液壓支架立柱的維修分析

張 聰

（山西方華機(jī)械有限公司，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

液壓支架在煤礦井下生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的支護(hù)作用，液壓支架性能的穩(wěn)定性直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)。立柱作為液壓支架的主要承載部件，在緩沖頂板周期載荷沖擊、調(diào)節(jié)支架高度及維持支架受力平衡方面起著重要作用[1]。由于立柱工況的特殊性，立柱外缸、中缸、活柱及缸內(nèi)密封件較容易出現(xiàn)故障，立柱的故障直接影響液壓支架的可靠性，容易引起安全事故。加上立柱相關(guān)零部件體積較大，維修及更換不方便。液壓支架立柱的日常保養(yǎng)及科學(xué)的維修技術(shù)越來(lái)越受到重視。

1 立柱的工作原理

液壓支架立柱主要包括：外缸、中缸、活柱、小導(dǎo)向套和大導(dǎo)向套等部分，工作原理與多級(jí)缸類(lèi)似，可滿足高承載力、大工作行程的使用特點(diǎn)。當(dāng)立柱執(zhí)行上升動(dòng)作時(shí)，通過(guò)扳動(dòng)手柄或控制裝置打開(kāi)對(duì)應(yīng)的液壓閥，乳化液沿管路從進(jìn)油口進(jìn)入外缸，乳化液推動(dòng)中缸首先伸出，隨著乳化液的注入，外缸乳化液逐漸充滿，中缸達(dá)到既定行程碰觸到導(dǎo)向套后，乳化液開(kāi)始進(jìn)入中缸中，乳化液推動(dòng)中缸內(nèi)的活柱伸出達(dá)到需要的高度[2]。

2 立柱常見(jiàn)的故障及原因分析

2.1 密封損壞

立柱缸口靜密封的損壞會(huì)使外界的雜質(zhì)跟隨中缸或活柱進(jìn)入缸體內(nèi)腔，造成乳化液污染，雜質(zhì)會(huì)加速液壓元件的磨損、相關(guān)閥組卡閥，甚至影響整個(gè)液壓系統(tǒng)的壽命。內(nèi)部保壓密封件的失效會(huì)引起外缸與中缸或中缸與活柱之間串液或漏液[3]，立柱內(nèi)油液壓力不能保持，支撐力下降。密封失效的主要原因包括：立柱偏載，外缸、中缸或活柱刮傷等方面。

2.2 缸體內(nèi)壁腐蝕

立柱外缸、中缸材料通常采用具有高強(qiáng)度和耐磨性的27SiMn合金鋼，缸內(nèi)壁采用珩磨或刮削滾光工藝，立柱的工作介質(zhì)是乳化液，缸壁依靠乳化液內(nèi)的添加劑來(lái)防銹、防腐。一般不進(jìn)行電鍍處理。但是由于乳化液品質(zhì)、乳化液濃度或水質(zhì)等因素的影響，缸壁常發(fā)生腐蝕，腐蝕坑容易損壞密封件，同時(shí)也影響密封系統(tǒng)的密封效果。

2.3 缸口腐蝕

外缸與中缸的缸口是裝配密封件的通道，為了便于密封件的裝配，避免缸口對(duì)密封件的損傷，缸口一般預(yù)留15°～30°的工藝倒角。使用過(guò)程中如果缸口出現(xiàn)腐蝕，腐蝕坑口會(huì)割傷密封件，造成密封件出現(xiàn)刮傷，在乳化液壓力的作用下，密封件損壞部位逐漸增大失去密封效果。因此，缸口腐蝕直接影響裝配質(zhì)量。立柱缸口腐蝕原因比較復(fù)雜，腐蝕位置主要發(fā)生在靜密封與缸口接觸的位置。靜密封段乳化液壓差微小，基本沒(méi)有乳化液的流動(dòng)，空間相對(duì)封閉，乳化液的品質(zhì)變化及雜質(zhì)清理不及時(shí)會(huì)引起缸口的腐蝕[3]。

2.4 缸口圓度超差

液壓支架使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)立柱外缸與中缸缸口圓度超差現(xiàn)象，圓度超差影響缸口與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向套之間的配合關(guān)系，摩擦阻力加大，加快導(dǎo)向套的局部磨損，嚴(yán)重的會(huì)造成導(dǎo)向套螺紋研死，立柱拆裝難度加大。造成缸口圓度超差的主要原因是：立柱油缸結(jié)構(gòu)形式屬于二級(jí)缸，立柱工作時(shí)一般呈10°～30°角傾斜放置，由于油缸累計(jì)行程較大，加上活柱、中缸與外缸筒之間的縫隙，缸體并非嚴(yán)格意義上的只受軸向作用力，立柱工作時(shí)油缸除了受軸向力外，在缸口處還受到一部分彎矩的作用，彎矩的存在會(huì)導(dǎo)致缸口處偏載，偏載作用加速缸口處局部磨損造成圓度超差[4]。

2.5 電鍍層的損壞

為了提高中缸及活柱的耐磨性能，立柱加工過(guò)程中一般在中缸及活柱外表面進(jìn)行電鍍處理，立柱使用一段時(shí)間后由于電鍍層質(zhì)量問(wèn)題、偏載及乳化液品質(zhì)等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)電鍍層腐蝕、起皮、脫落等現(xiàn)象。電鍍層的損壞會(huì)加速密封件的磨損。

