液壓缸活塞桿復合不銹鋼板技術的研究與應用

付偉　賀志杰

摘要：近些年，隨著我國經濟發展進入快車道，國家大力發展基礎建設，鋼鐵等基礎工業的發展帶動了能源產業的蓬勃發展，國內液壓支架也進入了快速發展的階段，綜采技術全面推廣，全國的綜采工作面數量有了大幅度的提高。文章對液壓支架液壓缸活塞桿不銹鋼技術進行了研究。

關鍵詞：液壓支架；液壓缸；活塞桿；復合不銹鋼板技術；綜采技術；綜采工作面 文獻標識碼：A

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

隨著國家政策對能源結構的調整、對生態環境的保護力度加大，煤炭市場的競爭日益加劇，煤炭企業必須強化管理、挖潛增效，以科技創新帶動企業競爭力提升，方能在激烈的市場競爭中站穩腳跟。文中突出的“不銹鋼覆合工藝”傳統修復工藝相比具有較大優勢，不銹鋼覆合技術使井下裝備達到一次投入，長期使用的效果，改變了過去投入大、使用周期短，頻繁更換修復的不良現狀，既大大降低了每年投入的修理費，又提高了裝備的安全可靠性。

1 設計思路與主要研究內容

1.1 總體設計思路

通過調研，結合國家對環保新的政策與要求以及電鍍行業情況，選擇引進或委托承修商共同研究開發新的立柱、千斤頂防腐技術。目前集團各礦都存在原煤開采成本極高，再加上近幾年煤炭經濟效益下滑，煤炭企業出現大面積的虧損。為了節約成本、減少立柱、千斤頂的修理資金投入，提高設備使用效率，經公司領導研究決定對立柱、千斤頂進行新的防腐技術改造，并順利實現對集團目前井下立柱、千斤頂的防腐研究，最終實現液壓支架立柱、千斤頂使用壽命的延長。

1.2 研究的主要內容

本項目旨在研究分析液壓支架立柱、千斤頂的在井下工作面的受力和防腐情況，煤礦井下的工況等情況，為了提高液壓支架立柱、千斤頂的工作效率、延長其使用壽命，對以下內容進行重點研究開發：（1）對液壓支架立柱的結構分析；（2）對液壓支架立柱的各段受力分析；（3）對液壓支架立柱的工況情況及腐蝕機理進行分析；（4）對液壓支架立柱的腐蝕情況進行分析；（5）對液壓支架立柱的電鍍、激光熔覆進行分析；（6）對液壓支架立柱不銹鋼覆材進行分析。

2 需求分析與關鍵技術

2.1 需求分析

2.1.1 立柱的腔體密封帶復合雙向不銹鋼，通過工藝控制，極大程度地提高了油缸內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 不銹鋼復合技術修復范圍寬，不僅可以完全替代傳統的電鍍修復方法，還能修復還原其無法修復的大面積銹蝕、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廢率。

2.1.3 因為雙向不銹鋼材料的優異特性，經復合工藝的控制，使部件壽命提高了3～5倍，從而延長了立柱及千斤頂的使用壽命。

2.1.4 立柱及千斤頂的使用壽命延長3年以上，大幅降低了大修周期，同期減少了設備更換時間，節約了人力和物力，提高了設備的利用率和生產效率。

2.1.5 經過雙向不銹鋼復合再制造的油缸，其硬度高、耐腐蝕、耐磨損、事故率低且可重復修復，確保了煤礦正常、高效生產，具有良好的經濟效益。

2.2 關鍵技術

對于活塞桿，為取代電鍍修復，與內鑲不銹鋼套修復油缸相比難度要大得多，關鍵是不銹鋼套與活塞桿的結合，不能有間隙，還要有硬度。幾經周折，最早采用冷凍技術，就是把要復合的活柱體放入液態氮中冷卻使得外徑尺寸縮小，壓入不銹鋼套，恢復到常溫時，利用熱脹原理使得活柱體與不銹鋼套緊密結合。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。后采用卷焊和壓焊使得不銹鋼與活柱體結合，也嘗過試鋼管纏繞焊接，也都不理想。我們歷時三年多，又嘗試了等離子噴涂、不銹鋼絲補焊、激光熔覆等多種工藝方法，其中電焊補焊效率低、熱變形大、效率低；等離子噴涂結合不是分子結合（屬于微顆粒）不適用高壓密封面，且經磕碰會脫落；激光熔覆也是一種新型修復工藝，熱變形小，修復精度高，缺點是設備、粉末昂貴，修復成本太高。經過不斷汲取經驗教訓，不銹鋼復合方案最后確定采用冷壓和環焊技術，最初沒有專用設備，利用壓力機改造，利用單體柱活柱試驗不同的材質、不同過盈量、環縫焊接等，經過多次試驗，最終成功攻破難題，達到原設計技術要求，且防銹免維護，大大降低了重復修理成本。

