液壓支架油缸漏液問題及其解決方法的研究

馬曉明

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備力泰有限責(zé)任公司， 山西 大同 037036）

引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種大型裝備技術(shù)水平有了大幅度提升。我國作為煤礦大國，對煤礦開采相關(guān)機(jī)械設(shè)備的需求量非常大，同時對其安全性、可靠性也提出了更高的要求。經(jīng)過多年發(fā)展，我國煤礦開采設(shè)備可靠性有了顯著提升[1-2]。但煤礦開采環(huán)境相對比較復(fù)雜，在實(shí)踐過程中，煤礦開采設(shè)備仍然經(jīng)常出現(xiàn)各種故障問題，其中液壓支架油缸漏液問題就是最典型的問題之一[3-4]。如果油缸漏液問題嚴(yán)重，會對機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行構(gòu)成威脅，甚至對設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。一方面對煤礦正常開采造成不利影響，另一方面還會對礦井環(huán)境構(gòu)成污染[5-6]。因此，有必要結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對液壓支架油缸漏油問題進(jìn)行深入分析和研究，找到造成油缸漏油的原因，并采取針對性措施盡可能避免液壓支架油缸出現(xiàn)漏油問題，以延長機(jī)械設(shè)備使用壽命，改善礦井工作環(huán)境，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 液壓支架的結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1 礦用液壓支架整體結(jié)構(gòu)圖

2 液壓支架油缸漏液問題分類

對于礦用液壓支架而言，千斤頂和立柱等液壓缸類元件都有可能出現(xiàn)漏液問題?？傮w而言，可以將這些漏液問題劃分成為兩類，分別為內(nèi)部泄漏和外部泄漏。

2.1 內(nèi)部泄漏

所謂內(nèi)部泄露指的是在液壓缸體內(nèi)出現(xiàn)了液體泄漏問題，主要是指高壓側(cè)液體漏到低壓側(cè)，導(dǎo)致高壓側(cè)內(nèi)部整體壓力丟失，降低了液壓系統(tǒng)的性能。當(dāng)泄漏問題達(dá)到一定程度時，就會導(dǎo)致立柱動作不受控制，對頂板安全構(gòu)成威脅。內(nèi)部泄露問題的特性決定了人們很難及時發(fā)現(xiàn)泄漏問題，尤其是泄露問題不嚴(yán)重時更加難以發(fā)現(xiàn)。但是泄漏問題卻會對機(jī)械設(shè)備的性能構(gòu)成危害，所以有必要采取措施強(qiáng)化泄漏問題的檢測工作。

2.2 外部泄漏

外部泄漏指的是液壓缸內(nèi)的液體泄漏到缸體外部，主要表現(xiàn)在缸體縫隙、活塞桿和液壓接頭部位出現(xiàn)液體泄漏。外部泄漏同樣會導(dǎo)致液壓缸內(nèi)的壓力降低，損害其工作性能，威脅采區(qū)安全。外部泄漏與內(nèi)部泄漏相比較，還會造成工作環(huán)境的污染問題，但容易被工作人員發(fā)覺，有利于日常的維護(hù)和檢修。

3 液壓支架油缸漏液問題原因的分析

3.1 不合適的密封設(shè)計選型導(dǎo)致的漏液問題

3.1.1 不合適的活塞桿密封選型

在選擇活塞桿密封形式時，必須重點(diǎn)考慮密封形式的抗瞬時高壓沖擊性能，因?yàn)橐簤焊變?nèi)經(jīng)常會出現(xiàn)瞬間壓力沖擊。如果活塞桿密封無法承受瞬間壓力波動沖擊就會加快其損壞過程，最終引發(fā)漏液問題。下頁圖2所示為活塞桿常用的密封形式，主要包含兩種形式，即蕾形密封和Y形密封。不同密封形式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，適用于不同的環(huán)境。如果不對這些密封形式結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分分析，就達(dá)不到想要的密封效果。

3.1.2 不合適的活塞頭密封選型

液壓缸內(nèi)低壓側(cè)和高壓側(cè)之間需要通過活塞頭密封進(jìn)行隔離，如果密封不合理就會造成缸內(nèi)漏液。工作環(huán)境的復(fù)雜性對活塞頭密封提出了較高的要求。普通蕾形圈和O形圈很難達(dá)到實(shí)際工作需要，實(shí)踐證明這類密封圈很容易出現(xiàn)缸內(nèi)漏液問題。圖3所示為當(dāng)前階段常用的礦用液壓支架活塞頭密封形式。其中鼓形密封圈的優(yōu)勢在于具有相對較大的接觸面積，因此其整體穩(wěn)定性非常高，一般不會出現(xiàn)翻滾問題，但是這類密封形式要求開放式溝槽。當(dāng)前階段，部分性能較高的液壓支架中使用較多的為組合式活塞密封圈，如圖3-2所示，組合式活塞密封圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但整體性能較好。

圖2 活塞桿密封形式

圖3 活塞頭密封形式

3.2 零件制造與裝配誤差導(dǎo)致的漏液問題

3.2.1 液壓缸體材質(zhì)

