液壓支架推移千斤頂竄液問題分析

羅武軍

（國能蒙西煤化工股份有限公司棋盤井煤礦，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017000）

引言

液壓支架推移結(jié)構(gòu)是煤礦綜采設(shè)備的主要部件之一，承擔(dān)采煤工作面所有設(shè)備的推移工作，液壓支架推移機(jī)構(gòu)可靠性尤為重要；液壓支架推移結(jié)構(gòu)主要由推移桿、推移千斤頂（見圖1）、推移連接頭等部件組成。ZY7800/22/45D型掩護(hù)式液壓支架推移千斤頂規(guī)格為Φ160/105，結(jié)構(gòu)形式為倒裝式，在井下使用過程中出現(xiàn)批量竄液現(xiàn)象，表現(xiàn)為：工作面仰采到13°時(shí)推移千斤頂批量竄液；推移千斤頂上腔安全閥有開啟現(xiàn)象；拆后發(fā)現(xiàn)活塞導(dǎo)向環(huán)和密封擋圈普遍存在單邊磨損和劃傷的問題，密封彈性體破損；缸筒內(nèi)壁有浮銹和雜質(zhì)；同工作面端頭支架所使用的Φ180缸徑的推移千斤頂沒有發(fā)生竄液現(xiàn)象。

圖1 推移千斤頂

1 千斤頂竄液原因分析

推移千斤頂?shù)母Z液（即內(nèi)泄漏）一般是由活塞密封失效導(dǎo)致的，活塞密封失效有四種情況：

1）密封件（包括導(dǎo)向環(huán)）本身損壞了，導(dǎo)致密封失去效果；

2）缸體內(nèi)孔損傷了，比如脹缸、內(nèi)孔銹蝕成坑、內(nèi)孔嚴(yán)重劃傷等原因，導(dǎo)致密封失效；

3）油缸內(nèi)部壓力升高使缸筒發(fā)生了較大的瞬時(shí)彈性變形，變形量超過了密封的密封量，導(dǎo)致反復(fù)性竄液；

4）推移千斤頂受到了較大的偏載力，導(dǎo)致活塞密封一側(cè)壓緊，另一側(cè)間隙變大，密封壓縮量大大減小，壓力較小時(shí)尚可密封住，當(dāng)壓力增大時(shí)就會(huì)發(fā)生竄液，這種情況的初始階段會(huì)表現(xiàn)為竄液，但密封和缸筒均是完好的，但隨著時(shí)間的推移，密封肯定會(huì)損壞從而演變成第一種情況。

根據(jù)推移千斤頂拆解情況，缸筒內(nèi)孔有一些表面浮銹，但并沒有銹蝕成坑或嚴(yán)重劃傷的情況，表面粗糙度還比較完好，且尺寸沒有出現(xiàn)脹缸超差，所以先排除了第二種可能。液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。本套支架推移千斤頂?shù)耐埔魄Ы镯數(shù)纳锨粠в?5 MPa的安全閥，下腔直接與操縱閥相連，泵站壓力為31.5 MPa，推移千斤頂?shù)膬?nèi)部壓力不會(huì)高過35 MPa，也就基本排除了第三種可能性。

圖2 液壓原理圖

因此可得出結(jié)論：本批推移千斤頂?shù)母Z液問題是第1和第4種情況導(dǎo)致的，主要是由于密封導(dǎo)向功能的失效（導(dǎo)向環(huán)和擋圈的損壞）從而引起主密封功能的失效。

2 密封件的損傷原因分析

2.1 使用環(huán)境原因

由于仰采角度很大（約13°），支架的推溜力和拉架力都將大幅提高，由于推移千斤頂采用倒裝結(jié)構(gòu)時(shí)（見下頁圖3）拉架力遠(yuǎn)大于推溜力，水平采時(shí)，拉架力的計(jì)算公式：

圖3 倒裝推移結(jié)構(gòu)

式中：μ為摩擦系數(shù)，n為阻力系數(shù)。

當(dāng)有仰采角度時(shí)，拉架力的計(jì)算公式：

式中：μ為摩擦系數(shù)，n為阻力系數(shù)，α為仰采角度。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，μ取為0.6，n取2.5，本支架的質(zhì)量為26 787 kg，計(jì)算得F2=519.5 kN。

