液壓支架關鍵部件深度修復技術的研究

吳 頔

（河南省義馬煤業集團股份有限公司機電設備租賃站，河南 義馬472300）

1 概述

中國是一個煤炭儲量較大，但貧油、少氣的國家，這就直接決定了煤炭在我國一次性能源生產和消費中的主導地位。國家能源局表示，2018 年煤炭消費占能源消費總量的比重是59%，2020 年，這個比例將在58%左右。雖然占絕對比重，但安全卻困擾著煤礦企業，所以如何保證煤礦井下的支護安全是當今煤礦企業高度關心的問題。液壓支架主要用于在綜采工作面支護頂板，是以高壓液體為動力，可以穩定高效的對綜采工作面頂板進行控制和支護，對采空區進行有效隔離，以防止采空區矸石落實作業空間，同時可以保證設備隨著工作面采煤推進移動，讓采煤機和刮板機推向煤墻，從而保證工作面高效安全推進。

2 部分支架現狀

部分煤礦因效益差，購置新設備較少，使用的綜采液壓支架大部分服務時間長，整體狀況很差，難以滿足生產安全需要。如銷軸與鉸接孔的配合間隙標準為2mm，經測量，發現多數配合間隙已經超過2mm，嚴重的能達到5mm，隨著支架升高，頂梁擺動量增大，立柱及千斤頂使用的密封為聚氨酯材質，壓縮量小，容易導致支架的擺動量遠超密封的壓縮量，容易造成立柱及千斤頂漏竄液。由于煤礦井下有著各類災害和工作條件所限，環境較為惡劣，溫度，濕度，硫分較高，千斤頂的缸筒均屬于合金材料，缸筒與水及空氣接觸就會自然的出現大面積銹蝕和銹斑凹坑，活柱升降就會反復摩擦密封，銹蝕部位就會割裂密封，從而讓千斤頂出現漏串液、不保壓等現象，影響液壓支架的支護、拉移性能。通過對一套待修支架的測量，發現就立柱一項，有80%的出現銹蝕環，主要集中在距離缸口約150 至180mm 的位置，銹蝕坑內陷，坑深1 至3mm，環繞整個缸口。支架立柱在使用時，由于頂底板狀態都會存在一定的傾斜角度，缸筒也處于傾斜狀態，而缸筒內上腔液面處于水平狀態。由于目前液壓支架的工作液體是乳化液，缸筒內有乳化液，液面以下缺少氧氣，并且乳化液油本身就是能起到一定的防銹蝕功能，液面以下不易生銹；但液面上方，特別是液面和空氣交界處，存在空氣，也就是存在氧分子和水分子，易生成三氧化二鐵，在缸口內壁下方形成一條橢圓形斑坑帶，造成支架立柱密封損壞，導致漏竄液現象頻繁發生，影響工作面正常生產。

3 深度修理工藝介紹

3.1 支架鉸接孔修復技術

通過分析發現經常修理的支架，隨著支架升高，頂梁擺動量增大，加之千斤頂密封為聚氨酯材質，壓縮量小，容易導致支架的擺動量遠超密封的壓縮量，容易造成立柱及千斤頂漏竄液。首先，對液壓支架結構件鉸接孔與配套銷軸進行測量，統計相關數據，一套ZF7000 型支架，82.5%頂梁與掩護梁鉸接孔，70%前連桿與掩護梁鉸接孔，67.5%前連桿與底座鉸接孔，85%后連桿與掩護梁鉸接孔，85%后連桿與底座鉸接孔配合間隙均超過2mm，更有甚者達到5mm。其次，按照確定的尺寸數值對鉸接孔進行補焊，銷軸重新車制。采用ER60 型焊絲對鉸接孔進行堆焊，確保無氣孔。最后，使用TX6513-130MM鏜床對補焊后的各鉸接孔進行精鏜，控制進刀量來保證粗糙度達到6.3 以上，銷軸進行調質與鍍鋅，最終達到配合間隙為1mm。

3.2 立柱及千斤頂修復工藝

當缸筒出現文中提到的現象是，就無法正常使用了，目前遇到這類問題有以下幾種解決方法：3.2.1 制作新缸筒。成本過高；以φ230mm 缸筒為例，新購費用約為5000 元/根，每架支架4根立柱，若全部更換，則需費用20000 元/架，成本較高。3.2.2采用熔覆和內覆不銹鋼套技術等。此種方法工藝復雜，熔覆費用約35 元/dm2，φ230mm 立柱缸筒面積為94.6dm2，則每根需3311 元，成本相對較高，不宜采取此方法。通過對市場的了解和反復試驗，發現采用缸筒縮徑再造修復技術可較好的解決以上難題。此技術，依據“金屬熱脹冷縮效應”，用中頻感應加熱裝置對油缸內壁進行快速加熱、外部缸體噴水急速冷卻，實現缸筒縮徑。用該技術再造的缸體，不需要改變原來外觀，缸體內壁也不需填加其它材料，且再造后的缸體尺寸和性能可完全恢復原設計要求（大部分油缸尺寸超差，φ230mm 缸筒原設計公差為0至0.115mm，檢測后大多為0.3-0.6mm，嚴重的超過1mm。采用縮徑工藝后，可使缸筒表面光滑，尺寸恢復到標準公差）。該技術為企業節省資金，可行。

