礦用液壓支架導(dǎo)向套鍛造方法的研究

郭成良

（大同市同煤集團(tuán)機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠，山西大同 037000）

0 引言

煤礦作為國(guó)家重要的能源，其開(kāi)采效率及開(kāi)采量直接影響著國(guó)家的快速發(fā)展，同時(shí)，也對(duì)煤礦設(shè)備的工作性能及作業(yè)安全提出了更高要求[1]。礦用液壓支架作為井下作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，保證其具有較高的結(jié)構(gòu)性能，已成為目前提高井下設(shè)備綜合性能的重要方向，而導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)則是影響液壓支架的關(guān)鍵因素[2]。目前，導(dǎo)向套的加工方式主要采用機(jī)加方式進(jìn)行，存在加工量大、加工效率低等問(wèn)題，部分廠家也采用了鍛造方式進(jìn)行導(dǎo)向套的加工，但仍無(wú)法保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。改變導(dǎo)向套的加工方式，對(duì)其鍛造方法和工藝過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，是提高導(dǎo)向套生產(chǎn)效率及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

本文分析了當(dāng)前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能，通過(guò)對(duì)導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)其鍛造過(guò)程進(jìn)行了鍛造工藝設(shè)計(jì)，并將該鍛造工藝方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)操作測(cè)試。結(jié)果表明，采用此鍛造方法對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行加工，能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這對(duì)提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性具有重要作用。

1 液壓支架結(jié)構(gòu)組成

礦用液壓支架主要包括：滑動(dòng)梁、頂梁、前伸梁、底座和雙向液壓支架等部件，有著更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、輕便的體積、更強(qiáng)的整體性，運(yùn)作更靈活，操作也更簡(jiǎn)單[3]。可廣泛應(yīng)用于井下各類復(fù)雜環(huán)境下的支護(hù)作業(yè)。其工作原理為：在液壓支架在升架過(guò)程中，首先將高壓油注入值立柱中的液壓缸中，帶動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng)，并使其平穩(wěn)上升至支護(hù)位置，促使巷道中的頂板與頂梁能實(shí)現(xiàn)較好的接觸；在千斤頂?shù)耐苿?dòng)作用下，可實(shí)現(xiàn)液壓支架與刮板輸送機(jī)的同步移動(dòng)。其中，導(dǎo)向套是液壓支架中的重要組成部件，主要與液壓支架中推移連接頭進(jìn)行緊密接觸，實(shí)現(xiàn)連接頭的導(dǎo)向移動(dòng)作用；在此過(guò)程中，導(dǎo)向套與連接頭之間添加了潤(rùn)滑油，可降低兩部件之間的接觸摩擦力；而連桿結(jié)構(gòu)可通過(guò)連桿之間的相互調(diào)節(jié)，對(duì)頂梁前端進(jìn)行支撐，有效防止頂梁向前發(fā)生傾斜現(xiàn)象，提高了液壓支架的支撐穩(wěn)定性。目前，具有更加先進(jìn)的液壓支架系統(tǒng)已在各大煤礦進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。

2 導(dǎo)向套特點(diǎn)

由于液壓支架中的導(dǎo)向套連接頭之間存在相互的摩擦接觸，承受著來(lái)自連接頭軸向和橫向的外界載荷作用，導(dǎo)致對(duì)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有較高要求[4]。目前，部分液壓支架中的導(dǎo)向套采用了鑄造方式進(jìn)行部件生產(chǎn)，但存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低、表明光滑度較差等問(wèn)題，無(wú)法較好地滿足導(dǎo)向套的使用需求。因此，經(jīng)過(guò)不斷的性能提升，采用了鍛造方式進(jìn)行部件加工，且大部分導(dǎo)向套采用了45號(hào)鋼材料進(jìn)行鍛造。經(jīng)過(guò)高溫處理并鍛造后的導(dǎo)向套具有更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，整體耐磨性也大大提高[5]。導(dǎo)向套的鍛造過(guò)程包括了下料、制坯、多次鍛壓、沖小孔、擴(kuò)孔等工藝過(guò)程，操作步驟相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，一些廠家在導(dǎo)向套生產(chǎn)過(guò)程中，采用較好的原材料進(jìn)行加工，加大了原材料的浪費(fèi)。鑒于導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度相對(duì)較小，在鍛造原材料選擇上，可選用一些滿足導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)尺寸的邊角余料進(jìn)行鍛造加工，有效節(jié)約了材料成本[6]。對(duì)液壓支架中的導(dǎo)向套進(jìn)行鍛造加工，已成為當(dāng)下主要的加工方式。

3 導(dǎo)向套鍛造過(guò)程

鍛造是一種快速實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)成型、改變材料結(jié)構(gòu)屬性、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本的重要機(jī)械零件加工方法。結(jié)合前文對(duì)導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，對(duì)導(dǎo)向套的鍛造工藝過(guò)程進(jìn)行如下分析。

