液压支架立柱的维修分析

张 聪

（山西方华机械有限公司，山西阳泉 045000）

0 引言

液压支架在煤矿井下生产中发挥着重要的支护作用，液压支架性能的稳定性直接关系到煤矿的安全生产。立柱作为液压支架的主要承载部件，在缓冲顶板周期载荷冲击、调节支架高度及维持支架受力平衡方面起着重要作用[1]。由于立柱工况的特殊性，立柱外缸、中缸、活柱及缸内密封件较容易出现故障，立柱的故障直接影响液压支架的可靠性，容易引起安全事故。加上立柱相关零部件体积较大，维修及更换不方便。液压支架立柱的日常保养及科学的维修技术越来越受到重视。

1 立柱的工作原理

液压支架立柱主要包括：外缸、中缸、活柱、小导向套和大导向套等部分，工作原理与多级缸类似，可满足高承载力、大工作行程的使用特点。当立柱执行上升动作时，通过扳动手柄或控制装置打开对应的液压阀，乳化液沿管路从进油口进入外缸，乳化液推动中缸首先伸出，随着乳化液的注入，外缸乳化液逐渐充满，中缸达到既定行程碰触到导向套后，乳化液开始进入中缸中，乳化液推动中缸内的活柱伸出达到需要的高度[2]。

2 立柱常见的故障及原因分析

2.1 密封损坏

立柱缸口静密封的损坏会使外界的杂质跟随中缸或活柱进入缸体内腔，造成乳化液污染，杂质会加速液压元件的磨损、相关阀组卡阀，甚至影响整个液压系统的寿命。内部保压密封件的失效会引起外缸与中缸或中缸与活柱之间串液或漏液[3]，立柱内油液压力不能保持，支撑力下降。密封失效的主要原因包括：立柱偏载，外缸、中缸或活柱刮伤等方面。

2.2 缸体内壁腐蚀

立柱外缸、中缸材料通常采用具有高强度和耐磨性的27SiMn合金钢，缸内壁采用珩磨或刮削滚光工艺，立柱的工作介质是乳化液，缸壁依靠乳化液内的添加剂来防锈、防腐。一般不进行电镀处理。但是由于乳化液品质、乳化液浓度或水质等因素的影响，缸壁常发生腐蚀，腐蚀坑容易损坏密封件，同时也影响密封系统的密封效果。

2.3 缸口腐蚀

外缸与中缸的缸口是装配密封件的通道，为了便于密封件的装配，避免缸口对密封件的损伤，缸口一般预留15°～30°的工艺倒角。使用过程中如果缸口出现腐蚀，腐蚀坑口会割伤密封件，造成密封件出现刮伤，在乳化液压力的作用下，密封件损坏部位逐渐增大失去密封效果。因此，缸口腐蚀直接影响装配质量。立柱缸口腐蚀原因比较复杂，腐蚀位置主要发生在静密封与缸口接触的位置。静密封段乳化液压差微小，基本没有乳化液的流动，空间相对封闭，乳化液的品质变化及杂质清理不及时会引起缸口的腐蚀[3]。

2.4 缸口圆度超差

液压支架使用一段时间后会出现立柱外缸与中缸缸口圆度超差现象，圆度超差影响缸口与对应的导向套之间的配合关系，摩擦阻力加大，加快导向套的局部磨损，严重的会造成导向套螺纹研死，立柱拆装难度加大。造成缸口圆度超差的主要原因是：立柱油缸结构形式属于二级缸，立柱工作时一般呈10°～30°角倾斜放置，由于油缸累计行程较大，加上活柱、中缸与外缸筒之间的缝隙，缸体并非严格意义上的只受轴向作用力，立柱工作时油缸除了受轴向力外，在缸口处还受到一部分弯矩的作用，弯矩的存在会导致缸口处偏载，偏载作用加速缸口处局部磨损造成圆度超差[4]。

