液壓支架立柱大修工藝優(yōu)化探討

恩德鵬

1 引言

立柱是液壓支架主要的執(zhí)行元件，其作用是承受頂板載荷，調(diào)節(jié)支護(hù)高度，提供安全工作空間。立柱有雙伸縮和單伸縮兩種結(jié)構(gòu)，一般由缸體和活柱及導(dǎo)向套三部分組成。現(xiàn)總結(jié)了一些立柱大修時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，立柱損傷有些能夠修復(fù)，有些現(xiàn)階段不能修復(fù)，有些損傷是使用中客觀原因造成的，有些損傷通過結(jié)構(gòu)改造能夠避免或加強(qiáng)，針對這些問題，現(xiàn)提出以下立柱大修的方案。

2 大修立柱修理方案研究

（1）立柱缸體大修方案

立柱修理中，缸體修理是個(gè)難點(diǎn)，缸體由缸底和缸筒及接頭座等組成，缸底與座箱連接，直接承受外部拉力和壓力，所以立柱使用過程中缸底易損壞。缸底損壞一般是與座箱連接的耳子斷裂和缸底整體開裂，在修理中有兩種方法，一種是損壞不嚴(yán)重情況下，重新焊接連接耳子，這需要制做與缸底材料相同的連接耳，并保證焊接質(zhì)量。另一種是缸底損傷嚴(yán)重，將舊缸底用車床切下，修車缸筒止口，重新焊接新缸底。缸筒要承受系統(tǒng)工作壓力并且內(nèi)壁與活柱的活塞導(dǎo)向部分有配合，所以缸筒損傷一般為生銹、內(nèi)壁劃傷和內(nèi)孔變形，內(nèi)孔變形一般在缸口薄弱位置。缸筒修理時(shí)，先珩磨除銹，然后檢測內(nèi)孔尺寸，尺寸超差的擴(kuò)鏜強(qiáng)修，并配特殊加大密封。缸筒內(nèi)孔變形現(xiàn)在沒有有效的修復(fù)方法，一般報(bào)廢處理，缸筒變形一般在缸口與導(dǎo)向套配合薄弱位置，有些缸筒通過結(jié)構(gòu)改造能夠避免缸口變形或增強(qiáng)薄弱位置強(qiáng)度，提高抵抗變形能力。

現(xiàn)以ZZS5600/14/28液壓支架的立柱為例，分析缸口結(jié)構(gòu)變形原因和處理方案。ZZS5600液壓支架是同煤集團(tuán)現(xiàn)階段使用較多的四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。立柱是缸徑Φ 250 mm/Φ 180 mm的雙伸縮立柱，初撐力為1 203 kN，工作阻力1 400 kN。在大修該立柱時(shí)，拆解導(dǎo)向套非常困難，用拆缸機(jī)強(qiáng)行拆解時(shí)，易造成導(dǎo)向套和缸筒缸口處螺紋損壞，甚至導(dǎo)致缸筒報(bào)廢。分析得出拆解導(dǎo)向套困難，主要原因就是缸筒螺紋位置處壁薄易變形，而且螺紋易生銹。螺紋位置長期處于高壓狀態(tài)下，缸筒壁薄位置極易發(fā)生變形，從而造成缸筒報(bào)廢及導(dǎo)向套無法拆解。同時(shí)螺紋部分銹蝕嚴(yán)重的，在導(dǎo)向套拆解時(shí)易導(dǎo)致缸口變形或螺紋損壞，造成修理時(shí)很大比例缸筒不能再次修復(fù)使用。針對這一問題，對缸口結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加強(qiáng)，提高缸體的強(qiáng)度，如圖1，圖2所示，其缸口螺紋為普通螺紋，原立柱結(jié)構(gòu)缸筒螺紋部分在缸口靜密封左側(cè)，這種結(jié)構(gòu)缸口螺紋部分直接與高壓乳化液接觸，而現(xiàn)階段乳化液為水包油型乳化液，95%為水，螺紋部分一直處于與水接觸的環(huán)境中，這樣長時(shí)間會導(dǎo)致螺紋銹蝕，同時(shí)缸筒螺紋部分缸壁較薄，長期處于工作壓力狀態(tài)下，極易發(fā)生變形，影響拆解修復(fù)。

圖1立柱改造前缸口結(jié)構(gòu)

圖2立柱改造后缸口結(jié)構(gòu)

解決該立柱缸口變形和生銹問題，根本上就是要將螺紋與高壓乳化液隔離開，現(xiàn)對該立柱外缸和中缸缸口結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)改造，將外缸、中缸缸筒缸口靜密封位置設(shè)計(jì)到缸口左側(cè)，利用缸口靜密封圈將螺紋部分與高壓乳化液隔離開，從而避免缸口薄弱處與高壓液體接觸，解決其由于壓力大缸口變形和螺紋生銹問題，這樣改造后外缸、中缸使用壽命加長，同時(shí)，修理時(shí)易于拆解，降低工人勞動強(qiáng)度，減少缸體報(bào)廢率。

