液壓支架立柱缸體修復方法分析

董菲菲

（大同煤礦集團機電裝備力泰有限責任公司，山西大同 037000）

0 引言

近年來，由于缸體損壞造成液壓支架的故障已經(jīng)成為主要事故之一，其中缸體損壞是發(fā)生最為頻繁，也是造成損失最為嚴重的事故之一。尤其是脹缸故障，會嚴重影響工作面正常交替，對生產(chǎn)安全造成嚴重影響。鑒于此，分析研究液壓支架立柱缸體的各類損壞現(xiàn)象和產(chǎn)生原因，針對不同損壞原因闡述修理方法，并對其日常維護提出建議，對于液壓支架立柱缸體的安全性，以及液壓支架立柱的可靠性具有重要意義。

1 液壓支架立柱簡介

1.1 液壓支架立柱

常用的液壓立柱結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中主要包含外缸、內(nèi)缸、活柱、以及大導向套和小導向套。

圖1 常見液壓立柱結(jié)構(gòu)圖

1.2 液壓支架立柱基本工作過程

液壓支架立柱的工作過程可以這樣描述：扳動手柄打開液壓閥，此時外接口進入外缸，使得中缸向前伸出，一旦中缸到達一定位置觸碰到導向套，液壓油就順勢流入中缸，迫使中缸里面的活柱伸出。

2 液壓支架立柱缸體常見損壞形式及其發(fā)生原因

由于液壓支架立柱工作環(huán)境惡劣，主要起支撐作用，長期承受較大壓力，極其容易發(fā)生損壞。一般而言，主要的損壞形式包括：缸體表面損傷、脹缸、缸口腐蝕及圓度超差等。在這些原因中，液壓支架立柱缸體脹缸發(fā)生的頻率越來越高。據(jù)統(tǒng)計，在近年來液壓支架立柱的故障及修理事故中，脹缸已經(jīng)占到20%的比例，而且這個比例呈上升趨勢，成為導致液壓支架立柱缸體報廢的主要原因之一。

2.1 缸體表面損傷

通常來說，液壓支架立柱的外缸和內(nèi)缸所使用的材料為27SiMn，同時采用珩磨、刮削這一類的滾光工藝對內(nèi)表面進行加工。由于液壓支架所處的環(huán)境比較惡劣，一般工作在粉塵含量高、濕度大的井下，液壓支柱會與空氣中的水分、腐蝕物質(zhì)發(fā)生化學作用，進而對缸體表面造成腐蝕，導致缸體表面出現(xiàn)損傷。

2.2 脹缸

從理論上來說，只有當立柱缸體內(nèi)的壓力超過其強度極限，或者缸體內(nèi)憋壓，才有可能發(fā)生缸體變形的現(xiàn)象。

2.3 缸口腐蝕及圓度超差

由于缸口是裝配密封件的運動通道，工作環(huán)境最為惡劣，且靜密封段的工況比較特殊，容易積累腐蝕，因此缸口和靜密封的接觸位置最容易被腐蝕，進而造成密封損壞甚至液壓油的泄露。

由于液壓支架立柱一般是傾斜工作，其角度位10°到30°不等，因此當活柱完全伸出時，缸口會受到很大的彎矩作用，進而導致其圓度超差，精度變差。

3 液壓支架立柱缸體修復方法

3.1 缸體內(nèi)表面修復方法

如果缸體內(nèi)表面出現(xiàn)不明顯鍍的劃痕（通常劃痕深度小于0.25 mm），沒有造成較大的變形，一般來說采用珩磨技術(shù)進行修復。對于修復的標準，之前是將內(nèi)徑公稱尺寸+0.5 mm，即在直徑方向上，控制珩磨后的最大尺寸位鋼內(nèi)徑公稱尺寸+0.5 mm。但是近年來隨著材料的發(fā)展，將其控制在+0.5 mm即可滿足要求。

3.2 缸體外表面修復方法[1-3]

中缸的外表面極其容易受到空氣中的粉塵、腐蝕物質(zhì)影響，因此通常采用電鍍的處理方法，由于其工藝比較復雜，在破壞后修復不易。因此，現(xiàn)在多采用激光熔覆的工藝進行修復。

