液壓缸活塞桿復(fù)合不銹鋼板技術(shù)的研究與應(yīng)用

付偉　賀志杰

摘要：近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道，國(guó)家大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)，鋼鐵等基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)液壓支架也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，綜采技術(shù)全面推廣，全國(guó)的綜采工作面數(shù)量有了大幅度的提高。文章對(duì)液壓支架液壓缸活塞桿不銹鋼技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：液壓支架；液壓缸；活塞桿；復(fù)合不銹鋼板技術(shù)；綜采技術(shù)；綜采工作面 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH122 文章編號(hào)：1009-2374（2016）28-0014-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.008

隨著國(guó)家政策對(duì)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度加大，煤炭市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，煤炭企業(yè)必須強(qiáng)化管理、挖潛增效，以科技創(chuàng)新帶動(dòng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升，方能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟。文中突出的“不銹鋼覆合工藝”傳統(tǒng)修復(fù)工藝相比具有較大優(yōu)勢(shì)，不銹鋼覆合技術(shù)使井下裝備達(dá)到一次投入，長(zhǎng)期使用的效果，改變了過去投入大、使用周期短，頻繁更換修復(fù)的不良現(xiàn)狀，既大大降低了每年投入的修理費(fèi)，又提高了裝備的安全可靠性。

1 設(shè)計(jì)思路與主要研究?jī)?nèi)容

1.1 總體設(shè)計(jì)思路

通過調(diào)研，結(jié)合國(guó)家對(duì)環(huán)保新的政策與要求以及電鍍行業(yè)情況，選擇引進(jìn)或委托承修商共同研究開發(fā)新的立柱、千斤頂防腐技術(shù)。目前集團(tuán)各礦都存在原煤開采成本極高，再加上近幾年煤炭經(jīng)濟(jì)效益下滑，煤炭企業(yè)出現(xiàn)大面積的虧損。為了節(jié)約成本、減少立柱、千斤頂?shù)男蘩碣Y金投入，提高設(shè)備使用效率，經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定對(duì)立柱、千斤頂進(jìn)行新的防腐技術(shù)改造，并順利實(shí)現(xiàn)對(duì)集團(tuán)目前井下立柱、千斤頂?shù)姆栏芯浚罱K實(shí)現(xiàn)液壓支架立柱、千斤頂使用壽命的延長(zhǎng)。

1.2 研究的主要內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在研究分析液壓支架立柱、千斤頂?shù)脑诰鹿ぷ髅娴氖芰头栏闆r，煤礦井下的工況等情況，為了提高液壓支架立柱、千斤頂?shù)墓ぷ餍?、延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)研究開發(fā)：（1）對(duì)液壓支架立柱的結(jié)構(gòu)分析；（2）對(duì)液壓支架立柱的各段受力分析；（3）對(duì)液壓支架立柱的工況情況及腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析；（4）對(duì)液壓支架立柱的腐蝕情況進(jìn)行分析；（5）對(duì)液壓支架立柱的電鍍、激光熔覆進(jìn)行分析；（6）對(duì)液壓支架立柱不銹鋼覆材進(jìn)行分析。

2 需求分析與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 需求分析

2.1.1 立柱的腔體密封帶復(fù)合雙向不銹鋼，通過工藝控制，極大程度地提高了油缸內(nèi)腔面的硬度和耐腐蝕性，提高了密封帶的耐磨性能、抗氧化和耐腐蝕性能，從根本上解決了立柱易銹蝕易損壞的難題。

2.1.2 不銹鋼復(fù)合技術(shù)修復(fù)范圍寬，不僅可以完全替代傳統(tǒng)的電鍍修復(fù)方法，還能修復(fù)還原其無法修復(fù)的大面積銹蝕、氧化面、輕度彎曲、漲缸部件的精度及粗糙度，大大降低了油缸的報(bào)廢率。

2.1.3 因?yàn)殡p向不銹鋼材料的優(yōu)異特性，經(jīng)復(fù)合工藝的控制，使部件壽命提高了3～5倍，從而延長(zhǎng)了立柱及千斤頂?shù)氖褂脡勖?/p>

2.1.4 立柱及千斤頂?shù)氖褂脡勖娱L(zhǎng)3年以上，大幅降低了大修周期，同期減少了設(shè)備更換時(shí)間，節(jié)約了人力和物力，提高了設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。

