液壓支架綠色設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件再制造技術(shù)研究

摘要：為降低資源消耗、減少環(huán)境污染，實(shí)施液壓支架綠色設(shè)計(jì)、推廣再制造產(chǎn)業(yè)勢(shì)在必行。文章介紹了支架綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和特點(diǎn)，并就支架密封理論與技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)、水壓傳動(dòng)的可行性及研究進(jìn)展等關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：液壓支架；綠色設(shè)計(jì)；再制造；水壓傳動(dòng)；支架密封

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0029-02

為從根本上解決環(huán)境污染問題，近年來在全球范圍內(nèi)掀起了一股綠色消費(fèi)浪潮，綠色設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，相應(yīng)的綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論也成為研究熱點(diǎn)。液壓支架作為煤礦井下關(guān)鍵設(shè)備，為使支架適應(yīng)不同的采煤工藝和開采強(qiáng)度，保證開機(jī)率和使用壽命，我們必須從單純產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念向設(shè)備全生命周期設(shè)計(jì)理念改變，使支架在整個(gè)生命周期內(nèi)發(fā)揮功用最大且對(duì)環(huán)境影響最小，防止煤礦裝備盲目追求大型化，實(shí)現(xiàn)煤炭科學(xué)生產(chǎn)和煤機(jī)制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 液壓支架綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和特點(diǎn)

綠色設(shè)計(jì)的根本思想是在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，優(yōu)先考慮其環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性、可維修性、可重復(fù)利用性等，并將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，在滿足環(huán)境目標(biāo)的前提下，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量等，并力求資源利用合理化、廢物產(chǎn)生少量化、對(duì)環(huán)境無污染或少污染。

液壓支架的綠色設(shè)計(jì)就是要考慮采用高水基乳化液甚至純水等環(huán)境友好型傳動(dòng)介質(zhì)，并且系統(tǒng)少泄漏或低泄漏，工作噪聲較低（<65dB），同時(shí)容易拆卸，報(bào)廢后可實(shí)現(xiàn)回收再制造。隨著液壓支架向重型、高壓、大流量方向發(fā)展，其振動(dòng)噪聲、泄漏、污染及回收再制造尤顯意義重大。

2 加強(qiáng)密封理論與技術(shù)研究，最大限度減少系統(tǒng)泄露

液壓支架在井下工作環(huán)境惡劣，系統(tǒng)壓力高、流量大，供液距離長(zhǎng)，液壓元件多且密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對(duì)各密封元件的可靠性及壽命要求較高。長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)密封產(chǎn)品的開發(fā)主要是引進(jìn)、跟蹤和仿制，缺少自主創(chuàng)新，技術(shù)攻關(guān)只側(cè)重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集成技術(shù)研究較少，制造、工藝及檢測(cè)手段落后，材料利用率較低，國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品普遍比國(guó)外產(chǎn)品重20%～30%。

加強(qiáng)液壓支架密封理論與技術(shù)研究，首先要從理論上深入分析液壓支架的密封工況和磨損機(jī)理，總結(jié)常見失效形式和原因，研制和設(shè)計(jì)新型密封結(jié)構(gòu)，提出合理的技術(shù)指標(biāo)，提高密封可靠性。近年來，隨著密封理論研究的深入，新型無模切削加工聚氨醋密封被廣泛使用，支架密封效果大大改善，可靠性顯著提高。

3 開展水介質(zhì)液壓支架基礎(chǔ)理論研究，創(chuàng)建潔凈礦山

水壓傳動(dòng)以淡水或海水作為傳動(dòng)介質(zhì)，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)省資源和能源等綠色特性。

液壓支架的工作介質(zhì)為乳化液，為了防腐，缸體、活塞桿、液壓閥的閥芯及閥套等表面均需電鍍，對(duì)工廠周圍的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。另外，為了減少膠管數(shù)量，支架立柱及千斤頂?shù)陌踩y不接回液管路，安全閥開啟時(shí)，帶壓乳化液直接排向采空區(qū)，嚴(yán)重地污染了礦山周圍的水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。

純水作為支架液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，仍存在一些技術(shù)障礙，主要是：（1）純水黏度低，對(duì)較軟的金屬容易產(chǎn)生拉絲腐蝕，加劇泄露；（2）純水具有較強(qiáng)腐蝕性，會(huì)加速金屬表面磨損，而且水的pH值及水中寄存的微生物也會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)和閥產(chǎn)生不良影響；（3）純水潤(rùn)滑性差，高壓時(shí)易造成閥芯與閥體直接接觸，加速液壓元件磨損；（4）純水壓傳動(dòng)易形成氣蝕和水擊，引起系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲。

