液壓支架立柱掛液原因分析及對策研究

唐一飛，黃 瑩

鄭州煤礦機械集團股份有限公司 河南鄭州 450010

液 壓支架是一種利用液體壓力產生支撐力并實現自動移動來進行頂板支護和管理的一種液壓動力裝置，是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備。伸縮立柱是液壓支架的主要部件之一，其泄漏是導致液壓支架失效的主要原因[1-6]。液壓支架在出廠驗收或井下使用過程中，有時會發現個別甚至批量立柱出現掛液現象，往往需要對立柱進行拆解返修，不僅增加了企業的生產成本，延長了產品制造周期，而且影響煤礦用戶的正常生產，造成企業經濟和形象損失[7-11]。

為解決液壓支架立柱掛液問題，首先對立柱結構、密封件結構尺寸進行分析研究，其次跟蹤記錄立柱導向套、活柱、中缸等零件的生產制造過程，最后對立柱的裝配和試壓過程進行觀察研究，對各個環節可能造成立柱掛液的因素進行分析，并制定相應解決對策，提出需要達到的標準[12-17]。

1 立柱結構

1.1 立柱長度與導向環間距的關系

隨著立柱長度的變化，導向環間距、長度、數量應隨之變化。立柱導向長度如圖1 所示。對于大采高支架，特別是掩護式支架立柱的偏載，應考慮加大導向長度，更好地保護密封件。

圖1 立柱導向長度示意Fig.1 Diagram of column guide length

1.2 立柱缸徑與密封尺寸的關系

根據立柱缸徑的變化，密封件尺寸，特別是活塞桿密封和活塞密封的厚度及寬度需要制定與之相匹配的標準。該標準一般由各密封廠家制定，相互之間并不統一，設計時需進行仔細核對。

1.3 導向套止口長度與螺紋長度的關系

立柱導向套與缸筒一般通過矩形螺紋裝配。由于矩形螺紋沒有導向作用，在螺紋強度滿足要求的情況下，可適當減小螺紋長度，使導向套裝配時止口部位首先起到定心作用，之后再擰緊導向套，避免裝配初期螺紋偏心造成密封件損壞。

2 密封結構

2.1 密封結構型式

液壓支架立柱密封產品，目前國內溝槽結構型式主要采用 2 種標準：一種是煤礦行業標準，MT/T576—1996《溝槽型式、尺寸與公差》；另一種是國外知名密封公司 Hallite 的溝槽標準。

上述 2 種標準的密封沒有本質差別，但在具體溝槽深度和寬度上存在差異。MT/T 576—1996 活塞密封溝槽型式采用分體式結構，溝槽由多個零件配合組裝而成，密封溝槽寬度尺寸相對較大，給密封件的安裝提供了便利條件，但需防止各零件的配合誤差積累造成整體精度下降；Hallite 公司的活塞密封溝槽型式采用整體式結構，由單一零件組成，結構相對簡單，密封溝槽寬度尺寸相對較小，密封件需要滿足能夠拉伸裝配的要求，安裝時需注意防止密封件拉傷[18-19]。

2.2 密封結構尺寸

即便采用相同的標準，不同品牌密封件的尺寸公差、硬度、材質等也有所差異，對應標準化的溝槽尺寸，密封件的過盈量也不同。應注意不同品牌密封件尺寸與設計溝槽的匹配性，以及密封件材質、硬度與密封性能的關系，減少密封選型對立柱掛液的影響。

另外，導向套桿密封公差帶推薦為 js11，該公差范圍相對較大，可能會出現密封過盈量不足的問題。可考慮將該密封槽底公差帶減小，將 js11 修改為 h11，工藝尺寸按中差加工；也可考慮修改密封件尺寸，將導向套桿密封件內圈尺寸縮小或外圈增大。此 2 種方法主要通過適當加大導向套桿密封件的過盈量來達到避免立柱掛液的目的。