2.1.5 經(jīng)過雙向不銹鋼復(fù)合再制造的油缸，其硬度高、耐腐蝕、耐磨損、事故率低且可重復(fù)修復(fù)，確保了煤礦正常、高效生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于活塞桿，為取代電鍍修復(fù)，與內(nèi)鑲不銹鋼套修復(fù)油缸相比難度要大得多，關(guān)鍵是不銹鋼套與活塞桿的結(jié)合，不能有間隙，還要有硬度。幾經(jīng)周折，最早采用冷凍技術(shù)，就是把要復(fù)合的活柱體放入液態(tài)氮中冷卻使得外徑尺寸縮小，壓入不銹鋼套，恢復(fù)到常溫時(shí)，利用熱脹原理使得活柱體與不銹鋼套緊密結(jié)合。后采用加熱不銹鋼套的辦法，把加熱后熱脹的不銹鋼套快速套入常溫下的活柱體，利用冷縮原理抱緊，都不太成功，且不適合批量生產(chǎn)。后采用卷焊和壓焊使得不銹鋼與活柱體結(jié)合，也嘗過試鋼管纏繞焊接，也都不理想。我們歷時(shí)三年多，又嘗試了等離子噴涂、不銹鋼絲補(bǔ)焊、激光熔覆等多種工藝方法，其中電焊補(bǔ)焊效率低、熱變形大、效率低；等離子噴涂結(jié)合不是分子結(jié)合（屬于微顆粒）不適用高壓密封面，且經(jīng)磕碰會(huì)脫落；激光熔覆也是一種新型修復(fù)工藝，熱變形小，修復(fù)精度高，缺點(diǎn)是設(shè)備、粉末昂貴，修復(fù)成本太高。經(jīng)過不斷汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不銹鋼復(fù)合方案最后確定采用冷壓和環(huán)焊技術(shù)，最初沒有專用設(shè)備，利用壓力機(jī)改造，利用單體柱活柱試驗(yàn)不同的材質(zhì)、不同過盈量、環(huán)縫焊接等，經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終成功攻破難題，達(dá)到原設(shè)計(jì)技術(shù)要求，且防銹免維護(hù)，大大降低了重復(fù)修理成本。

3 立液壓支架液壓缸活塞桿復(fù)合不銹鋼板技術(shù)實(shí)施方案

3.1 缸筒不銹鋼復(fù)合分步工序

3.1.1 不銹鋼套制作。

工藝路線：下料→卷板→直縫鎢極氬氣保護(hù)焊→焊縫處理→熱處理

3.1.2 機(jī)體預(yù)處理。

工藝路線：截缸底→倒角→鏜內(nèi)孔

3.1.3 不銹鋼復(fù)合制作。

工藝路線：壓裝→滾壓→倒角

3.1.4 復(fù)合體焊接。

工藝路線：坡口加工→封焊→組對(duì)→鎢極氬弧焊→焊縫處理

3.1.5 后續(xù)處理。

工藝路線：機(jī)加工→焊缸底→試驗(yàn)檢驗(yàn)

如圖1所示，其包括缸體1，在缸體1內(nèi)鑲嵌有缸套2，由于缸套2是薄壁件，故采用滾輪將缸體1和缸套2滾壓貼合成一體。穿過缸體1和缸套2設(shè)有油孔3，用于流通液壓油，油孔3內(nèi)設(shè)有油管套4，在缸體1外邊面上對(duì)應(yīng)油孔3和油管套4設(shè)置有油嘴5。在缸體1內(nèi)腔一端設(shè)有倒角6，倒角6外側(cè)相鄰設(shè)有溝槽7，缸體1內(nèi)腔另一端設(shè)有沉臺(tái)8。缸套2一端與沉臺(tái)8底部平齊，且通過環(huán)焊方法使缸體1和缸套2形成無縫連接，密封性能好；缸套2另一端與設(shè)有倒角6的缸體1內(nèi)壁相貼合，以保護(hù)缸體1的倒角6部分免受損傷。在缸體1上設(shè)有沉臺(tái)8的一端外部設(shè)有錐形面9，用于裝配底座10后形成缸體1與底座10的環(huán)焊區(qū)11，環(huán)焊區(qū)11與缸體1外表面保持平整。底座10上設(shè)有油孔12，油孔12外端設(shè)有油嘴13，用于液壓油的流通。缸套2和油管套4均為不銹鋼材料，充分發(fā)揮了不銹鋼材料耐酸堿、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，大大增加了部件表面硬度，大大提高了部件表面粗糙度，提高了缸體1的使用壽命。缸套2的厚度可分為1.5mm和2mm兩種，修復(fù)范圍寬，大大降低了油缸1的報(bào)廢率且缸套2的使用壽命在3年以上，使用壽命長(zhǎng)。倒角6的角度為15°，錐形面9的錐度為45°。