依據(jù)外缸筒、中缸筒缸口的結(jié)構(gòu)改造，大、小導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的進(jìn)行了改造，原導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)螺紋在密封槽的左側(cè)，而且密封槽與螺紋退刀槽在同一位置，密封位置距導(dǎo)向套左端面比較遠(yuǎn)，在安裝密封圈時(shí)，螺紋易劃傷密封圈，造成立柱漏液，這就增加修理成本和勞動強(qiáng)度。改造后的導(dǎo)向套立柱工作狀態(tài)時(shí)，一級缸壓強(qiáng)為28.5 MPa，二級缸壓強(qiáng)為55 MPa，導(dǎo)向套與缸口的密封為單向受壓，所以，將導(dǎo)向套與缸口的密封設(shè)計(jì)為一個(gè)O型圈加一個(gè)擋圈能夠滿足使用密封要求，改造后的導(dǎo)向套外壁設(shè)計(jì)了兩道密封，第一道密封位置設(shè)在螺紋左側(cè)，該密封圈由一個(gè)O型圈加一個(gè)擋圈組成，此密封圈在立柱工作時(shí)起到阻止立柱上腔高壓液通過的作用，同時(shí)也起到將導(dǎo)向套螺紋與高壓乳化液隔離開的作用，避免缸口螺紋處變形和與乳化液接觸生銹。第二道密封利用螺紋退刀槽位置，設(shè)計(jì)在螺紋右側(cè)，該密封由一個(gè)O型圈組成，此處O型圈作用為使立柱外部水及污物不能進(jìn)入導(dǎo)向套與缸筒配合的螺紋位置，避免導(dǎo)向套和缸口處螺紋與立柱外部工作面水接觸而生銹或污物雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)向套螺紋配合處使導(dǎo)向套不易拆解，通過這兩道密封能夠有效的提高缸口強(qiáng)度。改造后的導(dǎo)向套更加便于安裝，并且第一道密封有專門的標(biāo)準(zhǔn)溝槽，工作狀態(tài)下，對O型圈及擋圈保護(hù)效果更好，其密封性能更佳。

缸筒改造前、后強(qiáng)度計(jì)算如下：

立柱額定工作壓力為Pn1=28.5 MPa。

材料屈服強(qiáng)度。缸筒是27SiMn材質(zhì)，σs≥850 MPa，計(jì)算時(shí)取850值。

①改造前：外缸

②改造后：外缸

由以上計(jì)算可得出改造后的缸筒薄弱處的強(qiáng)度提高13.6%。

（2）活柱大修方案

立柱工作狀態(tài)下，活柱處于伸出狀態(tài)，鍍鉻層易受到磕碰劃傷，如果劃傷活柱不及時(shí)修復(fù)，劃傷部位升降時(shí)極易損傷導(dǎo)向套位置的蕾型圈，從而造成立柱上下腔互通，不能有效的起到支撐作用。在惡劣工作環(huán)境下，活柱甚至?xí)l(fā)生彎曲變形。現(xiàn)在對彎曲變形的活柱，沒有有效的方法修復(fù)，一般采取報(bào)廢處理。對鍍層損傷的活柱，采取重新電鍍鉻的修理方法恢復(fù)。對于雙伸縮立柱，活柱頭位置還有螺紋接頭，在修理過程中，活柱螺紋孔損壞比較嚴(yán)重，難以修復(fù)，現(xiàn)以ZZS5600液壓支架立柱的活柱修理為例，分析活柱修復(fù)方案。拆解ZZS5600立柱活柱頭上螺紋管接頭時(shí)，拆解非常困難，經(jīng)常出現(xiàn)將螺紋管接頭擰斷，無法取出情況。出現(xiàn)這種情況后，原活柱頭上的螺紋接口大部分損壞，不能再次使用，這種情況下。采取的修復(fù)方案為在活柱頭螺紋接口對稱方向（180°方向）重新加工螺紋接口，將原接口焊堵塞焊。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)螺紋管接頭難以拆解的主要問題是使用過程中螺紋銹蝕導(dǎo)致的，螺紋銹蝕主要原因是立柱外部水和乳化液進(jìn)入活柱螺紋配合處，使螺紋長期處于與水接觸狀態(tài)，從而生銹，并且在使用中，有外部污物進(jìn)入螺紋配合處。這都是造成其難于拆解的因素。經(jīng)過探討，調(diào)研，為避免活柱螺紋接口處螺紋生銹和污物進(jìn)入，將活柱頭上螺紋位置改到密封面下部，如圖3所示，將螺紋與立柱外部水和乳化液及污物隔離開。而在立柱的工作狀態(tài)下，在活柱內(nèi)腔中與螺紋接頭相通的Φ12孔中是沒有乳化液的，這樣螺紋接頭的螺紋就不會長期與乳化液接觸，也不會有污物雜質(zhì)進(jìn)入，從而解決螺紋管接頭難以拆解的問題。

圖3改造后活柱頭

3 結(jié)語

在修理ZZS5600液壓支架時(shí)，僅2017年一年，我公司就為晉華宮礦、四臺礦、煤峪口礦共計(jì)投入改造后的立柱190根，產(chǎn)值266萬元。使用過程中未出現(xiàn)泄漏及其他損壞情況。這類立柱缸體、活柱改造解決了立柱拆解導(dǎo)向套、螺紋管接頭困難的問題，大大降低了立柱報(bào)廢率，不僅增強(qiáng)了立柱缸口的抗變形能力，減輕工人勞動強(qiáng)度，而且增加了立柱可重復(fù)修理次數(shù)，大大降低了液壓支架大修成本。僅僅每年減少的投入就是一筆很可觀的數(shù)字。缸體和活柱改造對今后該類立柱的設(shè)計(jì)、修理有極大的借鑒價(jià)值，具有很大推廣意義。