液壓支架關鍵零部件鍛造工藝的改進研究

郭 融

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦， 山西 大同 037027）

引言

采用綜合機械化方法進行采煤時，對工作面頂板進行的支護與管理是否到位直接影響整個礦井在生產過程中的安全性。在綜采面的頂底板中，液壓支架是一種最常用的支護設備，但作為一種結構和技術都十分復雜的設備，其制造質量直接關系到應用支護效果與操作性能。因此，為保證液壓支架整體可靠性，避免發生故障，并延長使用壽命，需要從液壓支架的關鍵零部件入手，對其具體的鍛造工藝予以必要的分析和改進。

1 液壓支架原理

液壓支架的供液主要由巷道或硐室中的泵站完成。在壓力乳化液到達液壓支架的立柱后，支架開始升起為頂板提供初始支撐，此時伴隨頂板不斷下沉，支架受到的阻力變大，安全閥介入將立柱中液壓鎖定，以此進行恒阻支撐。在移架的過程中，先通過降縮立柱，為支架卸載，使其與頂板脫離，之后推移千斤頂開始動作，將輸送機或者是相鄰的支架作為支點開始移架，借助將起支撐作用的支架作為支點對輸送機進行推移[1]。在不同千斤頂的支持下，支架還能完成各類輔助動作，如支架調整、護幫與平衡，以此與采煤機及輸送機之間更好的配合，使采煤、支護與運輸整個過程實現機械化。在工作面，一般按照適當的間隔距離對液壓支架進行排列布置，大多情況下為按照順序進行移動，但也有特殊情況需要分段或者是交替移動。

2 立柱缸底

立柱缸底和液壓支架的底座采用鉸接方式相連，在液壓支架中負責傳遞動力，為主要配件之一。為減輕偏載，并滿足傾斜布置要求，絕大多數都為球頭形，由合金結構鋼通過鍛造制成，具體類型為27SiMn，不僅焊接性能良好，而且強度高。

傳統工藝為：先鍛造制坯、再仿形切割外型、最后機械加工成型。該工藝不僅鍛造用料多，而且實際的切削加工量很大，導致原材料浪費情況嚴重，且工時較長。

為滿足液壓支架加工要求，實現批量制造目標，對該配件的鍛造工藝實施改進，實現一次性鍛造成型，最大限度利用現有設備，利用自由鍛錘實施胎模鍛，具體的工藝流程為：下料→墩粗→制坯→胎模鍛→切邊。

經過以上工藝改進，每生產一件立柱缸底，相較于采用傳統工藝，都能減少50%左右的用料和30%左右的工時，能極大地減少生產成本，并且配件的質量也比之前得到了很大的提升[2]。

3 千斤頂活塞桿

在液壓支架的千斤頂中，活塞桿是一個重要零件。實際工作時，基本上一直處在壓應力與拉應力反復變換的狀態，由于沖擊載荷相對較大，并且與液體之間緊密接觸，在摩擦過程中會產生很大熱量，導致自身溫度明顯升高，對綜合機械性能提出了很高要求，如果制造不嚴格，將導致活塞桿產生斷裂，引起其他零件甚至整個設備損壞[3]。由此可見，活塞桿鍛造質量對整個液壓支架壽命有直接影響，必須對其鍛造工藝引起足夠的重視。

在鍛造活塞桿時，可采用不同工藝：在批量相對較少的情況下，可采用自由鍛進行加工，其具體的工藝流程為：下料→加熱→鍛造→正火→粗加工→熱處理→精加工；而在實際的批量生產過程中，出現了很多問題，主要表現在以下幾個方面：人員勞動強度較大，基本上完全依靠人工對活塞桿頭部進行加工；刀具及原材料實際浪費情況比較嚴重，每把銑刀一般只能加工不超過10 件，而且會銑削掉很多金屬；質量欠穩定，但采用手動的方式進行加工時，由于設備振動，所以會產生一些振動痕跡，加之切削量很大，導致鍛造纖維被切斷，進而給產品的機械性能造成影響[4]。

