礦用液壓支架導(dǎo)向套鍛造方法的研究

郭成良

（大同市同煤集團機電裝備公司中央機廠，山西大同 037000）

0 引言

煤礦作為國家重要的能源，其開采效率及開采量直接影響著國家的快速發(fā)展，同時，也對煤礦設(shè)備的工作性能及作業(yè)安全提出了更高要求[1]。礦用液壓支架作為井下作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，保證其具有較高的結(jié)構(gòu)性能，已成為目前提高井下設(shè)備綜合性能的重要方向，而導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)則是影響液壓支架的關(guān)鍵因素[2]。目前，導(dǎo)向套的加工方式主要采用機加方式進行，存在加工量大、加工效率低等問題，部分廠家也采用了鍛造方式進行導(dǎo)向套的加工，但仍無法保證其結(jié)構(gòu)強度。改變導(dǎo)向套的加工方式，對其鍛造方法和工藝過程進行改進設(shè)計，是提高導(dǎo)向套生產(chǎn)效率及結(jié)構(gòu)強度的重點研究內(nèi)容。

本文分析了當前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能，通過對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點進行分析，對其鍛造過程進行了鍛造工藝設(shè)計，并將該鍛造工藝方法進行了現(xiàn)場操作測試。結(jié)果表明，采用此鍛造方法對導(dǎo)向套進行加工，能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這對提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性具有重要作用。

1 液壓支架結(jié)構(gòu)組成

礦用液壓支架主要包括：滑動梁、頂梁、前伸梁、底座和雙向液壓支架等部件，有著更簡單的結(jié)構(gòu)、輕便的體積、更強的整體性，運作更靈活，操作也更簡單[3]?？蓮V泛應(yīng)用于井下各類復(fù)雜環(huán)境下的支護作業(yè)。其工作原理為：在液壓支架在升架過程中，首先將高壓油注入值立柱中的液壓缸中，帶動活塞的運動，并使其平穩(wěn)上升至支護位置，促使巷道中的頂板與頂梁能實現(xiàn)較好的接觸；在千斤頂?shù)耐苿幼饔孟拢蓪崿F(xiàn)液壓支架與刮板輸送機的同步移動。其中，導(dǎo)向套是液壓支架中的重要組成部件，主要與液壓支架中推移連接頭進行緊密接觸，實現(xiàn)連接頭的導(dǎo)向移動作用；在此過程中，導(dǎo)向套與連接頭之間添加了潤滑油，可降低兩部件之間的接觸摩擦力；而連桿結(jié)構(gòu)可通過連桿之間的相互調(diào)節(jié)，對頂梁前端進行支撐，有效防止頂梁向前發(fā)生傾斜現(xiàn)象，提高了液壓支架的支撐穩(wěn)定性。目前，具有更加先進的液壓支架系統(tǒng)已在各大煤礦進行了推廣和應(yīng)用。

2 導(dǎo)向套特點

由于液壓支架中的導(dǎo)向套連接頭之間存在相互的摩擦接觸，承受著來自連接頭軸向和橫向的外界載荷作用，導(dǎo)致對導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強度具有較高要求[4]。目前，部分液壓支架中的導(dǎo)向套采用了鑄造方式進行部件生產(chǎn)，但存在結(jié)構(gòu)強度較低、表明光滑度較差等問題，無法較好地滿足導(dǎo)向套的使用需求。因此，經(jīng)過不斷的性能提升，采用了鍛造方式進行部件加工，且大部分導(dǎo)向套采用了45號鋼材料進行鍛造。經(jīng)過高溫處理并鍛造后的導(dǎo)向套具有更高的結(jié)構(gòu)強度，整體耐磨性也大大提高[5]。導(dǎo)向套的鍛造過程包括了下料、制坯、多次鍛壓、沖小孔、擴孔等工藝過程，操作步驟相對簡單。同時，一些廠家在導(dǎo)向套生產(chǎn)過程中，采用較好的原材料進行加工，加大了原材料的浪費。鑒于導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)長度相對較小，在鍛造原材料選擇上，可選用一些滿足導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)尺寸的邊角余料進行鍛造加工，有效節(jié)約了材料成本[6]。對液壓支架中的導(dǎo)向套進行鍛造加工，已成為當下主要的加工方式。

3 導(dǎo)向套鍛造過程

鍛造是一種快速實現(xiàn)結(jié)構(gòu)成型、改變材料結(jié)構(gòu)屬性、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本的重要機械零件加工方法。結(jié)合前文對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點分析，對導(dǎo)向套的鍛造工藝過程進行如下分析。

