唐一飛，黃 瑩

鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 河南鄭州 450010

液 壓支架是一種利用液體壓力產(chǎn)生支撐力并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)來進(jìn)行頂板支護(hù)和管理的一種液壓動(dòng)力裝置，是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備。伸縮立柱是液壓支架的主要部件之一，其泄漏是導(dǎo)致液壓支架失效的主要原因[1-6]。液壓支架在出廠驗(yàn)收或井下使用過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別甚至批量立柱出現(xiàn)掛液現(xiàn)象，往往需要對立柱進(jìn)行拆解返修，不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，延長了產(chǎn)品制造周期，而且影響煤礦用戶的正常生產(chǎn)，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)和形象損失[7-11]。

為解決液壓支架立柱掛液問題，首先對立柱結(jié)構(gòu)、密封件結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行分析研究，其次跟蹤記錄立柱導(dǎo)向套、活柱、中缸等零件的生產(chǎn)制造過程，最后對立柱的裝配和試壓過程進(jìn)行觀察研究，對各個(gè)環(huán)節(jié)可能造成立柱掛液的因素進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)解決對策，提出需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)[12-17]。

1 立柱結(jié)構(gòu)

1.1 立柱長度與導(dǎo)向環(huán)間距的關(guān)系

隨著立柱長度的變化，導(dǎo)向環(huán)間距、長度、數(shù)量應(yīng)隨之變化。立柱導(dǎo)向長度如圖1 所示。對于大采高支架，特別是掩護(hù)式支架立柱的偏載，應(yīng)考慮加大導(dǎo)向長度，更好地保護(hù)密封件。

圖1 立柱導(dǎo)向長度示意Fig.1 Diagram of column guide length

1.2 立柱缸徑與密封尺寸的關(guān)系

根據(jù)立柱缸徑的變化，密封件尺寸，特別是活塞桿密封和活塞密封的厚度及寬度需要制定與之相匹配的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)一般由各密封廠家制定，相互之間并不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行仔細(xì)核對。

1.3 導(dǎo)向套止口長度與螺紋長度的關(guān)系

立柱導(dǎo)向套與缸筒一般通過矩形螺紋裝配。由于矩形螺紋沒有導(dǎo)向作用，在螺紋強(qiáng)度滿足要求的情況下，可適當(dāng)減小螺紋長度，使導(dǎo)向套裝配時(shí)止口部位首先起到定心作用，之后再擰緊導(dǎo)向套，避免裝配初期螺紋偏心造成密封件損壞。

2 密封結(jié)構(gòu)

2.1 密封結(jié)構(gòu)型式

液壓支架立柱密封產(chǎn)品，目前國內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)型式主要采用 2 種標(biāo)準(zhǔn)：一種是煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，MT/T576—1996《溝槽型式、尺寸與公差》；另一種是國外知名密封公司 Hallite 的溝槽標(biāo)準(zhǔn)。

上述 2 種標(biāo)準(zhǔn)的密封沒有本質(zhì)差別，但在具體溝槽深度和寬度上存在差異。MT/T 576—1996 活塞密封溝槽型式采用分體式結(jié)構(gòu)，溝槽由多個(gè)零件配合組裝而成，密封溝槽寬度尺寸相對較大，給密封件的安裝提供了便利條件，但需防止各零件的配合誤差積累造成整體精度下降；Hallite 公司的活塞密封溝槽型式采用整體式結(jié)構(gòu)，由單一零件組成，結(jié)構(gòu)相對簡單，密封溝槽寬度尺寸相對較小，密封件需要滿足能夠拉伸裝配的要求，安裝時(shí)需注意防止密封件拉傷[18-19]。

2.2 密封結(jié)構(gòu)尺寸

即便采用相同的標(biāo)準(zhǔn)，不同品牌密封件的尺寸公差、硬度、材質(zhì)等也有所差異，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化的溝槽尺寸，密封件的過盈量也不同。應(yīng)注意不同品牌密封件尺寸與設(shè)計(jì)溝槽的匹配性，以及密封件材質(zhì)、硬度與密封性能的關(guān)系，減少密封選型對立柱掛液的影響。

另外，導(dǎo)向套桿密封公差帶推薦為 js11，該公差范圍相對較大，可能會(huì)出現(xiàn)密封過盈量不足的問題。可考慮將該密封槽底公差帶減小，將 js11 修改為 h11，工藝尺寸按中差加工；也可考慮修改密封件尺寸，將導(dǎo)向套桿密封件內(nèi)圈尺寸縮小或外圈增大。此 2 種方法主要通過適當(dāng)加大導(dǎo)向套桿密封件的過盈量來達(dá)到避免立柱掛液的目的。

3 立柱零部件生產(chǎn)制造

3.1 導(dǎo)向套

(1) 圓度超差 導(dǎo)向套精車時(shí)，無論缸徑大小，大多使用三爪卡盤，裝卡力較大時(shí)，可能會(huì)引起裝卡變形。因此，對于φ360 mm 以上大導(dǎo)向套，在精車時(shí)應(yīng)使用六爪卡盤。另外，有時(shí)小導(dǎo)向套不粗車，直接車成，切削余量過大，容易造成導(dǎo)向套受力變形，應(yīng)先進(jìn)行粗車，再精車完成，避免一次加工進(jìn)刀量太大而影響加工精度。