針對以上實際問題，通過反復探討，在批量生產過程中，通過自由鍛對活塞桿的桿部進行加工，然后采用胎模鍛對活塞桿的頭部進行加工，以此形成新的聯合工藝。除此之外，對相同規格的不同活塞桿頭部實施系列化統一，使桿長不同的多種活塞桿，使用同一套工裝，以此減少工作量與原材料浪費，而且這樣還能減少實際的切割量，避免鍛造纖維被切斷，保證產品質量，提高機械性能。

4 推移千斤頂連接耳軸

在液壓支架中，推移千斤頂上的耳軸主要具有以下特點：兩端是兩個截面為圓形的銷軸，中間是一個薄壁圓筒，和外缸筒之間通過焊接相連，和液壓支架的底座之間直接聯接。可見其形狀比較復雜，制造困難，對制造工藝有很高的要求[5]。

在剛開始制造液壓支架的過程中，主要采用的是鑄鋼件，因鑄鋼件自身化學成分有一定不均勻性，使組織結構也不均勻，無法最大限度發揮材料自身潛在性能，導致產品的塑性與韌性不斷惡化，使抗拉強度明顯降低，使用時經常產生斷裂，對液壓支架使用造成很大的影響。在過去，雖然對鍛件工藝進行了改進，也就是利用自由鍛方法來鍛造，但成品重量很大，不同部位的尺寸無法保證，容易產生較大加工余量，使加工工序面臨一系列困難。

為了從根本上解決以上問題，又實施了二次改進，改進后的工藝流程為：下料→墩粗→制坯→沖孔與擴孔→終制坯→模鍛→切邊，因受到鍛造工藝的限制，雖然采用經本次改進后的工藝能減少40%左右的原材料和50%左右的工時，但實際加工余量依然比較大，可以達到30～40 mm，原材料及工時的消耗依然無法達到生產要求[6]。

基于此，還需要對該配件鍛造工藝實施三次改進，采用兩體胎模，在鍛后先進行壓彎成型，然后再通過焊接形成一個整體，改進后的工藝流程為：下料→加熱→制坯→加熱→彎曲→焊接，如圖1 所示，在內孔僅留置3～4 mm 的余量，采用三次改進后的工藝，每生產一件就能節省約100 kg 的原材料和300 余元的加工費用，并且能節省很多模具，換算成費用相當于每年可節省近20 萬元，在保證產品質量的同時，滿足工廠發展提出的要求。

圖1 分體鍛造成型

5 立柱與千斤頂導向套

立柱與千斤頂導向套的作用在于為活塞桿的升降提供導向，和活塞桿之間的距離很小，會受到外部載荷給活塞桿施加的橫向力，通常由合金結構鋼加工而成，內外軸同軸度不能存在太大的誤差，并且要有良好的對中性。針對液壓支架的這一零件，實際生產中可使用不變薄翻邊鍛造工藝，也就是用立柱缸筒無縫鋼管翻出與管軸線翻邊保持垂直，采用這種加工方法，除了能提高導向套實際同軸度，還能實現對制造工藝性的有效改善，省去很多工序，如制坯工序、鍛壓工序、沖孔工序與擴孔工序等[7]。此外，因導向套的長度不長，所以還能對從立柱缸筒上鋸下來的剩余材料進行充分的利用，表現出良好的經濟性，在近幾年的液壓支架生產制造中得到了十分廣泛的應用，并取得了優異的效果。

6 結語

液壓支架關鍵零部件除了以上介紹的立柱缸底、千斤頂活塞桿、推移千斤頂連接耳軸、立柱與千斤頂導向套之外，還有很多。對這些關鍵零部件所用鍛造工藝進行分析，然后根據分析結果以及存在的不足，對鍛造工藝予以針對性改進，是保證液壓支架整體質量最直接也是最有效的方式。近幾年，鍛造工藝通過不斷改進，為我國液壓支架生產向專業化方向的邁進奠定了良好基礎，已經有了顯著的成效，很多成果都取得了獎項，尤其是缸底鍛造工藝和耳軸鍛造工藝。相信通過進一步的分析和改進，液壓支架各類零配件的實際制造水平還將得到進一步的提高，以此更好地適應生產要求。