液壓支架立柱常見(jiàn)故障的分析與解決辦法

王淑嫻

(大同煤礦集團(tuán) 機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠，山西 大同 037001)

1 液壓支架立柱的現(xiàn)狀

立柱及千斤頂是支架的動(dòng)力執(zhí)行部分，其制造性能的好壞決定著支架的性能和可靠性，也決定著綜采工作面的生產(chǎn)效率。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在分析方法和研究手段上都有長(zhǎng)足發(fā)展的前提下，產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)類型和先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的立柱。

《煤礦用液壓支架 第二部分：立柱千斤頂技術(shù)條件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，對(duì)立柱和千斤頂?shù)陌踩蕴岢隽吮萂T313-1992《液壓支架立柱技術(shù)條件》和MT97-1992《液壓支架千斤頂技術(shù)條件》更高的要求。

新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有兩項(xiàng)高要求的檢驗(yàn)內(nèi)容：

1) 立柱或支撐千斤頂全行程伸出，用內(nèi)加載或外加載的方法加2倍的中心載荷。

2) 立柱或支撐千斤頂全行程伸出，用內(nèi)加載或外加載的方法加1倍中心載荷，且偏心距離隨缸徑增大而增大。

液壓支架技術(shù)的發(fā)展，對(duì)立柱和千斤頂?shù)念愋?、結(jié)構(gòu)參數(shù)、密封形式和性能都有了更高的要求。特別是隨著大采高強(qiáng)力液壓支架的研制，立柱和千斤頂?shù)母讖讲粩嘣龃?目前，立柱的缸徑達(dá)到800 mm，千斤頂?shù)母讖竭_(dá)到280 mm)，要求越來(lái)越高。因此，液壓支架立柱出廠檢驗(yàn)要求隨之提高。

2 立柱型式

液壓支架的發(fā)展，對(duì)立柱的可靠性要求提高，特別是大采高液壓支架技術(shù)的發(fā)展，全國(guó)范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于綜采工作面，對(duì)立柱缸徑(800 mm)、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和可靠性要求逐步提升?？偨Y(jié)目前立柱的結(jié)構(gòu)形式，主要有以下5種：1) 單伸縮雙作用立柱。2) 單伸縮雙作用帶機(jī)械加長(zhǎng)桿立柱。3) 雙伸縮雙作用立柱。4) 三伸縮雙作用立柱。5) 抗沖擊立柱。

3 液壓支架立柱常見(jiàn)的故障

選取最常見(jiàn)的雙伸縮雙作用立柱，具體規(guī)格為d320/220 mm、d290/200 mm，選取1 000根作為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，立柱故障情況見(jiàn)表1.

表1 立柱故障統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)國(guó)標(biāo)GB 25974.2—2010 《煤礦用液壓支架第2部分：立柱和千斤頂技術(shù)條件》中的支架立柱出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用液壓支架立柱專用的試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)分為液壓控制油系統(tǒng)、液壓增壓系統(tǒng)和乳化液主系統(tǒng)3部分，通過(guò)對(duì)液壓油的精確控制，靈活地操作乳化液主系統(tǒng)乳化液閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，并通過(guò)液壓增壓系統(tǒng)對(duì)乳化液進(jìn)行增壓，完成支架立柱試驗(yàn)的功能，包括對(duì)各種規(guī)格的立柱進(jìn)行承載焊縫，空載行程最低啟動(dòng)壓力，活塞桿腔密封性能、中心過(guò)載性能試驗(yàn)，保證該統(tǒng)計(jì)結(jié)果科學(xué)有效。

4 液壓支架立柱常見(jiàn)的故障分析

4.1 雙伸縮雙作用立柱結(jié)構(gòu)組成與工作順序

在分析表1結(jié)果前，先介紹雙伸縮雙作用立柱結(jié)構(gòu)組成和工作順序。

雙伸縮立柱主要由外缸筒組件、中缸筒組件、活柱部件、外缸口導(dǎo)向套組件、中缸口導(dǎo)向套組件和密封件等組成。立柱結(jié)構(gòu)組成圖見(jiàn)圖1.

圖1 立柱結(jié)構(gòu)組成圖

工作順序：高壓液體經(jīng)液控單向閥到大缸下腔，中缸先升起，當(dāng)中缸升到位，外缸下腔的液體壓力足以打開(kāi)底閥后，活柱開(kāi)始上升。當(dāng)大缸上腔和活柱上腔進(jìn)液，同時(shí)有一路高壓液體到液控單向閥，使外缸下腔回液。由于底閥關(guān)閉，中缸先降，當(dāng)中缸降到位后，大缸底的土臺(tái)頂開(kāi)中缸安裝的底閥頂桿后，活柱開(kāi)始縮回。

4.2 常見(jiàn)故障分析

1) 缸底與缸筒焊接處。

缸底與缸筒焊接處指的是外缸底與外缸筒焊接處、中缸底與中缸筒焊接處。此處漏液占1.7%.目前，采用CO2環(huán)焊機(jī)進(jìn)行焊接，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，恒定的焊縫、恒定的焊接工藝，只有焊絲及環(huán)境溫度是可變量因素，由于溫差基本不大，所以確定了焊絲成分是影響此處質(zhì)量的決定因素。

2) 柱頭與柱管焊接處、柱塞與柱管焊接處。

把這兩個(gè)問(wèn)題歸結(jié)為同一問(wèn)題，它們都是活柱組件，都與活柱的柱管進(jìn)行焊接，見(jiàn)圖2.

