吳 頔

（河南省義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司機(jī)電設(shè)備租賃站，河南 義馬472300）

1 概述

中國是一個(gè)煤炭儲(chǔ)量較大，但貧油、少氣的國家，這就直接決定了煤炭在我國一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的主導(dǎo)地位。國家能源局表示，2018 年煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的比重是59%，2020 年，這個(gè)比例將在58%左右。雖然占絕對(duì)比重，但安全卻困擾著煤礦企業(yè)，所以如何保證煤礦井下的支護(hù)安全是當(dāng)今煤礦企業(yè)高度關(guān)心的問題。液壓支架主要用于在綜采工作面支護(hù)頂板，是以高壓液體為動(dòng)力，可以穩(wěn)定高效的對(duì)綜采工作面頂板進(jìn)行控制和支護(hù)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行有效隔離，以防止采空區(qū)矸石落實(shí)作業(yè)空間，同時(shí)可以保證設(shè)備隨著工作面采煤推進(jìn)移動(dòng)，讓采煤機(jī)和刮板機(jī)推向煤墻，從而保證工作面高效安全推進(jìn)。

2 部分支架現(xiàn)狀

部分煤礦因效益差，購置新設(shè)備較少，使用的綜采液壓支架大部分服務(wù)時(shí)間長，整體狀況很差，難以滿足生產(chǎn)安全需要。如銷軸與鉸接孔的配合間隙標(biāo)準(zhǔn)為2mm，經(jīng)測量，發(fā)現(xiàn)多數(shù)配合間隙已經(jīng)超過2mm，嚴(yán)重的能達(dá)到5mm，隨著支架升高，頂梁擺動(dòng)量增大，立柱及千斤頂使用的密封為聚氨酯材質(zhì)，壓縮量小，容易導(dǎo)致支架的擺動(dòng)量遠(yuǎn)超密封的壓縮量，容易造成立柱及千斤頂漏竄液。由于煤礦井下有著各類災(zāi)害和工作條件所限，環(huán)境較為惡劣，溫度，濕度，硫分較高，千斤頂?shù)母淄簿鶎儆诤辖鸩牧希淄才c水及空氣接觸就會(huì)自然的出現(xiàn)大面積銹蝕和銹斑凹坑，活柱升降就會(huì)反復(fù)摩擦密封，銹蝕部位就會(huì)割裂密封，從而讓千斤頂出現(xiàn)漏串液、不保壓等現(xiàn)象，影響液壓支架的支護(hù)、拉移性能。通過對(duì)一套待修支架的測量，發(fā)現(xiàn)就立柱一項(xiàng)，有80%的出現(xiàn)銹蝕環(huán)，主要集中在距離缸口約150 至180mm 的位置，銹蝕坑內(nèi)陷，坑深1 至3mm，環(huán)繞整個(gè)缸口。支架立柱在使用時(shí)，由于頂?shù)装鍫顟B(tài)都會(huì)存在一定的傾斜角度，缸筒也處于傾斜狀態(tài)，而缸筒內(nèi)上腔液面處于水平狀態(tài)。由于目前液壓支架的工作液體是乳化液，缸筒內(nèi)有乳化液，液面以下缺少氧氣，并且乳化液油本身就是能起到一定的防銹蝕功能，液面以下不易生銹；但液面上方，特別是液面和空氣交界處，存在空氣，也就是存在氧分子和水分子，易生成三氧化二鐵，在缸口內(nèi)壁下方形成一條橢圓形斑坑帶，造成支架立柱密封損壞，導(dǎo)致漏竄液現(xiàn)象頻繁發(fā)生，影響工作面正常生產(chǎn)。

3 深度修理工藝介紹

3.1 支架鉸接孔修復(fù)技術(shù)

通過分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)常修理的支架，隨著支架升高，頂梁擺動(dòng)量增大，加之千斤頂密封為聚氨酯材質(zhì)，壓縮量小，容易導(dǎo)致支架的擺動(dòng)量遠(yuǎn)超密封的壓縮量，容易造成立柱及千斤頂漏竄液。首先，對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)件鉸接孔與配套銷軸進(jìn)行測量，統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，一套ZF7000 型支架，82.5%頂梁與掩護(hù)梁鉸接孔，70%前連桿與掩護(hù)梁鉸接孔，67.5%前連桿與底座鉸接孔，85%后連桿與掩護(hù)梁鉸接孔，85%后連桿與底座鉸接孔配合間隙均超過2mm，更有甚者達(dá)到5mm。其次，按照確定的尺寸數(shù)值對(duì)鉸接孔進(jìn)行補(bǔ)焊，銷軸重新車制。采用ER60 型焊絲對(duì)鉸接孔進(jìn)行堆焊，確保無氣孔。最后，使用TX6513-130MM鏜床對(duì)補(bǔ)焊后的各鉸接孔進(jìn)行精鏜，控制進(jìn)刀量來保證粗糙度達(dá)到6.3 以上，銷軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)與鍍鋅，最終達(dá)到配合間隙為1mm。