3.1 導(dǎo)向套鐓粗

根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)尺寸，選擇原材料或者邊角余料進(jìn)行導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)下料操作后，將其放置在鍛造工作臺(tái)上，開(kāi)啟鍛造機(jī)設(shè)備，通過(guò)鍛造機(jī)對(duì)導(dǎo)向套的原材料進(jìn)行施加壓力，使其整體結(jié)構(gòu)向下發(fā)生壓縮變形趨勢(shì)。在整個(gè)變形過(guò)程中，導(dǎo)向套會(huì)向阻力較小方向發(fā)生形變，高度的逐漸降低，會(huì)使其結(jié)構(gòu)整體橫截面積增加，呈現(xiàn)變粗現(xiàn)象。因此，在鐓粗過(guò)程中，需有效控制導(dǎo)向套壓縮變形后的高度，保證鐓粗后結(jié)構(gòu)尺寸滿足最終導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)需求。

3.2 導(dǎo)向套沖孔

根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中心需進(jìn)行通孔的加工。因此，在完成導(dǎo)向套鐓粗工藝后，需對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖孔作業(yè)[7]。由于導(dǎo)向套的中心通孔尺寸相對(duì)較大，在沖孔過(guò)程中，不能一次性完成結(jié)構(gòu)的沖孔工藝。最終，采用了第一次沖孔、第二次沖孔的鍛造方式進(jìn)行通孔加工。其中，第一次沖孔采用從導(dǎo)向套正面對(duì)通孔進(jìn)行沖孔操作，之后將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn)，從另一面對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行第二次沖孔，由此保證整個(gè)導(dǎo)向套的通孔尺寸基本相同。導(dǎo)向套的具體沖孔示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 第一次沖孔

圖2 第二次沖孔

3.3 導(dǎo)向套擴(kuò)孔

在完成導(dǎo)向套的沖孔作業(yè)后，中心孔的尺寸相對(duì)較小，未到達(dá)設(shè)計(jì)的孔尺寸。為減小后期導(dǎo)向套的機(jī)加時(shí)間，需對(duì)已完成沖孔后的導(dǎo)向套進(jìn)行擴(kuò)孔鍛造加工。與沖孔基本相同，首先將導(dǎo)向套固定在鍛造平臺(tái)上，從正面對(duì)其進(jìn)行第一次擴(kuò)孔操作；之后，將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn)，從背面對(duì)導(dǎo)向套上的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔操作，使擴(kuò)孔后的導(dǎo)向套尺寸基本達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；通過(guò)后期的快速車床加工，即可完成導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)的快速加工生產(chǎn)。

3.4 導(dǎo)向套壁厚要求

圖3 導(dǎo)向套翻邊工藝示意圖

由于導(dǎo)向套與連接頭之間存在一定程度的相對(duì)摩擦，并承受著一定的偏載力，因此，對(duì)其結(jié)構(gòu)的壁厚提出了更高要求[8]。在導(dǎo)向套鍛造過(guò)程中，可采用組合模具方式對(duì)其結(jié)構(gòu)件翻邊工藝操作，并設(shè)計(jì)拔模角度，由此，可防止材料出現(xiàn)浪費(fèi)情況，提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其組合模具翻邊工藝示意圖如圖3所示。

4 導(dǎo)向套鍛造效果

結(jié)合前文對(duì)導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鍛造加工工藝的分析，采用此鍛造加工工藝方法，對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行了實(shí)際的鍛造加工操作。首先采用了邊角余料進(jìn)行初始模型的下料加工，并將其放置在鍛造機(jī)工作平臺(tái)上，采用2次沖孔、2次擴(kuò)孔的鍛造工藝進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用操作。鍛造結(jié)果表明，采用此鍛造工藝加工方法，整體具有用料較省、加工快速、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，導(dǎo)向套的材料質(zhì)量減輕了約10 kg，單件導(dǎo)向套整體鍛造加工時(shí)間與原來(lái)的加工方式相比，縮短了約1 h；且整個(gè)鍛造工藝更加靈活，最終的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)形狀更加規(guī)則。同時(shí)，在后期導(dǎo)向套的車床加工過(guò)程中，也節(jié)約了更多的加工時(shí)間。從而提高了導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)性能，縮短了其結(jié)構(gòu)的加工時(shí)間，也增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

鑒于導(dǎo)向套為易磨損件，改變其結(jié)構(gòu)的加工工藝方法，提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，已成為當(dāng)下保證液壓支架結(jié)構(gòu)性能的重要研究方向。因此，分析了當(dāng)前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能，通過(guò)對(duì)導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)其鍛造過(guò)程進(jìn)行了鍛造工藝設(shè)計(jì)，并將該鍛造工藝方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)操作檢驗(yàn)。鍛造結(jié)果表明：采用此鍛造方法對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行加工，能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，縮短加工時(shí)間，這對(duì)提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。