圖2 活柱組件圖

活柱組件一般由帶密封溝槽的柱塞、柱管和柱頭焊接而成，其外表一般設(shè)有鍍層。柱頭與柱管焊接處、柱塞與柱管焊接處漏液占8.4%，是液壓支架立柱的常見(jiàn)故障：

a) 從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)分析。

柱頭、柱管和柱塞三者焊接而成。其中，柱塞與柱管焊接處均在機(jī)加工時(shí)車(chē)8°坡口，柱頭與柱管焊接處均在機(jī)加工時(shí)車(chē)8°坡口，這樣，三者點(diǎn)裝時(shí)形成了兩個(gè)16°坡口，然后在環(huán)焊機(jī)上進(jìn)行焊接?；钊?、柱管、柱頭均為27SiMn材質(zhì)，焊接時(shí)不存在材料匹配問(wèn)題。通過(guò)研究環(huán)焊機(jī)的焊接能力，合并加工工藝共同確定圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案。

b) 從加工工藝分析。

焊接工藝研究。

柱頭、柱管和柱塞三者在焊接前都需要進(jìn)行粗加工，確保焊接前用止口以保證三者之間的同軸度，焊接后再進(jìn)行精車(chē)、電鍍。所以，在整個(gè)工藝過(guò)程中，導(dǎo)致漏液的因素只有焊接。最終，把焊接確定為活柱組件漏液的決定因素。

在確定了焊接是導(dǎo)致活柱漏液的決定因素后，分析影響焊接的因素有：焊接電流、焊接電壓、焊絲、氣體、焊接速度、干伸長(zhǎng)度。電壓偏高、偏低時(shí)，對(duì)焊接時(shí)弧長(zhǎng)、焊道、飛濺、熔深和余高都有很大的影響。焊接電流是通過(guò)調(diào)整送絲速度，根據(jù)焊接的母材、焊絲材質(zhì)等選定相應(yīng)的電壓和電流。

為了提高立柱的焊接質(zhì)量，采用80%氬氣和20%CO2混合氣體保護(hù)焊，相比原來(lái)單一的CO2氣體保護(hù)焊,減少了飛濺物、氧化渣和氣孔等缺陷，使得焊縫成形好。

結(jié)論：在焊接時(shí)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐，選取焊接電壓為：28～30 V，焊接電流為260～300 A，保護(hù)氣體為80%氬氣和20%CO2混合氣體。

圖紙方案更改設(shè)計(jì)。

在確定了焊接工藝后，結(jié)合環(huán)焊機(jī)的焊接能力，柱頭、柱管和柱塞三者焊接點(diǎn)裝時(shí)形成了兩個(gè)16°坡口，環(huán)焊機(jī)不能有效保證焊接效果。所以，對(duì)活柱圖紙進(jìn)行更改，方案圖見(jiàn)圖3.

圖3 活柱焊接更改方案實(shí)施圖

結(jié)論：柱頭、柱管和柱塞三者焊接點(diǎn)裝時(shí)形成了兩個(gè)26°坡口，即柱塞與柱管焊接處均在機(jī)加工時(shí)車(chē)13°坡口，柱頭與柱管焊接處均在機(jī)加工時(shí)車(chē)13°坡口，同時(shí)在表面留5 mm手工蓋面焊接工藝。

3) 下腔缸底位置進(jìn)液接頭、上腔進(jìn)回液接頭處。

下腔缸底位置進(jìn)液接頭、上腔進(jìn)回液接頭(與缸筒)焊接處的問(wèn)題合計(jì)漏液占20.8%,是液壓支架立柱常見(jiàn)故障的關(guān)鍵。

下腔缸底位置進(jìn)液接頭與缸底焊接時(shí)，首先對(duì)該接頭與通液管進(jìn)行焊接，然后再與缸底焊接，這時(shí)，由于通液管與缸底之間的間隙只有10 mm，無(wú)論是焊槍還是焊條都沒(méi)有操作空間，人工焊接時(shí)靠堆積來(lái)進(jìn)行焊接，并沒(méi)有實(shí)際熔深，所以此部分漏液比例高是必然的。下腔接頭與缸底焊接位置示意圖見(jiàn)圖4.

圖4 下腔接頭與缸底焊接位置示意圖

根據(jù)通液管與接頭座的中心高度提高，即：接頭座的安裝通液管的中心孔d32.5 mm由原來(lái)的38 mm，加工為45 mm，提高了7 mm，使通液管與缸底之間的間隙由原來(lái)的10 mm提高到17 mm，增大了焊接操作空間，解決了漏液?jiǎn)栴}。

4) 大導(dǎo)向套與外缸口、小導(dǎo)向套與中缸口。

缸口結(jié)構(gòu)可以分為以下兩種：a) 卡環(huán)結(jié)構(gòu)，加工簡(jiǎn)單，拆裝無(wú)須專用工具，但連接的零件較多，可靠性低。b) 大缸徑立柱多使用螺紋連接。螺紋結(jié)構(gòu)分為普通螺紋、矩形螺紋和梯形螺紋3種。

二者的優(yōu)缺點(diǎn)比較明顯，但是為了保證液壓支架立柱不漏液，提高立柱的可靠性，取消卡環(huán)結(jié)構(gòu)，全部采用螺紋結(jié)構(gòu)。

5 驗(yàn) 證

再次選取最常見(jiàn)的雙伸縮雙作用立柱，具體規(guī)格同為d320/220 mm、d290/200 mm，選取1 000根作為研究對(duì)象，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB25974.2-2010 《煤礦用液壓支架第2部分：立柱和千斤頂技術(shù)條件》中的支架立柱出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：合格率100%.對(duì)液壓支架立柱制造過(guò)程中發(fā)生故障的排除，達(dá)到了提高液壓支架立柱制造質(zhì)量的目的，為煤礦安全生產(chǎn)提高了保障。