3.3 缸筒縮徑原理

立柱及千斤頂缸筒常用材料為27SiMn，需進行調質處理，以獲得金相組織為回火索氏體。利用最簡單的熱脹冷縮原理，同時根據鐵的同位素異構理論，通過對缸體實施“內加熱、外冷卻”的方法，使缸筒達到相變縮徑的目的。利用中頻感應技術，對缸體內壁進行加熱，同時利用高壓噴水，對加熱內壁的外壁進行快速冷卻。首先，通過對內壁進行中頻感應加熱，缸筒內壁是在高溫下急速升溫，在很短的時間內內壁加熱到相變以上溫度（800至1000℃），缸筒材料內部結晶組織隨即發生相變，由比容小的回火索氏體組織向比容大的低碳馬氏體組織轉變。通過高壓淋水對缸筒外壁進行冷卻，使缸筒由內向外的熱膨脹現象受到了抑制，也因此，缸筒內壁脹大的體積在沿著半徑向外方向膨脹受到抑制，也只能沿著半徑方向向內膨脹，進而使缸體內徑減小，從而實現了縮徑功能。雖然降溫后缸筒材料收縮會使縮小的缸體內徑有所增加，但因金相組織的變化，是的缸體的最終內徑仍被減小。事實證明，通過對現有待修的支架立柱及千斤頂缸筒進行修復，能實現最大縮徑量（直徑方向上）約3mm，有足夠的余量對缸筒進行再加工。

3.4 缸筒縮徑工藝

3.4.1 確定缸筒縮徑量。對待修的缸筒內徑進行測量，找到缸筒內徑的最大值，并以值為準，再定合適的修復余量，并結合修復后內徑的要求，最終確定縮徑量。

式中，△——單邊縮徑量，mm；

dmax——實測缸筒最大內徑，mm；

d——缸筒原內徑尺寸，mm；

δ——單邊修復余量，mm。

從而可獲得缸筒縮徑后的內徑d′=dmax-2Δ 或d′=d-2δ

3.4.2 縮徑再制造工藝。縮徑再制造工藝必須要通過設計的專有裝置上進行。自制的缸筒縮徑裝置，主要擁有缸筒裝夾、內壁感應頭加熱、缸外部噴淋冷卻、缸壁遠紅外激光測溫等功能。通過測量和理論計算，確定內徑收縮量，再進行精確調整加熱感應電流頻率、加熱部分相對缸筒的移動速度和冷卻速度等參數，就可以對缸筒進行縮徑，隨著感應加熱層加深，待縮徑的量也增大。在對缸筒內部加熱的同時，通過增壓水，環繞缸筒外部連續不斷的噴淋冷卻水，使缸筒表面急速降溫，由此降低缸筒內熱量向外傳導速度，避免缸筒外部不規則、無限制的外擴和變形。再加熱的通知，利用遠紅外激光測溫儀實時監控加熱溫度，保證縮徑所需要的相變溫度。待修復的缸筒內壁會出現劃傷、磨損超差、銹蝕凹坑、漲缸等問題，通過相變縮徑以后這些問題都可以控制在計算后的尺寸，而缸體本身的熱處理性能指標沒有大的變化。再用內徑測量表檢測缸筒縮徑后的內徑尺寸，滿足縮徑的尺寸要求，可以進行滾鏜，以達到設計尺寸。

3.5 檢驗缸筒內表面硬度

通過實驗和測量證明，只要嚴格監控溫度，把溫度控制在需要的范圍內，就能滿足HBS240 至280 的硬度要求。所以最后就要對內壁進行硬度檢驗，如果缸筒內表面硬度低于設計要求時，就要對其表面進行高頻淬火處理，使其達到硬度要求。

4 結論

本文研究主要針對煤礦綜采工作面液壓支架在中后期的修理過程中，出現銷軸與鉸接孔配合間隙不合理，立柱及千斤頂缸筒內壁有銹蝕凹坑等現象，通過文中方法，能有效處理此類問題，解決支架修復難題。按照目前省內行情，采購1 根φ230 立柱缸筒約需0.4 萬元；利用此種技術修復1 根φ230 立柱缸筒需0.18 萬元，則每修復1 根φ230 立柱缸筒可節約購置資金0.22 萬元。一套ZF7000 支架按照100 架計算，每架共有φ230立柱2 根，一套共節約購置資金44.2 萬元。按照此種工藝同時修復其他千斤頂，修復一套支架可節約購置資金數以百萬元。同時文中所提出的結構件銷軸與孔的配合間隙通過深度修復達到1mm，以ZF7000 為例，一架支架超差鉸接孔鏜孔需要7000元，重做銷軸1000 元，而如果對應的結構件不采用此工藝直接重做的話，按照目前市價，新制作一件前梁和前連桿需要6.5 萬元，一套支架節約費用一千余萬元。

由此可見，此種深度修復工藝可大量節約購置支架費用，同時延長支架使用壽命，在今后煤礦工作面支架修復中具有很好的經濟效益和應用價值。