3 立柱零部件生產制造

3.1 導向套

(1) 圓度超差 導向套精車時，無論缸徑大小，大多使用三爪卡盤，裝卡力較大時，可能會引起裝卡變形。因此，對于φ360 mm 以上大導向套，在精車時應使用六爪卡盤。另外，有時小導向套不粗車，直接車成，切削余量過大，容易造成導向套受力變形，應先進行粗車，再精車完成，避免一次加工進刀量太大而影響加工精度。

(2) 尺寸偏差 實際生產中，部分導向套內孔槽底尺寸偏上差，外圓槽底尺寸偏下差，導致密封件壓縮間隙過大，影響密封效果。因此加工槽時，應按公差帶中差對刀，刀具磨損應時及時調整或更換刀片。

此外，導向套內孔 (特別是槽底) 鍍層厚度不易保證。對于鍍鋅導向套，由于內孔鍍層厚度小，計算密封槽鍍前尺寸時，無需扣除鍍層尺寸；對于鍍銅導向套，應根據技術要求選擇適當的鍍層厚度，進行扣除鍍層計算，最終保證槽底鍍后尺寸不超差，并進行拋光處理，保證鍍層厚度均勻，粗糙度不超差。

(3) 槽底圓角過大 有時由于刀尖磨損，導致加工后的槽底圓角過大，影響密封件、導向環的裝配和使用。加工槽底時，要實時檢查刀尖圓弧的磨損情況，對于刀尖磨損的刀片應及時更換，保證槽底圓角符合圖紙要求。

(4) 槽底粗糙度超差 由于刀具顫動或刀片磨損導致槽底粗糙度差的情況，可通過適當調整加工參數，提高轉速或減少進給量防止刀具顫動。下活前也可用細砂紙打磨槽底，保證槽底粗糙度符合圖紙要求。

3.2 活柱與中缸

(1) 柱塞部位與鍍層區同軸度差 由于鍍層區與柱塞加工存在裝卡基準轉換問題，容易導致兩者同軸度超差，裝配后導向套上的桿密封圓周方向壓縮不均勻造成立柱掛液。在加工時，頂尖孔外加車護錐或柱頭打 B 型中心孔，以保護磨削基準；熱處理、電鍍等工序后，應修研頂尖孔，盡量保證精車柱塞和磨外圓、鍍后拋光工序的基準統一，保證加工后符合圖紙柱塞與鍍鉻區同軸度要求。

(2) 鍍層區尺寸偏下差或超差 鍍層區拋光后尺寸偏下差或超差，如果遇到導向套內密封槽偏上差，會造成兩者配合間隙過大，導致立柱掛液。此時可考慮適當加大鍍層厚度，鍍后拋光尺寸控制在中差，以保證配合尺寸滿足密封件的設計標準。

3.3 通液管

通液管一般為內孔較小的細長件，有時還需要壓彎。在下料后需用專用鋼絲刷或內孔清理設備將內孔鐵屑清除干凈，之后放入酸洗槽中進行除銹與防銹處理，保證焊接前通液管內孔無鐵屑、鐵銹及雜物，防止焊后系統清潔度不達標，引起立柱掛液。為防止銹蝕，通液管及接頭座等缸體附件可考慮采用不銹鋼材質，避免由銹蝕引起的立柱掛液問題。

4 立柱裝配

4.1 導向套清洗不干凈

電鍍后應用流動清水沖洗干凈殘留物，防止鍍層表面附著粉末和雜質。

由于導向套內、外溝槽較多，裝配時僅用手工清洗無法將槽底尖角處徹底清洗干凈，因此需在超聲波清洗機內清洗。超聲波清洗時可以產生具有幾千個大氣壓的強大聲壓和機械沖擊力，使置于清洗液中的零件表面上的污染物剝落，清洗時間短，清洗質量好，可以滿足導向套裝配時的清潔度要求。

