吴三亮

随着我国煤矿机械化的发展趋势的发展，煤矿机械化程度成为了衡量煤矿企业发展水平的重要支撑。而机械化程度主要依托于煤矿设备的机械化水平，减少对人力的依赖。我国现如今煤矿机械化水平已达到世界先进水平，不足之处在于对大型机械的故障控制和提高机械的稳定性。

1 研究背景和液压系统介绍

在悬臂式掘进机正常生产推进中，液压系统的众多元器件动作频繁复杂，对液压油的损耗较严重，并且煤矿井下的环境非常恶劣，诸如粉尘、润滑油都会造成系统的污染导致的故障，并且因为液压元件都处于密封壳体内，在发生故障的时候不容易被发现，所以说液压系统的清洁基本保证了系统的稳定性，可以说对液压系统的污染控制是系统可靠性的基本保障。

液压系统具有结构紧凑、体积小、反应快捷、有很好的过载保护性能等优势，基本参与了掘进机所有的工作动作（伸缩、升降、驱动等）。液压系统主要由油箱、过滤器、各种阀体、冷却器、液压马达和缸体等组成一系列的液压元件组成了整个液压系统。

2 液压系统液压污染的来源

据统计，造成悬臂式掘进机的液压系统故障的原因中，系统污染占到百分之七十五。对液压系统的污染进行控制可以大大提高系统的可靠性。造成液压系统污染的原因有许多方面的原因，比如设备本身的缺陷、使用不不当、工作环境的恶劣与特殊等等，找到污染来源就是首先需要解决的问题。根据污染源的来源可以大致可分为以下几点。

（1）残余污染源：在液压系统的出厂生产和运输过程中会由于不注意或者技术原因导致系统的污染，在系统发生故障后，在维修过程中会导致一些废弃物的侵入，特别是维修过程中维修设备上的润滑油等会沾染到液压系统中从而导致污染。

（2）侵入污染源：如图1所示，在生产推进过程中，由于掘进机是高负载机械，会有强烈的震荡，且会有岩石的飞溅使液压系统的密封壳体结构受到损伤，从而导致飞溅的岩石、润滑油侵入液压系统中去，长时间的积累必将导致系统的故障。这个过程在众多污染源中是最普遍，危害最大的。

图1 异物侵入液压系统的途径

（3）内部后期生成的污染源：由于掘进机在工作时受到的负载和冲击载荷特别大，会放出很多热量，液压油在一定程度下受热会发生氧化反应，生成其他废液导致污染；并且密闭缸体在受热时也会发生氧化锈蚀，由于震荡摩擦而从缸体内壁上剥离下来的的金属氧化物进入液压油中也会污染液压系统。

污染物状态主要有固体颗粒、水、空气。以上三个类型的污染源涵盖了这三个状态，形成这些污染物的原因主要有密封壳体的破损、密封圈的变形老化、维修不当、冷却装置的效率低下等原因。

3 系统污染的危害

污染会造成液压系统工作环境的恶化，使原件受到损伤，降低液压系统的可靠性，液压油的污染主要会造成阀体卡死、堵塞过滤器、气蚀等故障。其中最严重的是固体颗粒物的污染，会直接对液压系统造成打击，造成密闭性变差加剧污染的侵入、磨损导致减短元件寿命。液体（水）会稀释液压油，加剧油的乳化，降低油性能。气体（空气）会使密闭腔体形成“气塞”导致液体连续性降低，液压系统反应灵敏度降低。温度会导致油的粘性升高导致泵吸油困难。还会导致油变质。

4 实现液压系统污染控制的分析与解决方案

如图2中液压系统的基本构成所示，对于污染控制本文通过两个方面来展开研究，一方面是通过隔离，称之为预防，即通过更好地密封壳体和密封垫圈将污染源隔离到系统之外，还有就是通过良好的散热系统来控制系统过热导致的影响；另一方面是通过分离，称之为治疗，即通过过滤装置将已经混入液压油中的污染物剔除，主要依靠于液压过滤器来实现。

图2 液压过滤器系统简图

（1）污染物的隔离：液压系统和外界是通过密封壳体隔离开的，由于井下工作环境恶劣，壳体容易受潮腐蚀或者受外物划伤从而密封失效，所以采用高强度、耐腐蚀的壳体材料可以有效降低这种风险的几率。再者，密封圈是橡胶产品，容易在高频率的负载运动中老化变形，从而失效，所以选用特殊处理的密封圈可以有效解决这一问题。在液压系统的乳化液泵站上安装散热装置可有效降低因为超载导致的过热带来的不利影响。这个过程称之为预防。

（2）污染物的分离：这个过程是控制系统污染的最后一道防线，主要依托于过滤器，重点对它展开研究。过滤器有几个重要参数需要控制，过滤精度（决定过滤质量）、纳污能力、抗腐蚀抗冲击能力。应该多精度多层次安装过滤器，在吸油路、回油路和压力回路上都合理安装过滤器，多点共同作用。有个原则，出油路上的过滤器精度要高于回油路。

（3）通过大量实践与研究数据表明，油箱越小，对液压系统的污染控制越好，之前存在一个思维误区，污染物进入油箱后温度下降会有污染物沉淀，所以油箱越大，温度散失越快，污染物沉淀也快。一个液压系统的流量是一定的，在不同油箱体积下VQ的值和液压油的进化能力是有关的，如图3所示。

图3 容积与流量比与净化能力的对比曲线图

由图3可以看出VQ的值越大污染物净化越慢。所以为了提高油箱里油的自净能力，要在不影响系统需要的前提下选用体积尽量小的油箱。

5 总结

在现有技术基础上，采用合理的设备元件和方法可以有效地实现对液压系统的污染控制，提高悬臂式掘进机的稳定性和可靠性是本文主要研究与论述的本质和诉求。本文提出问题，讨论问题的危害性，解决问题的研究并提出实用性较高，在实际中切实可行的方案。即（1）提高密封性和油箱的冷却；（2）优化过滤器，实现多层次过滤；（3）合理缩小油箱体积，提高液压油自净能力。