液压缸活塞杆复合不锈钢板技术的研究与应用

付伟　贺志杰

摘要：近些年，随着我国经济发展进入快车道，国家大力发展基础建设，钢铁等基础工业的发展带动了能源产业的蓬勃发展，国内液压支架也进入了快速发展的阶段，综采技术全面推广，全国的综采工作面数量有了大幅度的提高。文章对液压支架液压缸活塞杆不锈钢技术进行了研究。

关键词：液压支架；液压缸；活塞杆；复合不锈钢板技术；综采技术；综采工作面 文献标识码：A

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2016）28-0014-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.008

随着国家政策对能源结构的调整、对生态环境的保护力度加大，煤炭市场的竞争日益加剧，煤炭企业必须强化管理、挖潜增效，以科技创新带动企业竞争力提升，方能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。文中突出的“不锈钢覆合工艺”传统修复工艺相比具有较大优势，不锈钢覆合技术使井下装备达到一次投入，长期使用的效果，改变了过去投入大、使用周期短，频繁更换修复的不良现状，既大大降低了每年投入的修理费，又提高了装备的安全可靠性。

1 设计思路与主要研究内容

1.1 总体设计思路

通过调研，结合国家对环保新的政策与要求以及电镀行业情况，选择引进或委托承修商共同研究开发新的立柱、千斤顶防腐技术。目前集团各矿都存在原煤开采成本极高，再加上近几年煤炭经济效益下滑，煤炭企业出现大面积的亏损。为了节约成本、减少立柱、千斤顶的修理资金投入，提高设备使用效率，经公司领导研究决定对立柱、千斤顶进行新的防腐技术改造，并顺利实现对集团目前井下立柱、千斤顶的防腐研究，最终实现液压支架立柱、千斤顶使用寿命的延长。

1.2 研究的主要内容

本项目旨在研究分析液压支架立柱、千斤顶的在井下工作面的受力和防腐情况，煤矿井下的工况等情况，为了提高液压支架立柱、千斤顶的工作效率、延长其使用寿命，对以下内容进行重点研究开发：（1）对液压支架立柱的结构分析；（2）对液压支架立柱的各段受力分析；（3）对液压支架立柱的工况情况及腐蚀机理进行分析；（4）对液压支架立柱的腐蚀情况进行分析；（5）对液压支架立柱的电镀、激光熔覆进行分析；（6）对液压支架立柱不锈钢覆材进行分析。

2 需求分析与关键技术

2.1 需求分析

2.1.1 立柱的腔体密封带复合双向不锈钢，通过工艺控制，极大程度地提高了油缸内腔面的硬度和耐腐蚀性，提高了密封带的耐磨性能、抗氧化和耐腐蚀性能，从根本上解决了立柱易锈蚀易损坏的难题。

2.1.2 不锈钢复合技术修复范围宽，不仅可以完全替代传统的电镀修复方法，还能修复还原其无法修复的大面积锈蚀、氧化面、轻度弯曲、涨缸部件的精度及粗糙度，大大降低了油缸的报废率。

2.1.3 因为双向不锈钢材料的优异特性，经复合工艺的控制，使部件寿命提高了3～5倍，从而延长了立柱及千斤顶的使用寿命。

2.1.4 立柱及千斤顶的使用寿命延长3年以上，大幅降低了大修周期，同期减少了设备更换时间，节约了人力和物力，提高了设备的利用率和生产效率。

2.1.5 经过双向不锈钢复合再制造的油缸，其硬度高、耐腐蚀、耐磨损、事故率低且可重复修复，确保了煤矿正常、高效生产，具有良好的经济效益。

2.2 关键技术

对于活塞杆，为取代电镀修复，与内镶不锈钢套修复油缸相比难度要大得多，关键是不锈钢套与活塞杆的结合，不能有间隙，还要有硬度。几经周折，最早采用冷冻技术，就是把要复合的活柱体放入液态氮中冷却使得外径尺寸缩小，压入不锈钢套，恢复到常温时，利用热胀原理使得活柱体与不锈钢套紧密结合。后采用加热不锈钢套的办法，把加热后热胀的不锈钢套快速套入常温下的活柱体，利用冷缩原理抱紧，都不太成功，且不适合批量生产。后采用卷焊和压焊使得不锈钢与活柱体结合，也尝过试钢管缠绕焊接，也都不理想。我们历时三年多，又尝试了等离子喷涂、不锈钢丝补焊、激光熔覆等多种工艺方法，其中电焊补焊效率低、热变形大、效率低；等离子喷涂结合不是分子结合（属于微颗粒）不适用高压密封面，且经磕碰会脱落；激光熔覆也是一种新型修复工艺，热变形小，修复精度高，缺点是设备、粉末昂贵，修复成本太高。经过不断汲取经验教训，不锈钢复合方案最后确定采用冷压和环焊技术，最初没有专用设备，利用压力机改造，利用单体柱活柱试验不同的材质、不同过盈量、环缝焊接等，经过多次试验，最终成功攻破难题，达到原设计技术要求，且防锈免维护，大大降低了重复修理成本。

