液压支架电液控制系统故障快速诊断技术研究

张圣帅 李明晔 李进 刘建林

摘 要：液压支架电液控制系统近年来在我国煤矿领域的应用日趋广泛，但结合实际调研可以发现，无法及时排除故障、维护难度过大等问题在具体应用中较为常见。基于此，本文将简单分析液压支架电液控制系统失效模式、失效机理、典型故障，并深入探讨液压支架电液控制系统故障快速诊断技术应用要点，希望研究能够给相关从业人员带来启发。

关键词：液压支架;电液控制系统;故障快速诊断;郑煤机

1 液压支架电液控制;系统失效模式、失效机理、典型故障

1.1失效模式

液压支架电液控制系统主要存在精度下降、性能不足、随机故障、功能失效等失效模式，表现为液压阀动作缓慢、传感器精度下降、偶尔无法通过控制器操作控制，采煤机位置出现不变、跳变等故障也属于失效的具体表现。

1.2失效机理

多方面因素均可能导致液压支架电液控制系统失效，由此可基于五方面对液压支架电液控制系统失效機理进行探讨，第一：环境污染。在高温、高湿、高压水冲击、砸损等现场应用环境下，外壳密封失效的系统很容易因失潮出现短路、漏电等故障，这类故障在前期会随机出现，发展至后期则会频繁出现，这类故障与壳体防护措施不当存在直接关联;第二，电气干扰。对于采用大功率电动机的工作面刮板输送机、采煤机来说，空间场干扰很容易在运行过程中产生，对于经高压开关供电的高压移动变电站（供电系统）来说，电网上存在的泵站、带式输送机、刮板输送机、采煤机等高压大功率用电单元的启停控制很容易产生波动冲击并引发电磁干扰，系统程序紊乱问题也可能随之出现，这类故障与供电设备质量、电控产品抗电磁干扰能力存在直接关联;第三，过滤系统堵塞。受皂化、水质等问题影响，供液流量不足的液压系统很容易出现动作缓慢等问题，这一水软化处理的缺失、水质不好存在直接关联，污物进入管路也可能引发同类问题;第四，传感器安装标定不得当或未标定。标定问题会导致超过规定偏差值的显示值出现，影响系统运行;第五，传感器零点漂移。如液压机械部件或控制电路器件出现故障，零点漂移的传感器也会影响系统效能发挥[1]。

1.3典型故障

液压支架电液控制系统故障可细分为两大类，即电控系统故障和液压系统故障。电控系统典型故障包括操作键盘故障、总线通信故障、行程传感器故障、压力传感器故障、推挂输送机形成不到位、升架达不到初撑力、邻架通信故障。液压系统典型故障包括液控单向阀故障、安全阀故障、电磁先导阀故障、供液系统流量不足、液压系统流量不足。以行程传感器故障为例，该故障可进一步细分为磁环脱落、外壳磨损破裂、进水受潮、连接器故障。而以安全阀故障为例，该故障指的是安全阀达到额定工作压力不开启或不达到额定工作压力便开启[2]。

2 液压支架电液控制系统故障快速诊断技术应用要点

2.1通信系统故障诊断

对于液压支架电液控制系统通信系统故障的诊断来说，故障快速诊断技术的应用可体现在两个方面：第一，检测双总线通信链路。定期发送通信检测令牌，通过信号转换器和通信电缆，对邻架通信回路、通信双回路进行检测，如出现不能继续传送通信令牌的情况，需要向信号转换器报送通信故障信息，通信令牌需通过切换回路进行传送，基于相同的多次故障信息进行确定，即可将通信故障信息最终报送给巷道集控中心及全工作面;第二，电缆连接器断裂故障。令牌传递通信链路检测具备缓慢、低速特点，系统正常通信功能可能受到影响，相互运动的支架移架过程也可能因挤断损坏电缆连接器。因此，空闲状态的支架控制器需每隔50ms发送通信检测命令给左、右邻架，检测命令由邻架接收到后需给予应答，应答信号如连续5次未收到，即可判断为连接电缆断裂，并进行通信故障信息发布，通信故障位置的快速定位也可同时实现[3]。

