液壓支架的維修改造

【摘 要】隨著煤礦現代化工業的迅速發展，液壓支架在煤礦生產中的發揮的作用越來越明顯，使用范圍越來越廣。液壓支架時現代化煤礦綜采使用的主要支護設備，所以說液壓支架的性能好壞直接決定著煤礦的安全生產。為確保煤炭企業安全生產和經濟效益的提高，對液壓支架的管理與維護提出了更高的要求。所以說煤礦液壓支架的管理，應該從源頭和基礎抓起，本文針對液壓支架的特點，闡述了如何做好液壓支架的維護與改造，為促進煤炭企業的安全生產提供理論幫助。

【關鍵詞】液壓支架；立柱；油缸泄漏；故障維修；柱窩；改造

液壓支架是采煤工作面三大配套設備之一，其功用是有效地支撐和控制工作面頂板，保證工人操作及機器運轉所必須的安全工作空間。目前國內液壓支架的研制技術水平已取得了很大的進步，但液壓支架的大修沒有得到充分重視，由于大修技術跟不上，導致全國煤礦企業每年要報廢的液壓支架達上千套，可見探索液壓支架大修技術意義較大。本文結合本廠生產實踐，闡述了一些有關支架大修方面的工藝以及對液壓支架彈簧改造的設計見解。

一、液壓支架的維修

（一）立柱修復工藝

立柱是支架的主要工作機構，用來承受支架頂板載荷、調節支護高度，如圖3所示。立柱一般主要由活柱、缸體、導向環、導向套和密封元件等組成。造成立柱失效的原因主要有以下四類：一、橡塑類密封件損壞導致失效；二、管路、接頭、連接件損壞失效；三、鋼質導向件損壞導致失效；四、缸、柱損壞導致失效。第一類原因主要是橡塑件老化，修復中一般要求全部更換新件；第二類原因，由于零件成本低廉，也采取更換新件予以解決；對于第三類原因，可以檢測導向件內、外表面尺寸、變形狀況和表面粗糙度，根據鑒定情況留用或送去除銹、整修；第四類原因，由于部件成本高（一般占立柱造價的70%一85%），因此是修復的重點。缸、柱損壞主要表現為密封配合表面銹蝕、拉劃碰砸傷，此外還存在少量漲缸和變形，為保證煤礦使用安全，漲缸和變形件應予報廢。對發生于外圓密封配合面（活柱、中缸外圓面）的銹蝕、拉劃碰砸傷，采用的工藝是：退鍍-補焊-修磨-電鍍。而發生于內孔密封配合面（外缸、中缸內圓面）的銹蝕、拉劃碰傷，由于修復時操作空間小，加工難度大，一直是制約立柱修復的難點，也是形成立柱報廢的主要原因。修復方法：①對于銹蝕輕微的缸體適當放大缸徑偏差，對缸體表面進行精磨除銹、再加工，裝配時使用加厚特制的非標準密封件以防出現漏液現象；②對于銹蝕程度中等的缸體表面電鍍修復后進行二次加工，這種方法質量可靠，但工藝復雜、工序控制難度大，當然對于銹蝕程度嚴重的缸體，只能做報廢處理。

（二）液壓支架油缸泄漏的故障分析及維修

1、液壓支架油缸泄漏的原因

液壓支架是煤礦生產當中最常見的一種機械設備，主要是將液壓能轉變成機械能從而帶動與之相連接的驅動裝置。主要是由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。具體工作原理是液壓站的電動機帶動油泵旋轉，此時的機械能完全轉化為液壓油的壓力能，然后再將液壓站與相應的驅動裝置連接在一起，就可以通過液壓油的壓力能使外接裝置實現各種規定動作。由于液壓站具有功率質量比大、便于無極調速和過載保護以及操作簡單、方便維護等優勢，使之成為了現代機械設備傳動與控制的重要技術手段，并且在煤礦生產尤其是在礦井提升過程中發揮著重要作用。如果液壓缸出現泄漏故障，不僅會造成環境污染以及資源的浪費，而且還會因為動力不足而影響礦井的正常生產。因此需要對液壓支架油缸的泄漏故障進行細致分析。由于液壓缸的密封裝置在結構、材質等方面存在問題，使得液壓缸無法獲得良好的密封效果；或者是由于在使用過程中密封裝置不斷摩擦而出現破損、液壓缸活塞桿彎曲、缸體表面拉上以及焊接存在缺陷等都有可能引發油缸泄漏故障，以下就對液壓支架油缸泄漏常見原因進行簡要分析：

2、液壓支架油缸密封裝置的材質與安裝

液壓支架油缸密封裝置受到材質的影響，很容易引發泄漏故障。如果密封裝置的材質太軟，在工作過程中密封件會被擠入密封間隙而出現不同程度的損傷；如果密封裝置的材質過硬，在正常工作過程中無法獲得良好的密封效果，從而引發油缸泄漏故障。