由于純水與乳化液理化性質(zhì)不同，現(xiàn)有的支架液壓元件和系統(tǒng)不能直接用于水介質(zhì)液壓支架，應(yīng)該針對(duì)水壓傳動(dòng)的特點(diǎn)，認(rèn)真研究水壓傳動(dòng)所面臨的關(guān)鍵問題，研制新的液壓元件和系統(tǒng)。主要包括：（1）水介質(zhì)液壓元件閥芯與閥體間的摩擦學(xué)研究，深入分析其摩擦機(jī)理，充分利用純水極為有限的潤(rùn)滑作用，切實(shí)解決元件的摩擦、磨損及潤(rùn)滑問題，提高水壓元件和系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；（2）深入研究水壓元件及系統(tǒng)中氣蝕、水擊的產(chǎn)生機(jī)理，降低水壓元件的振動(dòng)和噪聲，提高系統(tǒng)平穩(wěn)性；（3）試驗(yàn)新型耐腐蝕材料在水壓元件中的應(yīng)用并進(jìn)行質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面的評(píng)估；（4）研制先進(jìn)的水壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)水壓元件的尺寸、靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為水介質(zhì)液壓支架液壓元件設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù)。

4 推廣液壓支架關(guān)鍵零部件再制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源可重復(fù)利用

4.1 液壓支架關(guān)鍵零部件再制造的產(chǎn)生與定義

1999年，徐濱士院士首提再制造概念。按照徐院士的觀點(diǎn)，液壓支架關(guān)鍵零部件的再制造是指以支架全壽命周期理論為指導(dǎo)，以報(bào)廢或落后的液壓支架為對(duì)象，以尺寸、性能恢復(fù)和技術(shù)改造為內(nèi)容，充分吸納材料表面工程等技術(shù)，進(jìn)行的正規(guī)化、規(guī)模化生產(chǎn)。

4.2 液壓支架立柱、千斤頂?shù)汝P(guān)鍵零部件再制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)

液壓支架的各種功能都是通過立柱和千斤頂?shù)纳炜s動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。支架井下工作環(huán)境惡劣，受溫度、濕度和巖石崩落等影響，極易造成立柱、千斤頂缸體和活塞桿鍍鉻層剝落，同時(shí)缸筒內(nèi)徑磨損變大，造成液體泄露，導(dǎo)致支架整架失效。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)立柱、千斤頂?shù)脑僦圃焯幚硎鞘紫冗M(jìn)行拆卸、清洗，檢測(cè)活塞桿及缸筒磨損程度，根據(jù)磨損程度的不同采取不同的技術(shù)工藝，達(dá)到圖紙幾何精度。主要包括：（1）化學(xué)鍍技術(shù)。其原理是不需要通電，利用強(qiáng)還原劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。鍍液不含有害物質(zhì)，屬國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保工藝?？捎么思夹g(shù)來修復(fù)缸體、活塞桿等易磨損件。對(duì)磨損較小（<0.1mm）的缸體采用化學(xué)鍍Ni-P合金或Ni-P-B合金；對(duì)磨損較大（0.l～1mm）的油缸缸體采用鍍鐵+化學(xué)鍍Ni-P合金。（2）不銹鋼鑲套滾壓復(fù)合技術(shù)。不銹鋼鑲套技術(shù)是對(duì)缸體內(nèi)壁摩擦超差表面進(jìn)行鏜削處理，然后將不銹鋼套裝入缸體，再快速一次性旋壓缸體內(nèi)孔，使不銹鋼鋼套與缸體內(nèi)壁形成“螺紋”緊密聯(lián)接，成為復(fù)合體油缸，使缸徑內(nèi)孔尺寸恢復(fù)到原設(shè)計(jì)尺寸。該技術(shù)主要是針對(duì)磨損較大（>1mm）的油缸缸體進(jìn)行修復(fù)，采用此技術(shù)既增加了材料表面硬度，又提高了耐腐蝕性。

此外，等離子熔覆技術(shù)可以使熔覆表面耐磨壽命提高2～3倍，可用此技術(shù)來修復(fù)液壓支架的柱窩、柱帽等

構(gòu)件。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）良好的可拆卸性是支架維護(hù)性好、材料可回收利用的重要保證。因此，在支架設(shè)計(jì)初期就要充分考慮結(jié)構(gòu)拆卸的難易，提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和方案，把技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本降到最低。

（2）深入研究和推廣低泄漏、高可靠性液壓支架密封理論與技術(shù)，可以提高支架整體壽命和可靠性；開展水介質(zhì)液壓支架基礎(chǔ)理論研究，試驗(yàn)新材料、新制造工藝；創(chuàng)建潔凈礦山，實(shí)現(xiàn)礦山及周邊地區(qū)的可持續(xù)

發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：蘇磊（1987-），男，江蘇徐州人，神華神東煤炭集團(tuán)公司三道溝煤礦管理處機(jī)電隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，研究方向：煤礦機(jī)電管理。endprint