2.5 电镀层的损坏

为了提高中缸及活柱的耐磨性能，立柱加工过程中一般在中缸及活柱外表面进行电镀处理，立柱使用一段时间后由于电镀层质量问题、偏载及乳化液品质等因素的影响，会出现电镀层腐蚀、起皮、脱落等现象。电镀层的损坏会加速密封件的磨损。

3 立柱常见故障的处理技术

3.1 缸体修复技术

缸体的修复需要根据实际磨损情况选择不同的修复工艺。

（1）珩磨修复

缸体内表面的腐蚀或轻微划痕（深度小于0.25 mm），一般是采用珩磨工艺来修复内孔，珩磨工艺表面质量好、精度高。随着密封件材料技术的不断发展，目前缸径可允许珩磨的最大尺寸为+0.6 mm，密封件可使用标准型号[5]。

（2）配制非标准密封

如果立柱偏载现象不明显，缸体内表面磨损比较均匀、尺寸超差满足使用要求，或经过珩磨工艺修复后的缸体直径偏差查过允许值时，可直接加大密封件的尺寸，采用非标密封件补偿密封间隙。由于缸体内表面直径因磨损或珩磨增大，非标密封件的配合间隙需要满足“最大挤出间隙”的要求，才能有效发挥密封作用。间隙过大会导致密封受压后发生大的变形挤入间隙内，致使密封件损坏。配做非标密封件时，需要咨询专业密封生产厂家并结合经验数据。

（3）缸体内孔再制造技术

缸体内孔表面磨损、腐蚀导致尺寸超差，并且缸体无变形、无裂纹，可实施熔覆锰铜合金再制造技术。锰铜合金(Zn 0.15%、Mn 10.13%、Ni 2.26%、Fe 3.58%、余量为铜)，锰铜合金具有较高的力学性能，抗拉强度可达430 MPa，表面硬度HB 190～210。耐磨、抗蚀性、加工性能良好，修复后的缸体满足井下使用要求[6]。缸体内孔再制造工艺路线如下。

1）粗车缸体内孔

利用车床粗车缸体内表面，将损坏层去除，露出缸体材料，为下一步熔覆锰铜合金预留空间。

2）缸体内表面熔覆铜合金

利用钨极氩弧焊技术在完成车削后的缸体内表面熔覆锰铜合金，锰铜合金单边厚度为2.4～3.0 mm。

3）车削加工

缸体内完成熔覆后再进行车削，并给珩磨预留加工余量。

4）珩磨

珩磨完成车削后的缸体内表面至设计尺寸，表面粗糙度为Ra 0.4。

3.2 缸口修复工艺

针对缸口腐蚀与圆度超差等问题，一般采用熔覆不锈钢的工艺来修复。不锈钢具有防锈、耐腐蚀的特点，满足井下使用要求。首先，粗车缸口区域，车削深度推荐为3 mm，露出缸体材料，车削时注意空间大小，防止打刀；其次，采用环缝焊机在缸口完成车削的区域堆焊不锈钢，焊接时注意缸体表面的保护；最后，将完成堆焊的缸体进行时效处理，消除焊接应力后再进行粗车、精车加工至要求尺寸[7]。

3.3 立柱中缸及活柱外表面电镀层修复

目前激光熔覆技术比较成熟，操作简单，环保性好，与母材结合强度高，不锈钢成份可根据水质及密封材料进行配置。针对立柱外表面电镀层损伤问题，可采用激光熔覆技术进行处理。具体工艺路线是：车削中缸、活柱外表面损坏的电镀层→激光熔覆不锈钢→粗车熔覆不锈钢后的外表面→精车→抛光至需要的粗糙度。不锈钢抗拉强度可达1 100 MPa，硬度大于HRC50。完成激光熔覆不锈钢再制造的中缸及活柱外表面寿命普遍超过电镀处理。很好地满足了井下复杂工况条件[8]。

4 结论

立柱的性能稳定是液压支架可靠性的必要保证，随着橡塑材料、熔覆技术的不断发展，立柱的修复技术不断提高，极大地增强了立柱防锈、抗腐蚀能力，提高了立柱的使用寿命，一些原来作报废处理的零部件可得到修复，节省大量成本。