液壓支架立柱焊接的胎具設(shè)計(jì)

摘要：液壓支架是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備，立柱是其核心部件，起著承載和保壓的作用。立柱的加工問題制約著液壓支架向更大型功能化發(fā)展，文章針對(duì)這一傳統(tǒng)的制造難題，結(jié)合單位的加工條件以及支架生產(chǎn)的技術(shù)要求，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新發(fā)展的原則下，設(shè)計(jì)了實(shí)用高效的加工焊接胎具。

關(guān)鍵詞：液壓支架；立柱；焊接；胎具；中心孔

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）29-0027-02

液壓支架作為煤礦綜采的標(biāo)志和安全保障，為了適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件，相繼研發(fā)出了支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架等。液壓支架是一種利用液體壓力產(chǎn)生支撐力并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移設(shè)來進(jìn)行頂板支護(hù)和管理的一種液壓動(dòng)力裝置，是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備，主要用于水平面和小于等于10°的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。從20世紀(jì)90年代中期開始，我國液壓支架進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。綜采技術(shù)在這個(gè)時(shí)期得到推廣，全國的綜采工作面數(shù)量有了大幅度的提高，同時(shí)液壓支架的使用性能、技術(shù)參數(shù)、穩(wěn)定性和可靠性也有了明顯的提高，支架的架型不斷地豐富。特別是放頂煤開采技術(shù)的成功應(yīng)用，大大地推動(dòng)了放頂煤液壓支架的快速發(fā)展。放頂煤液壓支架的架型按放煤位置分為高位、中位、低位放頂煤支架；按四連方向來分為正四連桿和反四連桿放頂煤支架等。隨著液壓支架國產(chǎn)化進(jìn)程的發(fā)展和我國高端液壓支架需求量的不斷增加，我國液壓支架技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段。國內(nèi)主要的液壓支架生產(chǎn)廠家，如鄭州煤機(jī)廠、北京煤機(jī)廠、平陽重工等都更加注重液壓支架的自主研發(fā)，先后生產(chǎn)出了5m、6m甚至7m的高端液壓支架。在液壓支架結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)方面，對(duì)800MPa、900MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板的焊接性能進(jìn)行了研究；在液壓支架電液控制技術(shù)方面，也進(jìn)行了研究和開發(fā)。我國液壓支架的設(shè)計(jì)和制造水平逐漸接近國際先進(jìn)水平。而且通過其可承受工作阻力，從最初的ZF3200/16/25到ZF15000/25/43等大采高支架，甚至于近年來正在研發(fā)中的更大工作阻力的支架。液壓支架是煤礦井下開采的重要支護(hù)設(shè)備，液壓支架以液壓為動(dòng)力，通過立柱千斤的伸縮實(shí)現(xiàn)整體升降、前移等動(dòng)作，從而達(dá)到支撐頂板的目的，立柱是其核心部件，起著承載和保壓的作用。煤礦井下惡劣的工況環(huán)境，給立柱的使用性能及壽命帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著支架型號(hào)和功能的逐步擴(kuò)展和多樣化，液壓支架立柱焊接的生產(chǎn)工藝成為了制約支架生產(chǎn)和發(fā)展的關(guān)鍵問題，尤其是液壓支架立柱提供初撐力，作為承受礦壓的直接部件，在實(shí)際的綜采生產(chǎn)使用中，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響到生產(chǎn)人員的安全。而且立柱的焊接故障往往是近似于癱瘓的機(jī)械事故，直接影響到礦井生產(chǎn)的進(jìn)度與效率。不僅如此，由于立柱缸底的雙耳結(jié)構(gòu)以及缸筒內(nèi)壁較高的加工精度要求，嚴(yán)重制約了其焊接的加工效率和質(zhì)量，為此做了許多實(shí)際情況的分析和具體的技術(shù)加工研究。

外缸的環(huán)焊工序與活柱等傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)類盤軸零件的焊接相比，首先是其缸口的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)以及使用的精度要求，無法使用三爪卡盤進(jìn)行裝夾，即使是使用外卡的方式也會(huì)影響到加工面的粗糙度、影響實(shí)際使用過程的密封性要求以及礦壓沖擊下的安全系數(shù)實(shí)現(xiàn)情況。其次由于缸底的雙耳結(jié)構(gòu)，在其裝夾的過程中卡盤工具，即便是四爪卡盤借助墊塊進(jìn)行調(diào)節(jié)裝夾，其找正也會(huì)花費(fèi)較多的時(shí)間成本。

