立柱、千斤顶缸体内壁失效形式与修复工艺

郑 伟 李玉刚 石 虎

（山东能源重装集团鲁南装备制造公司，山东 枣庄 277500）

立柱、千斤顶作为承受外力和动作完成的工作部件，是煤矿综合机械化采煤工作面液压支架的主要构成部分，其性能好坏直接决定支架性能和煤矿安全高效生产。鲁南装备制造公司作为从事综机设备修复与再制造的专业厂家，研究立柱、千斤顶缸体内壁失效形式、发生原因与再制造工艺，对于提高立柱、千斤顶修复与再制造质量十分必要。

1 缸体制造材料、工艺及技术参数

立柱、千斤顶缸体一般采用27SiMn无缝钢管与缸底组焊而成，在粗镗加工、调质热处理的基础上，进行二次精镗削、滚压而成。基于生产工艺、生产成本的诸多因素，一般对内壁不进行电镀、熔覆等表面防腐处理。在缸体制造时，内孔配合面的尺寸精度不得低于H 9，表面粗糙度0.8μm，内表面硬度在HB240～280之间，其屈服强度为σb≥1000MPa、抗拉强度为σs≥800MPa，安全系数不低于3。

2 缸体的主要失效形式

针对鲁南装备制造公司设计制造升井后的ZF7000-23/47型支架的立柱、千斤顶缸体内壁失效形式进行调查分析，发现其主要存在涨缸、点蚀、刮痕、磨损等几种失效形式。选取失效缸体50件作进一步分析统计，发现点蚀、刮痕占失效形式的87%，磨损、涨缸占失效形式的13% 。可见点蚀、刮痕是缸体失效的主要形式。

3 缸体失效原因分析

（1）涨缸：涨缸主要是由于立柱、千斤顶超过承载压力或缸体综合机械性能差造成。承载压力超标由立柱、千斤顶的安全阀在额定压力下不开启或不及时开启、安全阀开启时溢流量小等因素造成；综合机械性能差由调质热处理硬度不够、材料不合格等因素造成。

（2）点蚀：点蚀主要是由于立柱、千斤顶在工作过程中发生汽蚀现象和缸体耐冲击性能差造成。引发汽蚀现象的主要原因是乳化液压力急剧变化、乳化液成酸碱性、乳化液浓度配比不够等；缸体耐冲击性能差主要是缸体使用材料性能差、制造工艺不标准、调质硬度不够造成。

（3）刮痕：主要是由于活塞上的金属零件与缸体刮擦造成。

（4）磨损：主要指活塞密封与缸体往复运动造成的尺寸变化。

4 修复工艺

一般有缩缸、扩缸、激光熔覆、等离子熔覆、低温镀铁等工艺。

（1）缩缸工艺。采用感应线圈对缸体内壁进行加热、外壁采用喷冷却水进行收缩的一种工艺，主要有清洗、烘干、缩缸、珩磨等工序。缸体内径尺寸缩小0.8～1.5mm,然后进行珩磨恢复尺寸；同时造成硬度增加，屈服强度、抗拉强度降低，安全系数低于3。

该工艺主要针对存在涨缸、点蚀、刮痕等缺陷严重的缸体进行修复。优点是修复后缸径尺寸不变；缺点是感应加热造成内应力增加，性能下降，成本较高。

（2）珩磨扩缸工艺。采用珩磨机对缸体进行扩缸，从而消除缺陷的一种工艺，主要有清洗、烘干、初珩磨、焊补、打磨、终珩磨等工序。初珩磨一般去除厚度尺寸0.5mm，然后进行检查，对个别存在的缺陷进行钎焊焊补、直磨机打磨，最终珩磨去除厚度尺寸0.5mm。这样珩磨扩孔后直径尺寸比原尺寸大1mm,使用加大非标密封，实现缸体整体性能恢复。缸体珩磨后，内表面硬度、屈服强度、抗拉强度不变，安全系数一般不低于3。

该工艺主要针对存在轻微涨缸、点蚀、刮痕等缺陷的缸体进行修复，优点是修复效率高，生产成本低，经济性好；缺点是非标缸体和密封的使用，给后续维修带来不便。

（3）激光熔覆工艺。采用光纤激光机对缸体进行不锈钢粉末熔覆，从而消除缺陷的一种工艺，主要有清洗、烘干、初珩磨、激光熔覆、终珩磨等工序。初珩磨一般去除厚度尺寸0.4mm，然后进行激光熔覆，待冷却后进行最终珩磨恢复图纸尺寸。这样珩磨直径尺寸不变。激光熔覆工艺后，内表面硬度达到HRC40～50，屈服强度、抗拉强度、安全系数基本不变。

该工艺主要针对存在点蚀、刮痕、磨损等缺陷的缸体进行修复。优点是熔覆层结合力高，缸体耐腐蚀性、耐磨性较高；缺点是加工困难，生产成本高。

（4）等离子熔覆工艺。采用专用等离子熔覆机对缸体进行不锈钢粉末熔覆，从而消除缺陷的一种工艺，主要有清洗、烘干、抛光除锈、熔覆、珩磨等工序。抛光除锈去除尺寸在0.1mm左右，露出材料底色，然后进行熔覆，待冷却后进行珩磨恢复尺寸。工艺实施后，内表面硬度达到HRC40～45，屈服强度、抗拉强度、安全系数基本不变。

该工艺主要针对存在点蚀、刮痕、磨损等缺陷的缸体进行修复，优点是熔覆层结合力高，缸体耐腐蚀性、耐磨性较高，加工较激光熔覆简单一些；缺点是生产成本较高，与激光熔覆相当。

（5）低温镀铁工艺。采用电化学沉积的方式，从而消除缺陷的一种工艺，主要有清洗、烘干、焊补、打磨、初次珩磨、电镀、珩磨等工序。缸体清洗烘干后进行检查，发现点蚀、刮痕等缺陷进行焊补，使用直磨机进行手工或机械打磨，然后进行初次珩磨去除厚度尺寸0.3～0.5mm,再进行镀铁、珩磨恢复图纸尺寸。

该工艺主要针对存在轻微涨缸、点蚀、刮痕等缺陷的缸体进行修复。优点是修复后缸径尺寸不变；缺点是结合力不强，工艺复杂，污染环境，成本较高。

5 结束语

立柱、千斤顶缸体失效是液压支架发生质量问题的重要环节，鲁南装备制造公司采取科学合理的工艺进行修复，恢复其使用性能，有效减少了立柱、千斤顶报废数量，有效降低了液压支架维修成本，保证矿山安全高效生产。