由于液壓支架油缸對密封效果有較高要求，因此在安裝過程中必須設計好尺寸使其滿足安裝要求。當時如果在安裝過程中，密封件的尺寸精度不符合要求或者表面過于粗糙，也會引起液壓支架油缸的泄漏故障。

（三）液壓支架油缸泄漏的故障維修

液壓支架油缸的泄漏情況主要可以根據液壓缸或者驅動裝置的位移量進行判斷，如果發現液壓缸或者驅動裝置的位移量超標，則可以說明液壓支架油缸存在泄漏故障。根據檢測情況，對于不同的泄漏故障必須采取針對性的維修措施，以下就液壓支架油缸泄漏故障的維修措施進行具體分析：

1、密封件的檢查與維修

液壓支架油缸的活塞是防止液壓油內泄的主要元件，在檢查過程中可以按照正常的操作規范運轉機械，然后操作換向閥使活塞伸出到極限位置，此時液壓支架油缸處于提升狀態，拆開液壓缸回油管路的油口，觀察液壓油是否存在泄漏。如果發現有液壓油的泄漏現象，則首先需要檢查密封件的磨損情況以及活塞與活塞桿之間的密封圈是否完好無損。如果檢查結果表明密封件以及導向支承環存在不同程度的損傷，則應該根據原有密封件或者導向支承環結構形式，選用同種規格的材料進行制作并且更換，從而有效的降低密封件與密封面的油膜厚度，避免液壓支架油缸泄漏故障的再次發生。

2、缸筒的檢查與維修

液壓支架油缸的缸筒內壁與活塞之間由于密封效果不理想，也會引起泄漏故障。在檢查過程中，吐過發現缸筒內不存在拉傷，則可以說明活塞與缸筒內壁存在較為嚴重的磨損現象，所以需要更換活塞。如果更換活塞后依然存在泄漏故障，則需要檢測缸筒的尺寸公差、形位公差、是否存在縱向拉痕。若缸筒內壁存在微小形變以及較淺的縱向拉痕，可以通過珩磨或者鍍層進行修復；若缸筒內壁磨損嚴重或者有較深的縱向拉痕，則需要按照實物進行測繪，并送往制造廠商重新制作進行更換。

3、緩沖閥的檢測與維修

如果發現液壓支架油缸的緩沖閥出現異常，首先應該檢查緩沖閥芯與支座的磨損狀況。緩沖閥當液壓油的沖擊壓力過大時，會自行打開以減小壓力的沖擊作用。但是在緩沖閥工作過程中，由于磨損量的不斷增加，會降低密封效果，針對這種情況，可以更換緩沖閥，或者使用磨料進行緩沖閥芯與支座配磨的方法進行維修。

液壓支架油缸在煤礦生產尤其是在礦井提升過程中發揮著重要作用，因此液壓支架油缸性能的好壞直接影響著礦井的安全運轉以及正常生產?，F階段，油缸泄漏是液壓支架最常見的故障，液壓支架油缸泄漏不僅會造成環境污染以及資源的浪費，而且還會影響到礦井的正常生產，造成非常嚴重的損失。為了能夠有效地確保液壓支架油缸的正常使用，需要做好日常維護工作，尤其是油缸的泄漏故障，首先需要查明故障原因、出現的部位以及泄漏程度，然后采取針對性的維修措施進行調整或者更換。此外還應該重視設備的后期保養，定期進行檢查，確保及時發現并且處理故障，確保設備的正常運行，提高煤礦企業的經濟效益。

二、提高柱窩性能的工藝改進

由于煤礦地質結構相當復雜，液壓支架工作時既要承受來自頂板的垂直壓力，同時隨著工作面的前移，老頂形成的懸臂越來越長，逐漸變彎并最終斷裂，大量矸石下落及由此產生的強大氣流又會傳遞給支架一個巨大的水平沖擊力。所有這些力都會通過立柱傳遞到柱窩上。如果立柱缸體強度及剛度足夠大，活塞密封及其它部位的強度都很高，隨著頂板載荷的增加，安全閥在超出設定壓力時不能夠開啟卸載，這時立柱活塞腔內壓力得不到釋放，就會產生常說的“串糖葫蘆”，即頂梁或底座柱窩被頂裂，甚至穿透。因此柱窩選材的性能要求非?？量蹋摬牧喜粌H要求具有強度大和塑韌性好，還要有良好的焊接性。

（一）柱窩在鑄造中的缺陷

1、氣孔。首先支架柱窩厚且厚度不均勻，當鋼從液態變成固態時，由于氣體在金屬中的溶解度隨溫度下降而急劇減少，氣體向鑄件較高溫度方面擴散；其次，柱窩型砂中的水分（包括混合水、結晶水、砂粒和黏土粒上附著的水），黏結劑中所含的揮發物，都會因受熱而變成氣體；金屬在澆注系統和型腔的流動過程中，由于流動不穩定，將氣體卷入而生成氣孔。