對(duì)此制作了如下的胎具，對(duì)于缸口部分的定位與傳動(dòng)，采用圓錐摩擦制動(dòng)，根據(jù)圓錐本身的圓度及良好的定心性，保證了其在使用過程中焊接的均勻性和平整性，以最低限度的焊接熱處理和焊接變形保證了其在實(shí)際使用過程中焊接質(zhì)量的有效抗拉系數(shù)。圓錐使用尼龍材料，在保證其內(nèi)部剛性和表面耐磨的基礎(chǔ)的同時(shí)，利用其硬度小于鋼材的特點(diǎn)，較好地保證了在定位過程中對(duì)密封關(guān)鍵部位的有效保護(hù)以及較小的擠壓力破壞，保證了柱管在與導(dǎo)向套的連接過程中的裝配精度。有效地防止了因裝夾過程的柱管配合面的破壞造成密封圈安裝時(shí)的劃傷及導(dǎo)致螺紋部分不平整造成的串扣等影響支護(hù)動(dòng)力的不利因素。對(duì)于缸底的裝夾固定則采用了活頂尖的形式，在對(duì)缸底加工的同時(shí)鉆削輔助工藝中心孔，保證了中心孔與缸體相對(duì)柱管中心線同心度。對(duì)于中心由于液壓支架立柱升降過程中，缸底作為初撐力與礦壓的提供與承受部分，借助缸底與柱窩的球性支撐面來傳遞力量，如中心孔太大將直接影響其磨合面的壓強(qiáng)，而且容易對(duì)柱窩球性在散落煤矸石的影響下出現(xiàn)擠壓劃傷及受力集中直接影響支架的支護(hù)效果及壽命，甚至出現(xiàn)缸底切軸脫槽的情況。反之，中心孔太小則會(huì)出現(xiàn)頂尖對(duì)缸體支撐力量的情況，容易造成頂尖過度磨損造成的頂尖偏心甚至可能出現(xiàn)缸體離心力作用下的拋出事故隱患，造成設(shè)備和操作人員的傷害。在進(jìn)行多次的理論計(jì)算校核和實(shí)際驗(yàn)證后，采用B5中心孔進(jìn)行對(duì)缸體缸底的定位。

對(duì)于缸體的傳動(dòng)，則根據(jù)缸底的耳座結(jié)構(gòu)，通過耳座寬度制定類似于雞心夾頭的夾板進(jìn)行輔助傳動(dòng)。于未傳動(dòng)狀態(tài)將夾具放置在非傳動(dòng)狀態(tài)，保證操作人員的安全，缸體裝夾完畢后，通過對(duì)缸體小于90°的輔助回轉(zhuǎn)，通過雞心夾頭對(duì)缸體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)前的定位。對(duì)于胎具槽寬度的選擇則采用快速安裝，材料耐磨以及減少傳動(dòng)滯后、便于多點(diǎn)堆焊，其寬度選擇在大于耳座寬度3～5mm的范圍。為防止啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)夾板沖擊斷裂以及降低卡板多次使用造成的牽引變形，與卡槽內(nèi)側(cè)切割有R10的過渡圓弧。夾具A段采用整體切割的方式，使用12mm厚的Q460鋼材，保證其韌性和耐磨性。由于四連桿結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性容易造成夾具的整體后移與缸底耳座脫離的情況，C處采用焊接的固定方式。于D處則在是用加長套筒的同時(shí)焊接有支撐板，支撐板采用采用雙板夾縫接頭，在其與夾板粘合的部位通過蝴蝶螺栓進(jìn)行快速鎖緊以防止運(yùn)行過程中在重力與離心力的作用下夾具甩出耳座的情況。未使用此胎具之前，員工焊接時(shí)只能通過托輥架，在兩人協(xié)作的方式下，一人進(jìn)行缸體的軸向定位，另一人通過收腰的初始環(huán)焊工藝配合焊接，不僅效率低下，而且由于人工傳動(dòng)的非均勻性傳動(dòng)造成了焊縫內(nèi)部焊接質(zhì)量的參次不齊、經(jīng)常滯留氣孔等一系列的焊接缺陷，造成較大的焊接變形和焊接應(yīng)力，直接影響液壓支架的抗壓能力。新胎具的使用在保證使用要求質(zhì)量的同時(shí)，極大地改善了液壓支架立柱的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了高效率高質(zhì)量的立柱焊接加工，減少了支架生產(chǎn)的周期，為更大阻力液壓支架的研究提供了必要的技術(shù)支撐。

通過新的焊接輔助胎具，裝夾較為簡單快捷可靠，使立柱的環(huán)焊工作從低效率的多人協(xié)作到人機(jī)的配合，不僅提高了焊接立柱的效率，極大地提高了焊接的質(zhì)量，而且有效地保證了在礦壓阻力使用過程中支架本身的承受能力，為支架的進(jìn)一步發(fā)展及安全使用，提供了技術(shù)支持。

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作者簡介：尉建輝（1986-），男，山西大同人，大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)制造。