3 立液壓支架液壓缸活塞桿復合不銹鋼板技術實施方案

3.1 缸筒不銹鋼復合分步工序

3.1.1 不銹鋼套制作。

工藝路線：下料→卷板→直縫鎢極氬氣保護焊→焊縫處理→熱處理

3.1.2 機體預處理。

工藝路線：截缸底→倒角→鏜內孔

3.1.3 不銹鋼復合制作。

工藝路線：壓裝→滾壓→倒角

3.1.4 復合體焊接。

工藝路線：坡口加工→封焊→組對→鎢極氬弧焊→焊縫處理

3.1.5 后續處理。

工藝路線：機加工→焊缸底→試驗檢驗

如圖1所示，其包括缸體1，在缸體1內鑲嵌有缸套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設有油孔3，用于流通液壓油，油孔3內設有油管套4，在缸體1外邊面上對應油孔3和油管套4設置有油嘴5。在缸體1內腔一端設有倒角6，倒角6外側相鄰設有溝槽7，缸體1內腔另一端設有沉臺8。缸套2一端與沉臺8底部平齊，且通過環焊方法使缸體1和缸套2形成無縫連接，密封性能好；缸套2另一端與設有倒角6的缸體1內壁相貼合，以保護缸體1的倒角6部分免受損傷。在缸體1上設有沉臺8的一端外部設有錐形面9，用于裝配底座10后形成缸體1與底座10的環焊區11，環焊區11與缸體1外表面保持平整。底座10上設有油孔12，油孔12外端設有油嘴13，用于液壓油的流通。缸套2和油管套4均為不銹鋼材料，充分發揮了不銹鋼材料耐酸堿、耐腐蝕的優點，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，修復范圍寬，大大降低了油缸1的報廢率且缸套2的使用壽命在3年以上，使用壽命長。倒角6的角度為15°，錐形面9的錐度為45°。

3.2 活塞桿復合不銹鋼分步工序

3.2.1 不銹鋼套制作。

工藝路線：下料→卷板→直縫鎢極氬氣保護焊→焊縫處理→熱處理

3.2.2 機體預處理。

工藝路線：除銹→整形→機加工

3.2.3 不銹鋼復合制作。

工藝路線：壓裝→磷化→復合壓延→機加工

3.2.4 復合體焊接。

工藝路線：坡口加工→封焊→組對→鎢極氬弧焊→焊縫處理

3.2.5 后續處理。

工藝路線：機加工→拋光整形→試驗檢驗

千斤頂、立柱活塞桿，根據鑲套的厚度，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，避免擠壓時鋼套與活塞桿桿體相對移動，活塞桿加工后表面粗糙度為：Ra6.3μm。

活塞桿直徑70～150mm，鋼套內徑小于活塞桿外徑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滑劑擠壓鋼套（潤滑劑配方為牛油和碳酸鈣粉，以7∶3配比加熱后混合液潤滑）。擠壓目的為：活塞桿桿體表面與鋼套緊密接觸，同時鋼套經擠壓而產生變形硬化，提高鋼套表面硬度。最后用環焊機氬弧焊將兩端結合部焊接成無縫連接。焊接前，應對鑲嵌活塞桿嚴格檢查，端頭鋼套與活塞桿桿體結合處必須緊密結合，否則焊接時將會出現焊孔，燒焦、結瘤等缺陷。

密封性能好：鋼套2另一端與設有倒角4的活塞桿桿體1內壁相貼合，以保護缸體1的倒角3部分免受損傷。

鋼套2為不銹鋼材料，充分發揮了不銹鋼材料耐酸堿、耐腐蝕的優點，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，修復范圍寬，大大降低了活塞桿的報廢率。

活塞桿一端倒角3的角度為15°、錐形面4的錐度為45°。

4 結語

液壓支架立柱防腐都以電鍍為主，但根據國家最新的環保政策與電鍍行業的現狀，急需立柱防腐的新技術，而立柱防腐不銹鋼復合工藝在八礦的成功應用，實現了平煤集團及全國在防腐不銹鋼復合工藝零的突破，填補了平煤集團及全國這方面的空白，為立柱防腐不銹鋼復合工藝在平煤集團及全國推廣應用打下了良好基礎，具有良好的經濟效益和較高的社會效益。

參考文獻

[1] 陳永亮，王向偉，潘高峰，韓瑤.液壓支架試驗臺電液多軸加載系統耦合調平控制[J].煤炭學報，2011，（10）.

[2] 王晶晨，賈國平，白冰，王海軍，董天順，劉明，楊振凱.液壓支架零部件防腐及再制造工藝研究進展

[J].材料導報，2015，（21）.

作者簡介：付偉（1980-），男，河南息縣人，中國平煤神馬集團設備租賃分公司工程師，研究方向：設備管理。

（責任編輯：黃銀芳）