該支架使用的推移千斤頂為倒裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下，無桿腔進(jìn)液為拉架，有桿腔進(jìn)液為推溜。

工作面端頭支架用規(guī)格為Φ160 mm的推移千斤頂，正常拉架時(shí)所需的下腔壓力P1為：

同工作面的端頭支架用規(guī)格為Φ180 mm的推移千斤頂，其正常拉架時(shí)所需的下腔壓力應(yīng)為：

即Φ180 mm缸徑的推移千斤頂移架工作壓力為Φ160 mm缸徑的推移千斤頂工作壓力的79%。

在同樣受偏載產(chǎn)生局部間隙時(shí)，Φ160 mm缸徑的油缸可能就會(huì)在高壓下發(fā)生竄液，但Φ180 mm缸徑的油缸由于壓力較小就大概率不會(huì)發(fā)生竄液，并且隨著缸徑的增大，其所采用密封的密封量都會(huì)逐步加大，再加上大油缸剛性的增強(qiáng)等原因，都是Φ180 mm缸徑油缸在相同受力及外部環(huán)境的條件下比Φ160 mm缸徑油缸更不容易竄液的原因。

2.2 油缸結(jié)構(gòu)原因

本推移千斤頂?shù)男谐淌?60 mm，行程相對較長，而本身推移千斤頂?shù)氖芰陀胁恍〉钠d力影響，仰采會(huì)更加增加偏載的趨勢，造成油缸導(dǎo)向單側(cè)摩擦，受力較小時(shí)對導(dǎo)向環(huán)的影響尚不是太大，但受力增大后，導(dǎo)向環(huán)就會(huì)承受極大的側(cè)載力和摩擦力的雙重作用，再加上頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和潤滑不良（乳化液濃度的影響），如圖4中的導(dǎo)向環(huán)1會(huì)快速磨損，然后偏載角度進(jìn)一步加大，高壓液體就會(huì)從區(qū)域2開始竄液。

圖4 偏載受力結(jié)構(gòu)圖

活塞結(jié)構(gòu)問題（參考圖1）：該推移千斤頂設(shè)計(jì)參考的波蘭塔高公司設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，活塞并非為整體結(jié)構(gòu)，而是由三部分組成，主密封和兩側(cè)的導(dǎo)向環(huán)分別在各自的件上安裝，分別為件2、件4和件8，這種結(jié)構(gòu)的好處是易于加工且有溝槽損壞時(shí)不用整體換活塞，而只需要換對應(yīng)那部分就可以，有利于后續(xù)維修成本的控制，但由于不是整體結(jié)構(gòu)，兩側(cè)導(dǎo)向環(huán)對主密封的承載保護(hù)就會(huì)減弱，例如工件間的配合公差、工件的磨損、加工精度等諸多因素都會(huì)影響到導(dǎo)向?qū)γ芊獾谋Ｗo(hù)效果。當(dāng)使用在側(cè)載力很大的大角度仰采工作面上就會(huì)有導(dǎo)向環(huán)對主密封保護(hù)效果不佳的風(fēng)險(xiǎn)。

3 解決辦法

按照圖5結(jié)構(gòu)對活塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改良，將活塞位置設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，活塞與活塞桿通過螺紋進(jìn)行連接，并通過緊定螺釘固定避免活塞松動(dòng)；由于活塞導(dǎo)向環(huán)及活塞密封裝配在同一零件上，可以有效避免由于推移千斤頂受偏載力導(dǎo)致的活塞密封失效。使用1年以來未再發(fā)生竄液等情況，證明更改措施有效。

圖5 改良后結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

通過對推移千斤頂竄液問題的深入分析，結(jié)合推移千斤頂實(shí)際使用工況算，得出推移千斤頂發(fā)生竄液問題的根本原因；并通過對推移千斤頂結(jié)構(gòu)的改良，有效解決了使用過程中的竄液問題；后續(xù)設(shè)計(jì)中，盡量避免類似的結(jié)構(gòu)，可避免類似問題的發(fā)生。