3.1 導(dǎo)向套鐓粗

根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)尺寸，選擇原材料或者邊角余料進行導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)下料操作后，將其放置在鍛造工作臺上，開啟鍛造機設(shè)備，通過鍛造機對導(dǎo)向套的原材料進行施加壓力，使其整體結(jié)構(gòu)向下發(fā)生壓縮變形趨勢。在整個變形過程中，導(dǎo)向套會向阻力較小方向發(fā)生形變，高度的逐漸降低，會使其結(jié)構(gòu)整體橫截面積增加，呈現(xiàn)變粗現(xiàn)象。因此，在鐓粗過程中，需有效控制導(dǎo)向套壓縮變形后的高度，保證鐓粗后結(jié)構(gòu)尺寸滿足最終導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)需求。

3.2 導(dǎo)向套沖孔

根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)特點，其中心需進行通孔的加工。因此，在完成導(dǎo)向套鐓粗工藝后，需對其結(jié)構(gòu)進行沖孔作業(yè)[7]。由于導(dǎo)向套的中心通孔尺寸相對較大，在沖孔過程中，不能一次性完成結(jié)構(gòu)的沖孔工藝。最終，采用了第一次沖孔、第二次沖孔的鍛造方式進行通孔加工。其中，第一次沖孔采用從導(dǎo)向套正面對通孔進行沖孔操作，之后將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn)，從另一面對導(dǎo)向套進行第二次沖孔，由此保證整個導(dǎo)向套的通孔尺寸基本相同。導(dǎo)向套的具體沖孔示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 第一次沖孔

圖2 第二次沖孔

3.3 導(dǎo)向套擴孔

在完成導(dǎo)向套的沖孔作業(yè)后，中心孔的尺寸相對較小，未到達設(shè)計的孔尺寸。為減小后期導(dǎo)向套的機加時間，需對已完成沖孔后的導(dǎo)向套進行擴孔鍛造加工。與沖孔基本相同，首先將導(dǎo)向套固定在鍛造平臺上，從正面對其進行第一次擴孔操作；之后，將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn)，從背面對導(dǎo)向套上的通孔進行擴孔操作，使擴孔后的導(dǎo)向套尺寸基本達到設(shè)計尺寸；通過后期的快速車床加工，即可完成導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)的快速加工生產(chǎn)。

3.4 導(dǎo)向套壁厚要求

圖3 導(dǎo)向套翻邊工藝示意圖

由于導(dǎo)向套與連接頭之間存在一定程度的相對摩擦，并承受著一定的偏載力，因此，對其結(jié)構(gòu)的壁厚提出了更高要求[8]。在導(dǎo)向套鍛造過程中，可采用組合模具方式對其結(jié)構(gòu)件翻邊工藝操作，并設(shè)計拔模角度，由此，可防止材料出現(xiàn)浪費情況，提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強度，其組合模具翻邊工藝示意圖如圖3所示。

4 導(dǎo)向套鍛造效果

結(jié)合前文對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點及鍛造加工工藝的分析，采用此鍛造加工工藝方法，對導(dǎo)向套進行了實際的鍛造加工操作。首先采用了邊角余料進行初始模型的下料加工，并將其放置在鍛造機工作平臺上，采用2次沖孔、2次擴孔的鍛造工藝進行實際應(yīng)用操作。鍛造結(jié)果表明，采用此鍛造工藝加工方法，整體具有用料較省、加工快速、操作簡單等特點，導(dǎo)向套的材料質(zhì)量減輕了約10 kg，單件導(dǎo)向套整體鍛造加工時間與原來的加工方式相比，縮短了約1 h；且整個鍛造工藝更加靈活，最終的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)形狀更加規(guī)則。同時，在后期導(dǎo)向套的車床加工過程中，也節(jié)約了更多的加工時間。從而提高了導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)性能，縮短了其結(jié)構(gòu)的加工時間，也增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)束語

鑒于導(dǎo)向套為易磨損件，改變其結(jié)構(gòu)的加工工藝方法，提高其結(jié)構(gòu)強度，已成為當下保證液壓支架結(jié)構(gòu)性能的重要研究方向。因此，分析了當前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能，通過對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點進行分析，對其鍛造過程進行了鍛造工藝設(shè)計，并將該鍛造工藝方法進行了現(xiàn)場操作檢驗。鍛造結(jié)果表明：采用此鍛造方法對導(dǎo)向套進行加工，能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，縮短加工時間，這對提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性、增加企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要作用。