2、縮孔。縮孔是指支架柱窩在凝固過程中因補縮不良而在最后凝固部位形成的宏觀孔洞?？s孔形狀不規則，孔壁粗糙，常伴有夾雜物、氣孔、裂紋等缺陷，縮孔上方或附近的鑄件表面有時會出現凹陷或縮陷。

3、粘砂。形成粘砂的主要原因有首先型砂粒度太粗，緊實度低或不均勻；其次，型砂的涂料質量差，涂層厚度不均勻，涂料剝落。澆注溫度和澆注高度太高，金屬液動壓力大。最后金屬液中的氧化物和低熔點化合物與型砂發生造渣反應，生成硅酸亞鐵、鐵橄欖石等低熔點化合物，降低金屬液表面張力并提高其流動性，使低熔點化合物和金屬液通過毛細管作用機制滲入砂粒間隙，并在滲透過程中，不斷消蝕砂粒，使砂粒間隙擴大，導致粘砂。

（二）提高柱窩性能的工藝改進

1、鑄造工藝改進：為了改進柱窩性能，鑄造工藝上可采用消失模鑄造工藝生產，該工藝主要應控制泡沫型的精度和防止澆注過程中出現增碳缺陷，這樣才能為下道工序熱處理打下良好的基礎。

消失模鑄造泡沫型采用聚苯乙烯發泡材料制成，泡沫材料在金屬液澆入鑄型過程。先后發生泡沫塑料從固態到液態再到氣態的裂解過程，并有一部分裂解出活性炭。金屬液與高碳氣氛接觸，碳滲入其中形成整體增碳。另一部分裂解速度與金屬液的上升速度不匹配。金屬液壓上液態產物，快速分解產生大量的單質碳。在高溫下滲入金屬液的局部，形成不均勻的增碳。

根據以前消失模鑄鋼件成熟的澆注工藝，確定柱窩消失模的鑄造工藝：澆冒合一的明澆式澆注系統，按照壓差定形理論合理配置負壓場，布置抽真空開關，富氧先燒后澆的澆注工藝。制作了適合零件澆注工藝的砂箱與泡沫燒失工裝。在零件澆注前將泡沫型預先燒失干凈，燒失率達到95%以上。然后立即進行澆注， 經過以上工藝措施的實施，澆注柱窩鑄鋼件6t。經過化學分析與光譜分析進行成分檢測，成分在允許誤差范圍內，檢驗合格。采用消失模先燒后澆工藝進行防增碳措施的澆注工藝，必須合理的控制負壓場，確保涂料層兩側的合理壓差。以防止出現垮箱事故造成鑄件的報廢。

2、熱處理工藝改進：低合金鋼的熱處理強化是將鋼加熱到預定的溫度，保溫一段時間后充分發揮合金元素提高淬透性的作用，控制冷卻速度得到晶粒細小的組織，實現低合金鋼高的強度和好的韌性?，F熱處理改進工藝如下：

退火+調質，退火+正火，這兩種不同熱處理工藝處理后的組織均為保持馬氏體位向的回火索氏體。兩種熱處理工藝中，經退火+調質處理后的組織最為均勻、細小，品粒內部的鐵素體更為短小。

從力學性能上，采用退火+調質熱處理工藝的強度、伸長率和沖擊軔性都是最好的。ZG27SiMn采用退火+調質熱處理工藝的抗拉強度為980MPa，屈服強度825MPa，沖擊功35.2J，伸長率為12%，比經退火+正火處理后的抗拉強度提高約100Mpa，屈服強度提高約70MPa，沖擊功提高約12J，伸長率提高約1%。通過熱處理工藝改進，其力學性能是能夠滿足當前高端柱窩的要求的。

3、合金強化：合金強化是提高柱窩鑄鋼性能的一種方法。鋼中加入Si、Mn、Cr、Mo、Ni等合金元素，可以固溶強化基體，并使CCT曲線向右移動，可以獲得更加細小的珠光體組織，提高其強度。另外，鋼中加入強碳化物形成元素Nb、V、Ti，當形成第二相顆粒時，則起到析出強化作用；當它們固溶到奧氏體中時，可使CCT曲線向右移動，細化珠光體。

三、結論

綜上所述，隨著煤礦開采技術的不斷發展，液壓支架已經用于煤礦的生產工作中，并還會得到進一步推廣。但是這給液壓支架的維護和改造工作提出了一定的要求，因此，煤礦企業應該在具體的工作實踐中積極發現液壓支架改造和維修中存在的問題，并在建立健全相關管理和監督體系；通過研究柱窩制造的重要工藝過程，鑄造和熱處理工藝，提出一定的改進方法。從鑄造工藝改進上，采用了消失模鑄造工藝，同時提出在該工藝過程中主要需預防澆注過程中出現增碳等工藝缺陷；從熱處理工藝改進上，采用退火+調質熱處理工藝后，柱窩產品的強度伸長率和沖擊軔性都是符合當前高端煤礦機械的要求。最后，通過研究合金強化措施改進柱窩材料性能的方法，使得支架柱窩內在質量及成品率明顯提高，達到了降低成本，提高效益的目的。

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