3.2 活塞桿復(fù)合不銹鋼分步工序

3.2.1 不銹鋼套制作。

工藝路線：下料→卷板→直縫鎢極氬氣保護(hù)焊→焊縫處理→熱處理

3.2.2 機(jī)體預(yù)處理。

工藝路線：除銹→整形→機(jī)加工

3.2.3 不銹鋼復(fù)合制作。

工藝路線：壓裝→磷化→復(fù)合壓延→機(jī)加工

3.2.4 復(fù)合體焊接。

工藝路線：坡口加工→封焊→組對(duì)→鎢極氬弧焊→焊縫處理

3.2.5 后續(xù)處理。

工藝路線：機(jī)加工→拋光整形→試驗(yàn)檢驗(yàn)

千斤頂、立柱活塞桿，根據(jù)鑲套的厚度，確定活塞桿桿體的外徑切削量，為保證鋼套與活塞桿桿體表面緊密，避免擠壓時(shí)鋼套與活塞桿桿體相對(duì)移動(dòng)，活塞桿加工后表面粗糙度為：Ra6.3μm。

活塞桿直徑70～150mm，鋼套內(nèi)徑小于活塞桿外徑0.1～0.2mm的過盈余量緊配合。

活塞桿直徑150～230mm，鋼套內(nèi)徑小于活塞桿外徑0.2～0.3mm的過盈余量緊配合。

活塞桿直徑230～320mm，鋼套內(nèi)徑小于活塞桿外徑0.3～0.4mm的過盈余量緊配合。

通過壓力機(jī)將鋼套壓入活塞桿桿體。立柱一端倒150角便利裝套。裝上套后，用專用錐形工裝模具涂上潤(rùn)滑劑擠壓鋼套（潤(rùn)滑劑配方為牛油和碳酸鈣粉，以7∶3配比加熱后混合液潤(rùn)滑）。擠壓目的為：活塞桿桿體表面與鋼套緊密接觸，同時(shí)鋼套經(jīng)擠壓而產(chǎn)生變形硬化，提高鋼套表面硬度。最后用環(huán)焊機(jī)氬弧焊將兩端結(jié)合部焊接成無縫連接。焊接前，應(yīng)對(duì)鑲嵌活塞桿嚴(yán)格檢查，端頭鋼套與活塞桿桿體結(jié)合處必須緊密結(jié)合，否則焊接時(shí)將會(huì)出現(xiàn)焊孔，燒焦、結(jié)瘤等缺陷。

密封性能好：鋼套2另一端與設(shè)有倒角4的活塞桿桿體1內(nèi)壁相貼合，以保護(hù)缸體1的倒角3部分免受損傷。

鋼套2為不銹鋼材料，充分發(fā)揮了不銹鋼材料耐酸堿、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，提高了活塞桿的使用壽命。

鋼套2的厚度可分為1.0mm、1.2mm、1.5mm三種，修復(fù)范圍寬，大大降低了活塞桿的報(bào)廢率。

活塞桿一端倒角3的角度為15°、錐形面4的錐度為45°。

4 結(jié)語(yǔ)

液壓支架立柱防腐都以電鍍?yōu)橹?，但根?jù)國(guó)家最新的環(huán)保政策與電鍍行業(yè)的現(xiàn)狀，急需立柱防腐的新技術(shù)，而立柱防腐不銹鋼復(fù)合工藝在八礦的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了平煤集團(tuán)及全國(guó)在防腐不銹鋼復(fù)合工藝零的突破，填補(bǔ)了平煤集團(tuán)及全國(guó)這方面的空白，為立柱防腐不銹鋼復(fù)合工藝在平煤集團(tuán)及全國(guó)推廣應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和較高的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015，（21）.

作者簡(jiǎn)介：付偉（1980-），男，河南息縣人，中國(guó)平煤神馬集團(tuán)設(shè)備租賃分公司工程師，研究方向：設(shè)備管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）