(2) 尺寸偏差 實(shí)際生產(chǎn)中，部分導(dǎo)向套內(nèi)孔槽底尺寸偏上差，外圓槽底尺寸偏下差，導(dǎo)致密封件壓縮間隙過大，影響密封效果。因此加工槽時(shí)，應(yīng)按公差帶中差對刀，刀具磨損應(yīng)時(shí)及時(shí)調(diào)整或更換刀片。

此外，導(dǎo)向套內(nèi)孔 (特別是槽底) 鍍層厚度不易保證。對于鍍鋅導(dǎo)向套，由于內(nèi)孔鍍層厚度小，計(jì)算密封槽鍍前尺寸時(shí)，無需扣除鍍層尺寸；對于鍍銅導(dǎo)向套，應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求選擇適當(dāng)?shù)腻儗雍穸?，進(jìn)行扣除鍍層計(jì)算，最終保證槽底鍍后尺寸不超差，并進(jìn)行拋光處理，保證鍍層厚度均勻，粗糙度不超差。

(3) 槽底圓角過大 有時(shí)由于刀尖磨損，導(dǎo)致加工后的槽底圓角過大，影響密封件、導(dǎo)向環(huán)的裝配和使用。加工槽底時(shí)，要實(shí)時(shí)檢查刀尖圓弧的磨損情況，對于刀尖磨損的刀片應(yīng)及時(shí)更換，保證槽底圓角符合圖紙要求。

(4) 槽底粗糙度超差 由于刀具顫動(dòng)或刀片磨損導(dǎo)致槽底粗糙度差的情況，可通過適當(dāng)調(diào)整加工參數(shù)，提高轉(zhuǎn)速或減少進(jìn)給量防止刀具顫動(dòng)。下活前也可用細(xì)砂紙打磨槽底，保證槽底粗糙度符合圖紙要求。

3.2 活柱與中缸

(1) 柱塞部位與鍍層區(qū)同軸度差 由于鍍層區(qū)與柱塞加工存在裝卡基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換問題，容易導(dǎo)致兩者同軸度超差，裝配后導(dǎo)向套上的桿密封圓周方向壓縮不均勻造成立柱掛液。在加工時(shí)，頂尖孔外加車護(hù)錐或柱頭打 B 型中心孔，以保護(hù)磨削基準(zhǔn)；熱處理、電鍍等工序后，應(yīng)修研頂尖孔，盡量保證精車柱塞和磨外圓、鍍后拋光工序的基準(zhǔn)統(tǒng)一，保證加工后符合圖紙柱塞與鍍鉻區(qū)同軸度要求。

(2) 鍍層區(qū)尺寸偏下差或超差 鍍層區(qū)拋光后尺寸偏下差或超差，如果遇到導(dǎo)向套內(nèi)密封槽偏上差，會(huì)造成兩者配合間隙過大，導(dǎo)致立柱掛液。此時(shí)可考慮適當(dāng)加大鍍層厚度，鍍后拋光尺寸控制在中差，以保證配合尺寸滿足密封件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 通液管

通液管一般為內(nèi)孔較小的細(xì)長件，有時(shí)還需要壓彎。在下料后需用專用鋼絲刷或內(nèi)孔清理設(shè)備將內(nèi)孔鐵屑清除干凈，之后放入酸洗槽中進(jìn)行除銹與防銹處理，保證焊接前通液管內(nèi)孔無鐵屑、鐵銹及雜物，防止焊后系統(tǒng)清潔度不達(dá)標(biāo)，引起立柱掛液。為防止銹蝕，通液管及接頭座等缸體附件可考慮采用不銹鋼材質(zhì)，避免由銹蝕引起的立柱掛液問題。

4 立柱裝配

4.1 導(dǎo)向套清洗不干凈

電鍍后應(yīng)用流動(dòng)清水沖洗干凈殘留物，防止鍍層表面附著粉末和雜質(zhì)。

由于導(dǎo)向套內(nèi)、外溝槽較多，裝配時(shí)僅用手工清洗無法將槽底尖角處徹底清洗干凈，因此需在超聲波清洗機(jī)內(nèi)清洗。超聲波清洗時(shí)可以產(chǎn)生具有幾千個(gè)大氣壓的強(qiáng)大聲壓和機(jī)械沖擊力，使置于清洗液中的零件表面上的污染物剝落，清洗時(shí)間短，清洗質(zhì)量好，可以滿足導(dǎo)向套裝配時(shí)的清潔度要求。