3.2 立柱及千斤頂修復(fù)工藝

當(dāng)缸筒出現(xiàn)文中提到的現(xiàn)象是，就無法正常使用了，目前遇到這類問題有以下幾種解決方法：3.2.1 制作新缸筒。成本過高；以φ230mm 缸筒為例，新購費(fèi)用約為5000 元/根，每架支架4根立柱，若全部更換，則需費(fèi)用20000 元/架，成本較高。3.2.2采用熔覆和內(nèi)覆不銹鋼套技術(shù)等。此種方法工藝復(fù)雜，熔覆費(fèi)用約35 元/dm2，φ230mm 立柱缸筒面積為94.6dm2，則每根需3311 元，成本相對(duì)較高，不宜采取此方法。通過對(duì)市場的了解和反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用缸筒縮徑再造修復(fù)技術(shù)可較好的解決以上難題。此技術(shù)，依據(jù)“金屬熱脹冷縮效應(yīng)”，用中頻感應(yīng)加熱裝置對(duì)油缸內(nèi)壁進(jìn)行快速加熱、外部缸體噴水急速冷卻，實(shí)現(xiàn)缸筒縮徑。用該技術(shù)再造的缸體，不需要改變?cè)瓉硗庥^，缸體內(nèi)壁也不需填加其它材料，且再造后的缸體尺寸和性能可完全恢復(fù)原設(shè)計(jì)要求（大部分油缸尺寸超差，φ230mm 缸筒原設(shè)計(jì)公差為0至0.115mm，檢測后大多為0.3-0.6mm，嚴(yán)重的超過1mm。采用縮徑工藝后，可使缸筒表面光滑，尺寸恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)公差）。該技術(shù)為企業(yè)節(jié)省資金，可行。

3.3 缸筒縮徑原理

立柱及千斤頂缸筒常用材料為27SiMn，需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得金相組織為回火索氏體。利用最簡單的熱脹冷縮原理，同時(shí)根據(jù)鐵的同位素異構(gòu)理論，通過對(duì)缸體實(shí)施“內(nèi)加熱、外冷卻”的方法，使缸筒達(dá)到相變縮徑的目的。利用中頻感應(yīng)技術(shù)，對(duì)缸體內(nèi)壁進(jìn)行加熱，同時(shí)利用高壓噴水，對(duì)加熱內(nèi)壁的外壁進(jìn)行快速冷卻。首先，通過對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行中頻感應(yīng)加熱，缸筒內(nèi)壁是在高溫下急速升溫，在很短的時(shí)間內(nèi)內(nèi)壁加熱到相變以上溫度（800至1000℃），缸筒材料內(nèi)部結(jié)晶組織隨即發(fā)生相變，由比容小的回火索氏體組織向比容大的低碳馬氏體組織轉(zhuǎn)變。通過高壓淋水對(duì)缸筒外壁進(jìn)行冷卻，使缸筒由內(nèi)向外的熱膨脹現(xiàn)象受到了抑制，也因此，缸筒內(nèi)壁脹大的體積在沿著半徑向外方向膨脹受到抑制，也只能沿著半徑方向向內(nèi)膨脹，進(jìn)而使缸體內(nèi)徑減小，從而實(shí)現(xiàn)了縮徑功能。雖然降溫后缸筒材料收縮會(huì)使縮小的缸體內(nèi)徑有所增加，但因金相組織的變化，是的缸體的最終內(nèi)徑仍被減小。事實(shí)證明，通過對(duì)現(xiàn)有待修的支架立柱及千斤頂缸筒進(jìn)行修復(fù)，能實(shí)現(xiàn)最大縮徑量（直徑方向上）約3mm，有足夠的余量對(duì)缸筒進(jìn)行再加工。