3 立液压支架液压缸活塞杆复合不锈钢板技术实施方案

3.1 缸筒不锈钢复合分步工序

3.1.1 不锈钢套制作。

工艺路线：下料→卷板→直缝钨极氩气保护焊→焊缝处理→热处理

3.1.2 机体预处理。

工艺路线：截缸底→倒角→镗内孔

3.1.3 不锈钢复合制作。

工艺路线：压装→滚压→倒角

3.1.4 复合体焊接。

工艺路线：坡口加工→封焊→组对→钨极氩弧焊→焊缝处理

3.1.5 后续处理。

工艺路线：机加工→焊缸底→试验检验

如图1所示，其包括缸体1，在缸体1内镶嵌有缸套2，由于缸套2是薄壁件，故采用滚轮将缸体1和缸套2滚压贴合成一体。穿过缸体1和缸套2设有油孔3，用于流通液压油，油孔3内设有油管套4，在缸体1外边面上对应油孔3和油管套4设置有油嘴5。在缸体1内腔一端设有倒角6，倒角6外侧相邻设有沟槽7，缸體1内腔另一端设有沉台8。缸套2一端与沉台8底部平齐，且通过环焊方法使缸体1和缸套2形成无缝连接，密封性能好；缸套2另一端与设有倒角6的缸体1内壁相贴合，以保护缸体1的倒角6部分免受损伤。在缸体1上设有沉台8的一端外部设有锥形面9，用于装配底座10后形成缸体1与底座10的环焊区11，环焊区11与缸体1外表面保持平整。底座10上设有油孔12，油孔12外端设有油嘴13，用于液压油的流通。缸套2和油管套4均为不锈钢材料，充分发挥了不锈钢材料耐酸碱、耐腐蚀的优点，大大增加了部件表面硬度，大大提高了部件表面粗糙度，提高了缸体1的使用寿命。缸套2的厚度可分为1.5mm和2mm两种，修复范围宽，大大降低了油缸1的报废率且缸套2的使用寿命在3年以上，使用寿命长。倒角6的角度为15°，锥形面9的锥度为45°。

3.2 活塞杆复合不锈钢分步工序

3.2.1 不锈钢套制作。

工艺路线：下料→卷板→直缝钨极氩气保护焊→焊缝处理→热处理

3.2.2 机体预处理。

工艺路线：除锈→整形→机加工

3.2.3 不锈钢复合制作。

工艺路线：压装→磷化→复合压延→机加工

3.2.4 复合体焊接。

工艺路线：坡口加工→封焊→组对→钨极氩弧焊→焊缝处理

3.2.5 后续处理。

工艺路线：机加工→抛光整形→试验检验

千斤顶、立柱活塞杆，根据镶套的厚度，确定活塞杆杆体的外径切削量，为保證钢套与活塞杆杆体表面紧密，避免挤压时钢套与活塞杆杆体相对移动，活塞杆加工后表面粗糙度为：Ra6.3μm。

活塞杆直径70～150mm，钢套内径小于活塞杆外径0.1～0.2mm的过盈余量紧配合。

活塞杆直径150～230mm，钢套内径小于活塞杆外径0.2～0.3mm的过盈余量紧配合。

活塞杆直径230～320mm，钢套内径小于活塞杆外径0.3～0.4mm的过盈余量紧配合。

通过压力机将钢套压入活塞杆杆体。立柱一端倒150角便利装套。装上套后，用专用锥形工装模具涂上润滑剂挤压钢套（润滑剂配方为牛油和碳酸钙粉，以7∶3配比加热后混合液润滑）。挤压目的为：活塞杆杆体表面与钢套紧密接触，同时钢套经挤压而产生变形硬化，提高钢套表面硬度。最后用环焊机氩弧焊将两端结合部焊接成无缝连接。焊接前，应对镶嵌活塞杆严格检查，端头钢套与活塞杆杆体结合处必须紧密结合，否则焊接时将会出现焊孔，烧焦、结瘤等缺陷。

密封性能好：钢套2另一端与设有倒角4的活塞杆杆体1内壁相贴合，以保护缸体1的倒角3部分免受损伤。

钢套2为不锈钢材料，充分发挥了不锈钢材料耐酸碱、耐腐蚀的优点，提高了活塞杆的使用寿命。

钢套2的厚度可分为1.0mm、1.2mm、1.5mm三种，修复范围宽，大大降低了活塞杆的报废率。

活塞杆一端倒角3的角度为15°、锥形面4的锥度为45°。

4 结语

液压支架立柱防腐都以电镀为主，但根据国家最新的环保政策与电镀行业的现状，急需立柱防腐的新技术，而立柱防腐不锈钢复合工艺在八矿的成功应用，实现了平煤集团及全国在防腐不锈钢复合工艺零的突破，填补了平煤集团及全国这方面的空白，为立柱防腐不锈钢复合工艺在平煤集团及全国推广应用打下了良好基础，具有良好的经济效益和较高的社会效益。

参考文献

[1] 陈永亮，王向伟，潘高峰，韩瑶.液压支架试验台电液多轴加载系统耦合调平控制[J].煤炭学报，2011，（10）.

[2] 王晶晨，贾国平，白冰，王海军，董天顺，刘明，杨振凯.液压支架零部件防腐及再制造工艺研究进展

[J].材料导报，2015，（21）.

作者简介：付伟（1980-），男，河南息县人，中国平煤神马集团设备租赁分公司工程师，研究方向：设备管理。

（责任编辑：黄银芳）