激光熔覆通常采用可配制合金成分，修復厚度一般為550～650 mm，具有環(huán)保、抗腐蝕等優(yōu)點。通常采用的合金位錳銅合金，其優(yōu)點是耐磨性強、耐蝕性強，且其熔點較低，在進行熔覆時不容易產(chǎn)生變形，是理想的熔覆合金。錳銅合金焊絲的材料成分如表1所示。

表1 錳銅合金焊絲成分

具體修復流程如下：首先用粗車將缸體表面原來的鍍層車掉，然后采用激光熔覆工藝進行重新鍍上不銹鋼粉末，然后再經(jīng)過粗車、精車將其尺寸修復到與原來一致，最后經(jīng)過拋光以保證其表面的光滑平整度。

3.3 缸口腐蝕及圓度超差修復方法

由于缸口腐蝕及圓度超差發(fā)生的地點相同，都造成了缸口的損壞，因此二者的修復工藝基本相同。通常采用不銹鋼焊接技術(shù)來修復這類損傷，首先對缸口進行粗車以削掉損傷表面，直到露出缸口原來的金屬色，然后采用不銹鋼對其堆焊，再次粗車，最后通過精車將缸口的尺寸及圓度車到與原來相同。

相對于其他修復工藝而言，不銹鋼焊接技術(shù)是一種比較成熟且效果良好的方法，經(jīng)過修復后的缸口的抗腐蝕性能良好，受到水質(zhì)、乳化液的腐蝕影響不大。

3.4 脹缸的修復方法

（1）化學鍍Ni-P合金和低溫鍍鐵工藝

化學鍍Ni-P合金和低溫鍍鐵工藝是最為常見的修復方式，在過去很長一段時間內(nèi)取得了良好的修復效果，且其技術(shù)難度低、成本不高，一時間得到了廣泛推廣[4]。

（2）不銹鋼鑲套工藝

不銹鋼鑲套工藝是對化學鍍Ni-P合金和低溫鍍鐵工藝的改進和完善。傳統(tǒng)的化學鍍Ni-P合金和低溫鍍鐵工藝雖然成本低，但是效率很低，而且對環(huán)境造成較大污染。現(xiàn)代機械采煤的綜采面相較于之前大大增大，采面之間的接替也越來越頻繁，這導致脹缸事故出現(xiàn)的頻率越來越高，而化學鍍Ni-P合金和低溫鍍鐵工藝已經(jīng)跟不上損壞的速度。因此，不銹鋼鑲套工藝應(yīng)運而生[5]。

不銹鋼鑲套工藝的最終目的是為了將缸體的厚度進行恢復，其通常采用滾壓的工藝，將不銹鋼套和缸體之間進行結(jié)合。在這過程中，需要保證二者之間的結(jié)合強度和結(jié)合力，將其間隙壓縮到幾近于零[6]。采用不銹鋼鑲套修復與一體成型的缸體之間還是存在一定差別的，因此考慮到修復后的缸體的強度和剛度，需要對其進行壁厚驗算，其基本步驟如下。

①計算缸體的壁厚：

其中：δ為缸體厚度；p為立柱的工作壓力；D為直徑；C為附加厚度，一般取0.2；φ為強度系數(shù)；σb為27SiMn的極限強度；[n]為安全系數(shù)，一般為3.5～5。

一般而言，不同程度的脹缸需要采取不同的處理措施，如表2所示。

表2 不同程度脹缸修復措施表

4 維護措施

由于液壓支架立柱惡劣的工作環(huán)境，缸體在這種工況下受到損傷在所難免。但是仍然可以采取一些預(yù)防和維護措施，以降低缸體損壞率[7]：

（1）在立柱四周設(shè)置一定的防護措施，以防止砂礫之類的硬物進入，以此保護鍍面的完整性；

（2）定期對液壓支架進行傾斜性試驗，一旦發(fā)現(xiàn)附加橫向彎曲力過大，要及時做出調(diào)整[8]。

5 結(jié)束語

液壓支架立柱缸體長期工作在井下的惡劣環(huán)境中，極其容易受到空氣的有害物質(zhì)腐蝕、異物磕損，以及缸體的運動造成損傷，其發(fā)生故障的頻率越來越高。本文通過分析常見的缸體損傷原因，介紹了最新的修復工藝，有針對性地提出維護措施，這對于液壓支架立柱的可靠運行有很大意義。