3.4 缸筒縮徑工藝

3.4.1 確定缸筒縮徑量。對(duì)待修的缸筒內(nèi)徑進(jìn)行測量，找到缸筒內(nèi)徑的最大值，并以值為準(zhǔn)，再定合適的修復(fù)余量，并結(jié)合修復(fù)后內(nèi)徑的要求，最終確定縮徑量。

式中，△——單邊縮徑量，mm；

dmax——實(shí)測缸筒最大內(nèi)徑，mm；

d——缸筒原內(nèi)徑尺寸，mm；

δ——單邊修復(fù)余量，mm。

從而可獲得缸筒縮徑后的內(nèi)徑d′=dmax-2Δ 或d′=d-2δ

3.4.2 縮徑再制造工藝?？s徑再制造工藝必須要通過設(shè)計(jì)的專有裝置上進(jìn)行。自制的缸筒縮徑裝置，主要擁有缸筒裝夾、內(nèi)壁感應(yīng)頭加熱、缸外部噴淋冷卻、缸壁遠(yuǎn)紅外激光測溫等功能。通過測量和理論計(jì)算，確定內(nèi)徑收縮量，再進(jìn)行精確調(diào)整加熱感應(yīng)電流頻率、加熱部分相對(duì)缸筒的移動(dòng)速度和冷卻速度等參數(shù)，就可以對(duì)缸筒進(jìn)行縮徑，隨著感應(yīng)加熱層加深，待縮徑的量也增大。在對(duì)缸筒內(nèi)部加熱的同時(shí)，通過增壓水，環(huán)繞缸筒外部連續(xù)不斷的噴淋冷卻水，使缸筒表面急速降溫，由此降低缸筒內(nèi)熱量向外傳導(dǎo)速度，避免缸筒外部不規(guī)則、無限制的外擴(kuò)和變形。再加熱的通知，利用遠(yuǎn)紅外激光測溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)控加熱溫度，保證縮徑所需要的相變溫度。待修復(fù)的缸筒內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)劃傷、磨損超差、銹蝕凹坑、漲缸等問題，通過相變縮徑以后這些問題都可以控制在計(jì)算后的尺寸，而缸體本身的熱處理性能指標(biāo)沒有大的變化。再用內(nèi)徑測量表檢測缸筒縮徑后的內(nèi)徑尺寸，滿足縮徑的尺寸要求，可以進(jìn)行滾鏜，以達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。

3.5 檢驗(yàn)缸筒內(nèi)表面硬度

通過實(shí)驗(yàn)和測量證明，只要嚴(yán)格監(jiān)控溫度，把溫度控制在需要的范圍內(nèi)，就能滿足HBS240 至280 的硬度要求。所以最后就要對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，如果缸筒內(nèi)表面硬度低于設(shè)計(jì)要求時(shí)，就要對(duì)其表面進(jìn)行高頻淬火處理，使其達(dá)到硬度要求。

4 結(jié)論

本文研究主要針對(duì)煤礦綜采工作面液壓支架在中后期的修理過程中，出現(xiàn)銷軸與鉸接孔配合間隙不合理，立柱及千斤頂缸筒內(nèi)壁有銹蝕凹坑等現(xiàn)象，通過文中方法，能有效處理此類問題，解決支架修復(fù)難題。按照目前省內(nèi)行情，采購1 根φ230 立柱缸筒約需0.4 萬元；利用此種技術(shù)修復(fù)1 根φ230 立柱缸筒需0.18 萬元，則每修復(fù)1 根φ230 立柱缸筒可節(jié)約購置資金0.22 萬元。一套ZF7000 支架按照100 架計(jì)算，每架共有φ230立柱2 根，一套共節(jié)約購置資金44.2 萬元。按照此種工藝同時(shí)修復(fù)其他千斤頂，修復(fù)一套支架可節(jié)約購置資金數(shù)以百萬元。同時(shí)文中所提出的結(jié)構(gòu)件銷軸與孔的配合間隙通過深度修復(fù)達(dá)到1mm，以ZF7000 為例，一架支架超差鉸接孔鏜孔需要7000元，重做銷軸1000 元，而如果對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)件不采用此工藝直接重做的話，按照目前市價(jià)，新制作一件前梁和前連桿需要6.5 萬元，一套支架節(jié)約費(fèi)用一千余萬元。

由此可見，此種深度修復(fù)工藝可大量節(jié)約購置支架費(fèi)用，同時(shí)延長支架使用壽命，在今后煤礦工作面支架修復(fù)中具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。