3 立柱常見(jiàn)故障的處理技術(shù)

3.1 缸體修復(fù)技術(shù)

缸體的修復(fù)需要根據(jù)實(shí)際磨損情況選擇不同的修復(fù)工藝。

（1）珩磨修復(fù)

缸體內(nèi)表面的腐蝕或輕微劃痕（深度小于0.25 mm），一般是采用珩磨工藝來(lái)修復(fù)內(nèi)孔，珩磨工藝表面質(zhì)量好、精度高。隨著密封件材料技術(shù)的不斷發(fā)展，目前缸徑可允許珩磨的最大尺寸為+0.6 mm，密封件可使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)[5]。

（2）配制非標(biāo)準(zhǔn)密封

如果立柱偏載現(xiàn)象不明顯，缸體內(nèi)表面磨損比較均勻、尺寸超差滿足使用要求，或經(jīng)過(guò)珩磨工藝修復(fù)后的缸體直徑偏差查過(guò)允許值時(shí)，可直接加大密封件的尺寸，采用非標(biāo)密封件補(bǔ)償密封間隙。由于缸體內(nèi)表面直徑因磨損或珩磨增大，非標(biāo)密封件的配合間隙需要滿足“最大擠出間隙”的要求，才能有效發(fā)揮密封作用。間隙過(guò)大會(huì)導(dǎo)致密封受壓后發(fā)生大的變形擠入間隙內(nèi)，致使密封件損壞。配做非標(biāo)密封件時(shí)，需要咨詢專(zhuān)業(yè)密封生產(chǎn)廠家并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）缸體內(nèi)孔再制造技術(shù)

缸體內(nèi)孔表面磨損、腐蝕導(dǎo)致尺寸超差，并且缸體無(wú)變形、無(wú)裂紋，可實(shí)施熔覆錳銅合金再制造技術(shù)。錳銅合金(Zn 0.15%、Mn 10.13%、Ni 2.26%、Fe 3.58%、余量為銅)，錳銅合金具有較高的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度可達(dá)430 MPa，表面硬度HB 190～210。耐磨、抗蝕性、加工性能良好，修復(fù)后的缸體滿足井下使用要求[6]。缸體內(nèi)孔再制造工藝路線如下。

1）粗車(chē)缸體內(nèi)孔

利用車(chē)床粗車(chē)缸體內(nèi)表面，將損壞層去除，露出缸體材料，為下一步熔覆錳銅合金預(yù)留空間。

2）缸體內(nèi)表面熔覆銅合金

利用鎢極氬弧焊技術(shù)在完成車(chē)削后的缸體內(nèi)表面熔覆錳銅合金，錳銅合金單邊厚度為2.4～3.0 mm。

3）車(chē)削加工

缸體內(nèi)完成熔覆后再進(jìn)行車(chē)削，并給珩磨預(yù)留加工余量。

4）珩磨

珩磨完成車(chē)削后的缸體內(nèi)表面至設(shè)計(jì)尺寸，表面粗糙度為Ra 0.4。

3.2 缸口修復(fù)工藝

針對(duì)缸口腐蝕與圓度超差等問(wèn)題，一般采用熔覆不銹鋼的工藝來(lái)修復(fù)。不銹鋼具有防銹、耐腐蝕的特點(diǎn)，滿足井下使用要求。首先，粗車(chē)缸口區(qū)域，車(chē)削深度推薦為3 mm，露出缸體材料，車(chē)削時(shí)注意空間大小，防止打刀；其次，采用環(huán)縫焊機(jī)在缸口完成車(chē)削的區(qū)域堆焊不銹鋼，焊接時(shí)注意缸體表面的保護(hù)；最后，將完成堆焊的缸體進(jìn)行時(shí)效處理，消除焊接應(yīng)力后再進(jìn)行粗車(chē)、精車(chē)加工至要求尺寸[7]。

3.3 立柱中缸及活柱外表面電鍍層修復(fù)

目前激光熔覆技術(shù)比較成熟，操作簡(jiǎn)單，環(huán)保性好，與母材結(jié)合強(qiáng)度高，不銹鋼成份可根據(jù)水質(zhì)及密封材料進(jìn)行配置。針對(duì)立柱外表面電鍍層損傷問(wèn)題，可采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行處理。具體工藝路線是：車(chē)削中缸、活柱外表面損壞的電鍍層→激光熔覆不銹鋼→粗車(chē)熔覆不銹鋼后的外表面→精車(chē)→拋光至需要的粗糙度。不銹鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 100 MPa，硬度大于HRC50。完成激光熔覆不銹鋼再制造的中缸及活柱外表面壽命普遍超過(guò)電鍍處理。很好地滿足了井下復(fù)雜工況條件[8]。

4 結(jié)論

立柱的性能穩(wěn)定是液壓支架可靠性的必要保證，隨著橡塑材料、熔覆技術(shù)的不斷發(fā)展，立柱的修復(fù)技術(shù)不斷提高，極大地增強(qiáng)了立柱防銹、抗腐蝕能力，提高了立柱的使用壽命，一些原來(lái)作報(bào)廢處理的零部件可得到修復(fù)，節(jié)省大量成本。