液壓支架立柱的維修分析

張 聰

（山西方華機械有限公司，山西陽泉 045000）

0 引言

液壓支架在煤礦井下生產中發揮著重要的支護作用，液壓支架性能的穩定性直接關系到煤礦的安全生產。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、調節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、活柱及缸內密封件較容易出現故障，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及科學的維修技術越來越受到重視。

1 立柱的工作原理

液壓支架立柱主要包括：外缸、中缸、活柱、小導向套和大導向套等部分，工作原理與多級缸類似，可滿足高承載力、大工作行程的使用特點。當立柱執行上升動作時，通過扳動手柄或控制裝置打開對應的液壓閥，乳化液沿管路從進油口進入外缸，乳化液推動中缸首先伸出，隨著乳化液的注入，外缸乳化液逐漸充滿，中缸達到既定行程碰觸到導向套后，乳化液開始進入中缸中，乳化液推動中缸內的活柱伸出達到需要的高度[2]。

2 立柱常見的故障及原因分析

2.1 密封損壞

立柱缸口靜密封的損壞會使外界的雜質跟隨中缸或活柱進入缸體內腔，造成乳化液污染，雜質會加速液壓元件的磨損、相關閥組卡閥，甚至影響整個液壓系統的壽命。內部保壓密封件的失效會引起外缸與中缸或中缸與活柱之間串液或漏液[3]，立柱內油液壓力不能保持，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 缸體內壁腐蝕

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

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，避免缸口對密封件的損傷，缸口一般預留15°～30°的工藝倒角。使用過程中如果缸口出現腐蝕，腐蝕坑口會割傷密封件，造成密封件出現刮傷，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量。立柱缸口腐蝕原因比較復雜，腐蝕位置主要發生在靜密封與缸口接觸的位置。靜密封段乳化液壓差微小，基本沒有乳化液的流動，空間相對封閉，乳化液的品質變化及雜質清理不及時會引起缸口的腐蝕[3]。

2.4 缸口圓度超差

液壓支架使用一段時間后會出現立柱外缸與中缸缸口圓度超差現象，圓度超差影響缸口與對應的導向套之間的配合關系，摩擦阻力加大，加快導向套的局部磨損，嚴重的會造成導向套螺紋研死，立柱拆裝難度加大。造成缸口圓度超差的主要原因是：立柱油缸結構形式屬于二級缸，立柱工作時一般呈10°～30°角傾斜放置，由于油缸累計行程較大，加上活柱、中缸與外缸筒之間的縫隙，缸體并非嚴格意義上的只受軸向作用力，立柱工作時油缸除了受軸向力外，在缸口處還受到一部分彎矩的作用，彎矩的存在會導致缸口處偏載，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，立柱加工過程中一般在中缸及活柱外表面進行電鍍處理，立柱使用一段時間后由于電鍍層質量問題、偏載及乳化液品質等因素的影響，會出現電鍍層腐蝕、起皮、脫落等現象。電鍍層的損壞會加速密封件的磨損。

3 立柱常見故障的處理技術

3.1 缸體修復技術

缸體的修復需要根據實際磨損情況選擇不同的修復工藝。

（1）珩磨修復

缸體內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修復內孔，珩磨工藝表面質量好、精度高。隨著密封件材料技術的不斷發展，目前缸徑可允許珩磨的最大尺寸為+0.6 mm，密封件可使用標準型號[5]。

（2）配制非標準密封

如果立柱偏載現象不明顯，缸體內表面磨損比較均勻、尺寸超差滿足使用要求，或經過珩磨工藝修復后的缸體直徑偏差查過允許值時，可直接加大密封件的尺寸，采用非標密封件補償密封間隙。由于缸體內表面直徑因磨損或珩磨增大，非標密封件的配合間隙需要滿足“最大擠出間隙”的要求，才能有效發揮密封作用。間隙過大會導致密封受壓后發生大的變形擠入間隙內，致使密封件損壞。配做非標密封件時，需要咨詢專業密封生產廠家并結合經驗數據。

（3）缸體內孔再制造技術

缸體內孔表面磨損、腐蝕導致尺寸超差，并且缸體無變形、無裂紋，可實施熔覆錳銅合金再制造技術。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性能，抗拉強度可達430 MPa，表面硬度HB 190～210。耐磨、抗蝕性、加工性能良好，修復后的缸體滿足井下使用要求[6]。缸體內孔再制造工藝路線如下。

1）粗車缸體內孔

利用車床粗車缸體內表面，將損壞層去除，露出缸體材料，為下一步熔覆錳銅合金預留空間。

2）缸體內表面熔覆銅合金

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

3）車削加工

缸體內完成熔覆后再進行車削，并給珩磨預留加工余量。

4）珩磨

珩磨完成車削后的缸體內表面至設計尺寸，表面粗糙度為Ra 0.4。

3.2 缸口修復工藝

針對缸口腐蝕與圓度超差等問題，一般采用熔覆不銹鋼的工藝來修復。不銹鋼具有防銹、耐腐蝕的特點，滿足井下使用要求。首先，粗車缸口區域，車削深度推薦為3 mm，露出缸體材料，車削時注意空間大小，防止打刀；其次，采用環縫焊機在缸口完成車削的區域堆焊不銹鋼，焊接時注意缸體表面的保護；最后，將完成堆焊的缸體進行時效處理，消除焊接應力后再進行粗車、精車加工至要求尺寸[7]。

3.3 立柱中缸及活柱外表面電鍍層修復

目前激光熔覆技術比較成熟，操作簡單，環保性好，與母材結合強度高，不銹鋼成份可根據水質及密封材料進行配置。針對立柱外表面電鍍層損傷問題，可采用激光熔覆技術進行處理。具體工藝路線是：車削中缸、活柱外表面損壞的電鍍層→激光熔覆不銹鋼→粗車熔覆不銹鋼后的外表面→精車→拋光至需要的粗糙度。不銹鋼抗拉強度可達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電鍍處理。很好地滿足了井下復雜工況條件[8]。

4 結論

立柱的性能穩定是液壓支架可靠性的必要保證，隨著橡塑材料、熔覆技術的不斷發展，立柱的修復技術不斷提高，極大地增強了立柱防銹、抗腐蝕能力，提高了立柱的使用壽命，一些原來作報廢處理的零部件可得到修復，節省大量成本。