導向套清洗后如未將水吹凈，附著在導向槽、防塵槽內，導致立柱在升降時，部分液體被帶出，需經過多次升降和擦拭后才可消除，出現偽掛液現象造成誤判。因此，導向套清洗后應用壓縮空氣吹凈，也可用清潔的干綢布擦拭，去除殘留的水分和雜物，保證導向套無異物附著，槽底、圓角處潔凈。

4.2 活柱清洗不干凈

受結構限制，空心活柱焊接后內部鐵屑很難清除干凈。鐵屑進入立柱將影響系統清潔度，造成底閥堵塞或密封件損壞，引起立柱掛液。活柱焊接前各部件應清洗干凈，焊接時需要對柱頭及柱塞螺紋孔進行防護，后續加工時柱頭螺紋孔、下端通液孔、清洗孔均需相應的防護工裝，各工序在工件轉移和加工時應注意防護，最終達到活柱焊接后柱管內無鐵屑及雜物存留。

對于實心鉆深孔加工的活柱，各孔加工完畢后，需清凈孔內毛刺，并用高壓空氣反復將孔內鐵屑吹干凈，之后加裝底部螺堵并進行試壓操作。

4.3 缸筒清洗不干凈

裝配時，缸筒未經過清洗機清洗或清洗機清洗液不按規定更換，會造成清洗不干凈，清潔度不達標。裝缸前，缸筒須按工藝要求在缸筒清洗機中進行清洗，定期更換清洗液，確保缸筒內孔、外圓無異物附著，槽底、圓角處清洗干凈。

4.4 安裝時密封件損壞、鍍層磨損

清洗完畢后，導向套、柱塞等密封件裝配時不得使用螺絲刀等鈍器輔助裝配，否則一方面容易損傷密封件，另一方面會磨損導向套外圓鍍層，磨損的鍍層粉末直接進入缸內，影響立柱的清潔度。可考慮將密封件放入水浴鍋中 (根據密封材質選用水或油作為介質) 加熱到一定溫度，使密封件軟化、脹大后，用絲帶旋轉拉入槽內，確保密封件及鍍層無損壞。

4.5 立柱裝配時涂抹機油過多

在立柱裝配時，特別是大直徑立柱立裝時，為了潤滑密封件而涂抹大量機油。機油存于桿密封和防塵槽之間，在立柱動作時，會隨活柱或中缸滲出，造成掛油現象。涂油時可用綢布在油盆里浸濕，撈出擰干后擦拭待潤滑部位，避免涂抹機油過量。

4.6 導向套擰緊時轉速過快或轉矩過大

立柱裝配過程中裝缸機轉速或轉矩超過工藝要求時，可能會造成螺紋研傷和密封件損傷。應根據立柱缸徑大小核算所需轉速和轉矩等參數，同時對裝缸機進行改造，增加轉矩顯示模塊，并制定相關具體操作規范，防止密封和導向套螺紋研傷。

4.7 中缸、活柱推入缸筒速度過快

活柱推入中缸或中缸推入外缸時，下降速度或推入速度過快，會導致密封件蹩卡或損壞。必須對裝入速度制定標準，按合理速度推入中缸、活柱，防止引起密封件蹩卡、損壞。

5 立柱試壓

立柱全行程試驗可以使蹩卡的密封在試驗中伸展、磨合，避免出現掛液現象。應要求所有立柱在裝配完成后至少進行 3 次全行程試壓試驗，特別是當采用注塑模壓密封件時，應提高立柱出廠檢驗標準。全行程試壓完成后，按照國標及行業標準進行相關試驗。

6 結語

立柱是液壓支架的主要承力部件，所含零件較多，結構相對復雜，精度要求高，生產制造流程長。立柱掛液是液壓支架驗收或井下使用過程中常見問題之一，由于引起掛液原因較多，實際處理起來較為困難，需要花費大量的人力和時間。通過分析立柱掛液的原因并制定相應的預防改進措施，在實際的生產過程中取得了良好的效果，有效減少甚至杜絕了立柱掛液的發生。