见故障分析 千斤顶其可靠性直接影响到工作效率和安全。以下是几种常见的千斤顶故障类型1。第一，液压失效。液压失效是千斤顶最常见的故障之一，可能由泄漏、空气进入系统或油泵故障等因素导致。液压失效会导致千斤顶无法正常工作，无法实现负载的提升或降低，影响工作效率。第二，机械部件磨损或损坏。千斤顶机械部件（如活塞、活塞杆、缸筒等）在长时间的工作中可能会出现磨损、变形或断裂。这些问题可能会导致千斤顶无法正常工作，或者工作效率降低，严重时甚至可能导致千斤顶无法承载预期负载，影响到工作安全。第三，控制系统故障。千斤顶运动通常通过控制系统实现。如果控制系统出现故障，如传感器故障、信号传输故障等，可能会导致千斤顶不能按照预定方式工作，导致负载过度提升或降低，严重威胁到工作安全。3 故障原因探析 3.1 设计缺陷 设计缺陷对液压支架立柱和千斤顶的性能和可靠性具有决定性影响，主要体现在以下几个方面：第一，参数选择不当。包括液压缸径、行程、工作压力等关键参数选择不合理，导致立柱和千斤顶无法在预定负载和行程下工作。第二，阀门设计问题。如阀门尺寸过小，可能会导致液压油流通不畅，影响设备动态响应；阀门材料选择不当，可能导致阀门在腐蚀环境中失效。第三，控制系统设计不足。控制系统设计无法适应工作环境变化，例如温度、湿度、尘埃等，可能会导致传感器或控制元件失效，进而影响立柱和千斤顶正常工作。3.2 制造与安装问题 制造与安装问题也是引发故障的重要因素，具体问题主要包括以下几个方面：第一，制造质量问题。例如，活塞、油缸等关键部件的加工精度不足，或者材料质量不合格，可能导致液压设备在使用过程中早期失败。第二，安装问题。如在安装过程中未按照规范进行，可能会引发多种问题。例如，接头未安装紧密可能导致油液泄漏，阀门安装方向错误可能导致液压油流通不畅。第三，焊接质量。针对部分需要焊接的结构，如油缸，如果焊接工艺控制不佳，可能会导致焊缝存在缺陷，如夹渣、裂纹等，影响到部件强度和密封性能。3.3 使用和维护不当 使用和维护的不当是液压支架立柱和千斤顶出现故障的重要原因。具体表现在以下几个方面：第一，操作不当。例如，操作人员如不熟悉设备工作原理和操作规程，可能会进行错误操作，如液压系统负载超过额定值、行程超过限定范围等，导致设备过度疲劳或故障。第二，维护不足。定期和适当的维护是保持设备性能的关键。忽视定期清洁、润滑或更换磨损部件等步骤，可能会导致部件早期磨损或故障，影响设备性能和使用寿命。第三，训练不足。如果操作人员和维护人员训练不足，可能导致其无法及时发现和处理故障，加大了设备故障风险。3.4 环境和工况影响 环境和工况对液压支架立柱和千斤顶的工作性能有重要影响。具体表现如下：第一，环境因素。如极端温度、高湿度、强腐蚀性气体、尘埃等都可能对设备部件造成损伤，影响液压系统性能和寿命。第二，工况变化。矿井工况变化快速且复杂，如负载突然增加、工作速度突然提高等，都可能导致设备超出设计范围工作，加速部件磨损或引发故障。第三，长期使用。在工况严酷的矿井环境下，长期使用也可能引发设备性能下降、部件疲劳等问题。4 故障防治技术 4.1 设计与制造阶段的防治技术 设计与制造阶段的防治技术主要通过优化设计和提高制造质量预防液压支架立柱和千斤顶的故障。4.1.1 优化设计 设计阶段是防止故障的关键。具体可参考如下几种优化设计方法：第一，使用先进的设计工具。利用中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 198 计算机辅助设计（CAD）工具可帮助设计者精确地设计出液压支架立柱和千斤顶的三维模型，并在此基础上进行改进和优化。有限元分析（FEA）工具则可模拟设备在实际工况下的性能，如强度、刚度和疲劳寿命等，帮助设计者在设计阶段发现并解决问题。第二，选择合适的设计参数。在设计液压支架立柱和千斤顶时，应选择合理的设计参数。例如，选择合理的液压缸径可确保在预定负载下液压缸有足够的力；选择合理行程可确保在各种工况下都能满足需求；选择合理的工作压力则可确保液压系统的稳定性和安全性。第三，阀门设计。阀门是液压系统中的重要组成部分。阀门设计应考虑其尺寸和材料，尺寸应能确保液压油流通畅，材料应能在腐蚀环境中保持阀门的密封性和耐用性2。例如，可选择不锈钢或特殊涂层的阀门提高其在腐蚀环境中的性能。4.1.2 提高制造质量 提高制造质量是防止故障的另一个关键。以下是提高制造质量的几种途径：第一，精度控制。精度控制涉及到所有制造过程中的零件加工。例如，活塞和油缸等关键部件的加工精度应严格控制。采用高精度数控机床进行加工，以确保尺寸和形状精度。此外，零件表面的粗糙度也应控制在一定范围内，以减少摩擦和磨损，提高设备密封性能和使用寿命。