2.2人机交互系统故障诊断

作为输入与显示单元，人机交互系统可实现参数修改、命令发送，故障快速诊断技术在其中的应用可围绕键盘、急停与闭锁按钮、两方面开展。如出现被砸坏的键盘，持续按下按键的信息会由键盘电路集控中心计算机检测到，此时需要将键盘信号屏蔽并发出报警。基于键盘的支架控制需向集控中心计算机报送操作键盘的键值，按键操作有效性可基于关联关系进行确定，以此及时报送错误信息;在按下闭锁、急停按钮时，系统状态会随之改变，两种带闭锁机械开关的按钮在出现故障时会导致按钮抖动信号产生，对于1s内出现变化的闭锁、急停按钮信号，即可判断相应按钮出现故障。

2.3支架动作控制故障

控制支架动作属于系统的主要任务，对支架动作控制故障的快速诊断可围绕电磁驱动回路、电液换向阀组展开。在对电磁驱动回路的检测中，由于MOS功率管多用于电磁驱动电路的电磁铁开关控制，感性负载的电磁铁具有反电势，过压反冲很容易在设计不当时引发漏电等故障，为检测驱动回路，可设置电磁驱动旁路降压回路，以此实现对漏电、开路、短路三种工作状态的检测;第二，电液换向阀组检测需关注电磁铁漏电、电液换向阀堵塞等故障，可基于动作指令、键盘操作、支架动作、驱动电路工作状态进行故障判断。对于密封圈摩擦损坏、液压阀串液、过滤系统堵塞等问题导致的动作速度变慢，需设定阈值在动作速度过小时进行故障信息报送。

2.4传感器故障诊断

液压支架动作状态可基于传感器明确，如传感器互相短路、开路、电路损坏、零点漂移等故障，液压支架电液控制系统的正常运行将受到影响，本节主要介绍压力传感器和行程传感器的故障快速诊断。压力传感器很容易在承受高频压力脉动后出现绑定电路断路、溅射薄膜电路脱落等故障，进而引发输出信号固定不变问题。为判断压力传感器是否存在故障，需观察支架降柱、升柱时的压力变化情况;行程传感器会在密封不锈钢管中安装电路，油缸活塞杆中内嵌安装的行程传感器同时需要承受高压，油缸中处于悬臂状态测杆很容易因摩擦而破损，在老化、加工精度不足等问题影响下，最终导致行程传感器漏电和电路失效。在具体的故障诊断中，可根据固定不变的输出信号及有效行程缩短进行判断。

2.5基于大数据故障诊断引擎的故障诊断

基于上述故障快速诊断技术的应用，进一步引入大数据技术，即可实现基于大数据故障诊断引擎的故障诊断，该大数据故障诊断引擎由结构存储模块、分类预测模块、数据加载模块组成。基于分布式系统，加载模块可降维处置数据，以此降低数据的复杂程度，预测的速度和准确性均可随之提升。分类预测模块负责筛选汇总故障信息，并形成故障特征曲线，故障类型可基于对比预存数据确定;结果存储模块负责在分布式文件系统中存储分类预存数据和中间结果数据;大数据故障诊断引擎需优选算法进行数据分析，如选用C4.5决策树分类算法，同时结合编程模型Map Reduce优化该算法，且保证各故障识别以并行算法为核心，辅以后剪枝技术，即可提升算法稳定性并规避过度拟合问题，高决策准确度的算法能够更好服务于液压支架电液控制系统故障的快速诊断。

结论：综上所述，液压支架电液控制系统故障快速诊断技术的应用前景广阔。为更好服务于煤矿生产，日常维护检修的强化、设备使用寿命的延长、故障处理的及时性等必须在故障快速诊断技术应用中得到重点关注。

参考文献：

[1]李俊士.液压支架电液控制器软件自动生成系统的设计[J].煤矿机械，2020，41（11）：6-8.

[2]刘锦涛.液压支架电液控制系统在西铭矿的应用[J].机械工程与自动化，2020（05）：196-197+199.

（山东能源枣庄矿业集团蒋庄煤矿，山东 枣庄 277519）