液壓缸體性能會對漏液問題造成一定程度影響。如果液壓缸體材料性能較低，在礦井復(fù)雜工作環(huán)境下容易出現(xiàn)銹蝕問題，進(jìn)而增加缸體表面粗糙度，加劇液壓缸體的磨損，最終引發(fā)缸體漏液故障問題。

3.2.2 密封槽尺寸

在對孔和軸進(jìn)行密封時，要求將密封圈置入對應(yīng)的密封槽內(nèi)。密封溝槽的規(guī)格尺寸對密封效果有決定性影響。在對密封溝槽進(jìn)行設(shè)計時，雖然會根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊合理選用規(guī)格尺寸，但受加工技術(shù)水平限制，在加工制造過程中會形成加工誤差，一旦加工誤差較大就會影響密封性能。主要表現(xiàn)在密封壓縮量不夠、密封圈出現(xiàn)翻滾問題等。為了避免溝槽加工誤差對密封性能造成的影響，可對密封圈結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，圖4所示為O形圈+擋圈的密封結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)踐中取得了較好的應(yīng)用效果。

3.2.3 缸筒加工制造質(zhì)量

在加工缸筒時如果加工誤差較大，使得缸體內(nèi)缸壁與缸口之間出現(xiàn)了位置公差，會對密封效果造成不利影響。另一方面，缸筒內(nèi)缸壁的直線度和圓柱度等如果達(dá)不到設(shè)計要求，其在工作過程中會出現(xiàn)不同位置壓縮量不均勻的問題，嚴(yán)重時會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，這些故障都會加劇油缸漏液問題。

圖4 O形圈+擋圈密封結(jié)構(gòu)

3.3 設(shè)備服役環(huán)境對漏液的影響

3.3.1 工作環(huán)境的影響

礦井工作環(huán)境復(fù)雜，液壓支架在這樣的環(huán)境下工作會影響液壓系統(tǒng)的工作性能。油缸在礦井工作時，周圍環(huán)境容易對其造成污染。很多細(xì)小的粉塵容易黏附在油缸表面，最終被帶入油缸內(nèi)部，對密封系統(tǒng)造成損壞，進(jìn)而引發(fā)油缸漏液問題。

3.3.2 設(shè)備老化的影響

設(shè)備老化是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，這是一個不可避免的問題。設(shè)備在正常使用過程中必然會出現(xiàn)老化問題，對于液壓支架液壓系統(tǒng)的密封同樣如此。應(yīng)對設(shè)備老化問題最有效的辦法就是加強(qiáng)日常維護(hù)和檢修，及時更換出現(xiàn)老化問題的零部件。

4 液壓支架油缸漏液問題的解決辦法

1）在設(shè)計選用密封形式和密封槽結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該綜合考慮多方面因素，比如工作時的壓力尤其要重點(diǎn)考慮瞬間沖擊壓力，以及密封圈的安裝位置等。在充分研究分析不同類型密封形式的優(yōu)勢和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況合理選用符合要求的密封結(jié)構(gòu)形式。另外，當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)日新月異，涌現(xiàn)出了很多新材料、新技術(shù)、新工藝，有必要時刻關(guān)注這些科技動態(tài)，選用新型的具有更高性能的密封圈材料。

2）合理選用液壓缸材質(zhì)并提升加工制造水平，采取有效措施避免液壓缸在工作中出現(xiàn)過度腐蝕現(xiàn)象，保證液壓缸的加工精度、位置公差、粗糙度等都滿足設(shè)計要求，同時還要加強(qiáng)液壓系統(tǒng)的裝配精度，避免出現(xiàn)裝配誤差。

3）強(qiáng)化乳化液的清潔工作，避免雜質(zhì)進(jìn)入乳化液系統(tǒng)。同時做好煤礦井下防塵工作，避免過多粉塵黏附到缸體表面，進(jìn)而進(jìn)入缸體內(nèi)部。因?yàn)橐坏╇s質(zhì)進(jìn)入缸體內(nèi)部，必然會對密封系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷。在實(shí)踐過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況積極查找雜質(zhì)可能進(jìn)入缸體內(nèi)部的渠道。從源頭出發(fā)，將雜質(zhì)隔絕在缸體外部。

4）日常維護(hù)和檢修是及時發(fā)現(xiàn)油缸漏液問題的重要渠道。因此必須加強(qiáng)日常維護(hù)檢修工作，確保能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)油缸漏油問題，并采取對應(yīng)措施對其進(jìn)行維護(hù)，避免小問題引發(fā)大問題。比如針對活塞桿磨損和滲漏等問題，在發(fā)現(xiàn)后應(yīng)該及時向有關(guān)部門匯報，由維修部門及時進(jìn)行維修。

5 結(jié)論

液壓支架是煤礦開采中的重要機(jī)械設(shè)備之一，在保障井下安全方面發(fā)揮著重要作用。而液壓支架油缸漏液問題會嚴(yán)重?fù)p害機(jī)械設(shè)備的性能，威脅采區(qū)安全。由于煤礦井下工作環(huán)境相對復(fù)雜，造成液壓支架油缸漏液問題的原因也是多方面的。這就要求相關(guān)工作人員在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找到導(dǎo)致漏液問題的根本原因，在此基礎(chǔ)上從源頭出發(fā)，有針對性地采取措施來解決油缸漏液問題。