柱塞懸浮式單體液壓支柱密封失效原因分析

姚君立，姚亞偉

（1.兗礦集團唐村實業有限公司，山東濟寧273522；2.兗州煤業股份有限公司濟寧二號煤礦，山東濟寧273522）

懸浮支柱具有抗偏載能力強、可靠性高、工作行程大、強度大，穩定性高、承載能力大等優點，近年來被廣泛應用，成為煤礦井下重要的支護設備。

1 柱塞懸浮式單體液壓支柱的結構特點

柱塞懸浮式單體液壓支柱是一種新型外部供液的恒阻式單體液壓支柱，它克服了目前國內外使用的（活塞式）單體液壓支柱存在的焊縫斷裂和內泄漏等缺陷和問題，是高檔機械化普采工作面的配套設備，也是綜采工作面的端頭支護設備。由于具有工作行程大、承載能力大、抗偏載能力強、穩定性高、安全系數大、使用范圍廣等特點，是理想的回采工作面和端頭支護設備。

采用柱塞懸浮式技術原理，懸浮力達到工作阻力的4/5，活柱受力僅為1/5，大大提高了支柱的穩定性和安全性，也提高了支柱的支撐高度、承載能力和抗偏載能力。活柱上不再焊有柱頭，避免了圓弧焊縫，提高了支柱的強度和可靠性，避免了因焊縫漏液和斷裂造成的安全隱患，降低了成本費用，保證了安全生產。國內外現有支柱均在活柱上焊有裝配三用閥的柱頭，降低了支柱的強度，由于焊縫質量難于掌控、檢測難度較大，其焊縫質量難以保證。由于活柱工作行程大，擴大了使用范圍。原來的單體支柱每種規格的工作行程較短，需要根據工作面的變化經常更環支柱型號，懸浮式單體支柱避免了這個問題，減少了支柱的頻繁更換，降低了勞動強度和生產成本。由于懸浮支柱去掉了現有支柱的活塞和柱頭，支柱質量減輕了10%～30%，支柱的最小高度大大縮短，運輸、使用都比原來方便。現有活塞式支柱，因存在內泄漏不易觀察到而造成支柱虛接，甚至造成支柱自動倒下而傷人的事故隱患。而懸浮支柱底座為外包型，底座、密封蓋和手把閥體漏液都可以可用肉眼直觀檢查到，從而及時采取有效措施，提高了安全性能。懸浮支柱的各密封點均采用了密封補償和密封漲緊技術原理，在密封有磨損的情況下可有效補償。在支柱高壓支撐情況下，可保持密封漲緊狀態，確保了支柱的密封性能，降低了維修和維護費用。

該支柱結構如圖1所示，主要由鉸接頂蓋（1）、密封蓋組件（2）、活柱（3）、手把閥體（4）、油缸（5）、復位彈簧（6）、底座（7）、O 形密封圈（8，15）、擋圈（9，13，14，19）、彈性圓柱銷（10）、防塵圈（11）、D形密封圈（12，18）、連接鋼絲（16）、導向環（17）等零部件組成。

注液時，其高壓液體從三用閥進入到油缸和活柱間的腔體內，再從活柱下部四個徑向通孔進入活柱內腔，在液體壓力的作用下，頂蓋、密封蓋隨活柱上升支撐住頂板。密封區主要在密封蓋、手把閥體和底座處，缸體內壁不起密封作用，主要密封面是由活柱表面與安裝在油缸上的手把閥體處的D形圈和O形圈組成的。

圖1 柱塞懸浮式單體液壓支柱結構示意圖

2 導致懸浮支柱密封失效的原因

導致懸浮支柱密封失效的原因主要有手把閥體漏液、底座漏液和密封蓋漏液。下面進行了失效原因及改進措施分析。

2.1 手把閥體漏液原因分析及措施

造成手把閥體密封失效的原因主要有手把閥體內D形圈損壞、手把閥體內O形圈損壞。

針對上述原因，提出了以下解決措施：①工作中經過細致分析發現，手把閥體在套入活柱時被活柱3×20°外倒角割傷，將活柱外倒角車削成R3圓弧角，這樣就避免了D形圈被割傷的情況；②手把閥體內O形圈損壞的解決措施和D形圈損壞采取的措施類似，將油缸的4.5×20°外倒角車削成R3圓弧角，實踐證明我們采取的措施解決了95%以上的手把閥體漏液現象。

2.2 底座漏液原因分析及采取的措施

在解決了油缸的圓弧倒角問題后還有少量底座漏液，通過對試壓后底座漏液支柱的解體，我們發現多數還是O形圈損壞造成的，通過現場跟蹤裝配過程發現，復位彈簧的一端掛到密封蓋上，另一端用簧鉤拉出后用彈簧插板插住再掛到底座上，然后直接把插板敲下，底座在彈簧拉力作用下套到油缸上，由于受力不均勻造成底座在裝配的過程中將O形圈擠壞。為了避免O形圈擠壞，改進了裝配工藝，由先裝配密封堵改成先裝配底座。將彈簧放入活柱后，先將彈簧一端掛在底座上，然后在沒有拉力的情況下將底座輕松地裝到油缸上，穿上連接鋼絲，這樣就避免了底座在彈簧拉力作用下復位擠壞O形圈的情況。

2.3 密封蓋漏液原因分析及采取的措施

密封蓋是裝在活柱內孔的配件，靠密封蓋上的O形圈和活柱內孔的Φ94內表面形成密封面，在排除Φ94內孔尺寸和粗糙度不合格的情況下，密封蓋漏液主要是由于O形圈擠壞造成的。

在支柱裝配過程中，通過反復地試驗，發現O形圈擠壞的主要原因有：①在往活柱內裝配密封蓋時用力不均勻，密封蓋的一側先接觸活柱，造成該側的O形圈被擠壞；②活柱Φ94內孔處的圓柱銷孔周圍有鉆孔過程中形成的毛刺。

針對以上原因，提出了解決措施：①經過多次試驗，設計制作了三爪裝配工具，這種工裝的手持端類似于打蛋器，只是這個工裝有三個向外的爪。裝配密封蓋時，先將彈簧用鉤子拉出活柱，用V形插板插住彈簧，掛上密封蓋，然后用三爪裝配工具從密封蓋內孔插入密封蓋的三個圓柱銷孔內，用力往外拉彈簧，使密封蓋三個銷孔對準活柱內孔的銷孔，這樣就避免了直接拿掉插板密封蓋在彈簧拉力作用下直接彈回活柱內孔造O形圈擠壞的現象。②用球形砂輪磨頭磨削圓柱銷孔內外毛刺。采取以上措施后，密封蓋漏液現象得到有效控制。

3 結束語

經過一段時間的統計分析，柱塞懸浮式單體液壓支柱一次試壓合格率低，99.5%是因為密封失效造成的，解決了以上密封失效的問題，柱塞懸浮式支柱的一次試壓合格率由最初的60%左右上升到現在的98%左右，這既節約了人力、物力，也提高了生產效率。