第二，焊接质量。焊接质量对于液压支架立柱和千斤顶的强度和密封性能有重要影响。焊接工艺应选择合适的焊材、电流、电压和焊接速度，以保证焊缝的质量。同时，焊接后应进行无损检测，如射线检测或超声波检测，早期发现和处理焊缝中的夹渣、裂纹等质量问题。4.2 安装与使用阶段的防治技术 安装与使用阶段的防治技术旨在通过严谨的安装程序和正确的使用方法减少液压支架立柱和千斤顶的故障。4.2.1 严格的安装程序 正确的安装程序是保证设备性能的基础。以下是一些重要的考虑因素：第一，使用专门工具和设备。使用专门工具和设备是确保正确安装的关键。例如，使用扭矩扳手保证螺栓扭矩满足设计要求，使用准确的测量工具如千分尺或激光测距仪确保零件安装位置和角度正确。此外，对于特殊零件或者较大的组件，可能还需要使用起重设备辅助安装3。第二，确保接头紧密。在液压系统中，所有的接头都应确保紧密。这包括管线连接，螺栓连接等。在安装时，需要检查所有密封件是否安装到位，是否有损伤，连接处是否有泄漏。对于液压管线，还需要保证管线没有扭曲或者过度弯曲，以防止因此产生的液压冲击。第三，检查所有阀门。在系统开始工作之前，应检查所有阀门是否按照正确方向安装，以确保液压油能够流通。并且，阀门应在无负载情况下逐个进行试验，检查其是否正常工作。4.2.2 正确的使用方法 正确的使用方法能够确保液压支架立柱和千斤顶的性能和寿命。以下是一些需要注意的使用方法：第一，合理控制工作压力。合理控制工作压力是避免设备过度负载和防止故障的重要手段。操作人员应根据实际工况和设备设计参数，调整液压泵输出压力，避免超过设备设计压力。第二，定期检查油液。定期检查油液的油质和液位是保持设备正常运行的基础。操作人员应定期取样检查油液的污染程度，及时更换污染严重的油液。同时，还应确保油液液位在指定范围内。第三，系统冷却。在设备长时间或高负载运行时，应确保液压系统有足够的冷却。这可通过安装冷却器或者定期停机使设备自然冷却实现。4.3 维护与检修阶段的防治技术 液压支架立柱和千斤顶故障大部分可通过正确的维护和检修进行预防。以下是一些关键的维护和检修措施：4.3.1 定期维护 首先，定期更换液压油液。定期更换液压油液是预防液压系统故障的重要措施。液压油液在使用过程中会逐渐变质和污染，这将影响液压系统的工作性能4。因此，应定期更换液压油液，并在更换时清洗液压系统，以去除积累的污物。其次要定期检测油液浓度，一般要求在 3%5%之间。当浓度低于 3%时，则不能起到有效的防锈作用及加快零部件和密封件的磨损，当浓度高于 5%会增大密封材料的溶胀性。最后检查密封。密封是液压支架立柱和千斤顶中的关键部件，密封磨损或损坏会导致液压油液泄漏，影响设备的工作性能。因此，应定期检查密封件，发现磨损或损坏应及时更换。4.3.2 故障检修 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 199 首先，故障诊断。当设备出现故障时，应首先进行故障诊断，确定故障原因。可通过观察设备工作状态，如液压油液油位、设备噪声和振动等，结合故障现象，进行故障诊断。其次，故障修复。确定故障原因后，应尽快进行故障修复。修复方法根据故障原因而定，可能包括更换损坏部件，清洗堵塞的管线，调整工作压力等。最后，故障预防。故障修复后，应分析故障原因，采取措施预防类似故障的再次发生。这可能包括改进设备设计，优化工作方法，提高维护质量等。5 结语 综上，通过对液压支架立柱与千斤顶的深入分析和研究发现，设备故障的产生是由多种因素共同影响的结果，包括设计、制造、安装、使用以及维护等多个环节。因此，有效的防治技术和策略也应全方位地涵盖这些环节。具体来说，需要在设计与制造阶段提升质量，提高设备可靠性；在安装与使用阶段，严格遵守操作规程，避免不当操作引发的故障；在维护与检修阶段，定期对设备进行维护和检修，及时发现和解决问题。通过实施以上措施，可有效地降低设备故障率，提高矿山生产效率和安全性。参考文献 1刘从朋.矿井液压支架立柱及千斤顶的故障原因分析及防治措施J.机械管理开发,2022,37(12):339-340.2彭帅.矿用液压支架立柱千斤顶拆解检修存在问题及解决方案J.矿山机械,2021,49(08):69-70.3宋昊妍.液压支架立柱以及千斤顶的故障原因与改善措施J.机械管理开发,2021,36(01):264-265.4赵永美.煤矿液压支架立柱、千斤顶失效分析及解决方案J.山东煤炭科技,2020(05):145-146.作者简介作者简介：李海峰(1986)，男，汉族，毕业于河南理工大学采矿工程专业，本科，助理工程师。