導(dǎo)向套清洗后如未將水吹凈，附著在導(dǎo)向槽、防塵槽內(nèi)，導(dǎo)致立柱在升降時(shí)，部分液體被帶出，需經(jīng)過多次升降和擦拭后才可消除，出現(xiàn)偽掛液現(xiàn)象造成誤判。因此，導(dǎo)向套清洗后應(yīng)用壓縮空氣吹凈，也可用清潔的干綢布擦拭，去除殘留的水分和雜物，保證導(dǎo)向套無異物附著，槽底、圓角處潔凈。

4.2 活柱清洗不干凈

受結(jié)構(gòu)限制，空心活柱焊接后內(nèi)部鐵屑很難清除干凈。鐵屑進(jìn)入立柱將影響系統(tǒng)清潔度，造成底閥堵塞或密封件損壞，引起立柱掛液?；钪附忧案鞑考?yīng)清洗干凈，焊接時(shí)需要對柱頭及柱塞螺紋孔進(jìn)行防護(hù)，后續(xù)加工時(shí)柱頭螺紋孔、下端通液孔、清洗孔均需相應(yīng)的防護(hù)工裝，各工序在工件轉(zhuǎn)移和加工時(shí)應(yīng)注意防護(hù)，最終達(dá)到活柱焊接后柱管內(nèi)無鐵屑及雜物存留。

對于實(shí)心鉆深孔加工的活柱，各孔加工完畢后，需清凈孔內(nèi)毛刺，并用高壓空氣反復(fù)將孔內(nèi)鐵屑吹干凈，之后加裝底部螺堵并進(jìn)行試壓操作。

4.3 缸筒清洗不干凈

裝配時(shí)，缸筒未經(jīng)過清洗機(jī)清洗或清洗機(jī)清洗液不按規(guī)定更換，會(huì)造成清洗不干凈，清潔度不達(dá)標(biāo)。裝缸前，缸筒須按工藝要求在缸筒清洗機(jī)中進(jìn)行清洗，定期更換清洗液，確保缸筒內(nèi)孔、外圓無異物附著，槽底、圓角處清洗干凈。

4.4 安裝時(shí)密封件損壞、鍍層磨損

清洗完畢后，導(dǎo)向套、柱塞等密封件裝配時(shí)不得使用螺絲刀等鈍器輔助裝配，否則一方面容易損傷密封件，另一方面會(huì)磨損導(dǎo)向套外圓鍍層，磨損的鍍層粉末直接進(jìn)入缸內(nèi)，影響立柱的清潔度?？煽紤]將密封件放入水浴鍋中 (根據(jù)密封材質(zhì)選用水或油作為介質(zhì)) 加熱到一定溫度，使密封件軟化、脹大后，用絲帶旋轉(zhuǎn)拉入槽內(nèi)，確保密封件及鍍層無損壞。

4.5 立柱裝配時(shí)涂抹機(jī)油過多

在立柱裝配時(shí)，特別是大直徑立柱立裝時(shí)，為了潤滑密封件而涂抹大量機(jī)油。機(jī)油存于桿密封和防塵槽之間，在立柱動(dòng)作時(shí)，會(huì)隨活柱或中缸滲出，造成掛油現(xiàn)象。涂油時(shí)可用綢布在油盆里浸濕，撈出擰干后擦拭待潤滑部位，避免涂抹機(jī)油過量。

4.6 導(dǎo)向套擰緊時(shí)轉(zhuǎn)速過快或轉(zhuǎn)矩過大

立柱裝配過程中裝缸機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩超過工藝要求時(shí)，可能會(huì)造成螺紋研傷和密封件損傷。應(yīng)根據(jù)立柱缸徑大小核算所需轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，同時(shí)對裝缸機(jī)進(jìn)行改造，增加轉(zhuǎn)矩顯示模塊，并制定相關(guān)具體操作規(guī)范，防止密封和導(dǎo)向套螺紋研傷。

4.7 中缸、活柱推入缸筒速度過快

活柱推入中缸或中缸推入外缸時(shí)，下降速度或推入速度過快，會(huì)導(dǎo)致密封件蹩卡或損壞。必須對裝入速度制定標(biāo)準(zhǔn)，按合理速度推入中缸、活柱，防止引起密封件蹩卡、損壞。

5 立柱試壓

立柱全行程試驗(yàn)可以使蹩卡的密封在試驗(yàn)中伸展、磨合，避免出現(xiàn)掛液現(xiàn)象。應(yīng)要求所有立柱在裝配完成后至少進(jìn)行 3 次全行程試壓試驗(yàn)，特別是當(dāng)采用注塑模壓密封件時(shí)，應(yīng)提高立柱出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。全行程試壓完成后，按照國標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

6 結(jié)語

立柱是液壓支架的主要承力部件，所含零件較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，精度要求高，生產(chǎn)制造流程長。立柱掛液是液壓支架驗(yàn)收或井下使用過程中常見問題之一，由于引起掛液原因較多，實(shí)際處理起來較為困難，需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間。通過分析立柱掛液的原因并制定相應(yīng)的預(yù)防改進(jìn)措施，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中取得了良好的效果，有效減少甚至杜絕了立柱掛液的發(fā)生。