柱塞懸浮式單體液壓支柱密封失效原因分析

姚君立，姚亞偉

（1.兗礦集團(tuán)唐村實(shí)業(yè)有限公司，山東濟(jì)寧273522；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東濟(jì)寧273522）

懸浮支柱具有抗偏載能力強(qiáng)、可靠性高、工作行程大、強(qiáng)度大，穩(wěn)定性高、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用，成為煤礦井下重要的支護(hù)設(shè)備。

1 柱塞懸浮式單體液壓支柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

柱塞懸浮式單體液壓支柱是一種新型外部供液的恒阻式單體液壓支柱，它克服了目前國(guó)內(nèi)外使用的（活塞式）單體液壓支柱存在的焊縫斷裂和內(nèi)泄漏等缺陷和問(wèn)題，是高檔機(jī)械化普采工作面的配套設(shè)備，也是綜采工作面的端頭支護(hù)設(shè)備。由于具有工作行程大、承載能力大、抗偏載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、安全系數(shù)大、使用范圍廣等特點(diǎn)，是理想的回采工作面和端頭支護(hù)設(shè)備。

采用柱塞懸浮式技術(shù)原理，懸浮力達(dá)到工作阻力的4/5，活柱受力僅為1/5，大大提高了支柱的穩(wěn)定性和安全性，也提高了支柱的支撐高度、承載能力和抗偏載能力?；钪喜辉俸赣兄^，避免了圓弧焊縫，提高了支柱的強(qiáng)度和可靠性，避免了因焊縫漏液和斷裂造成的安全隱患，降低了成本費(fèi)用，保證了安全生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有支柱均在活柱上焊有裝配三用閥的柱頭，降低了支柱的強(qiáng)度，由于焊縫質(zhì)量難于掌控、檢測(cè)難度較大，其焊縫質(zhì)量難以保證。由于活柱工作行程大，擴(kuò)大了使用范圍。原來(lái)的單體支柱每種規(guī)格的工作行程較短，需要根據(jù)工作面的變化經(jīng)常更環(huán)支柱型號(hào)，懸浮式單體支柱避免了這個(gè)問(wèn)題，減少了支柱的頻繁更換，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。由于懸浮支柱去掉了現(xiàn)有支柱的活塞和柱頭，支柱質(zhì)量減輕了10%～30%，支柱的最小高度大大縮短，運(yùn)輸、使用都比原來(lái)方便?，F(xiàn)有活塞式支柱，因存在內(nèi)泄漏不易觀察到而造成支柱虛接，甚至造成支柱自動(dòng)倒下而傷人的事故隱患。而懸浮支柱底座為外包型，底座、密封蓋和手把閥體漏液都可以可用肉眼直觀檢查到，從而及時(shí)采取有效措施，提高了安全性能。懸浮支柱的各密封點(diǎn)均采用了密封補(bǔ)償和密封漲緊技術(shù)原理，在密封有磨損的情況下可有效補(bǔ)償。在支柱高壓支撐情況下，可保持密封漲緊狀態(tài)，確保了支柱的密封性能，降低了維修和維護(hù)費(fèi)用。

該支柱結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由鉸接頂蓋（1）、密封蓋組件（2）、活柱（3）、手把閥體（4）、油缸（5）、復(fù)位彈簧（6）、底座（7）、O 形密封圈（8，15）、擋圈（9，13，14，19）、彈性圓柱銷(xiāo)（10）、防塵圈（11）、D形密封圈（12，18）、連接鋼絲（16）、導(dǎo)向環(huán)（17）等零部件組成。

注液時(shí)，其高壓液體從三用閥進(jìn)入到油缸和活柱間的腔體內(nèi)，再?gòu)幕钪虏克膫€(gè)徑向通孔進(jìn)入活柱內(nèi)腔，在液體壓力的作用下，頂蓋、密封蓋隨活柱上升支撐住頂板。密封區(qū)主要在密封蓋、手把閥體和底座處，缸體內(nèi)壁不起密封作用，主要密封面是由活柱表面與安裝在油缸上的手把閥體處的D形圈和O形圈組成的。

圖1 柱塞懸浮式單體液壓支柱結(jié)構(gòu)示意圖

2 導(dǎo)致懸浮支柱密封失效的原因

導(dǎo)致懸浮支柱密封失效的原因主要有手把閥體漏液、底座漏液和密封蓋漏液。下面進(jìn)行了失效原因及改進(jìn)措施分析。

2.1 手把閥體漏液原因分析及措施

造成手把閥體密封失效的原因主要有手把閥體內(nèi)D形圈損壞、手把閥體內(nèi)O形圈損壞。

針對(duì)上述原因，提出了以下解決措施：①工作中經(jīng)過(guò)細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)，手把閥體在套入活柱時(shí)被活柱3×20°外倒角割傷，將活柱外倒角車(chē)削成R3圓弧角，這樣就避免了D形圈被割傷的情況；②手把閥體內(nèi)O形圈損壞的解決措施和D形圈損壞采取的措施類(lèi)似，將油缸的4.5×20°外倒角車(chē)削成R3圓弧角，實(shí)踐證明我們采取的措施解決了95%以上的手把閥體漏液現(xiàn)象。

2.2 底座漏液原因分析及采取的措施

在解決了油缸的圓弧倒角問(wèn)題后還有少量底座漏液，通過(guò)對(duì)試壓后底座漏液支柱的解體，我們發(fā)現(xiàn)多數(shù)還是O形圈損壞造成的，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤裝配過(guò)程發(fā)現(xiàn)，復(fù)位彈簧的一端掛到密封蓋上，另一端用簧鉤拉出后用彈簧插板插住再掛到底座上，然后直接把插板敲下，底座在彈簧拉力作用下套到油缸上，由于受力不均勻造成底座在裝配的過(guò)程中將O形圈擠壞。為了避免O形圈擠壞，改進(jìn)了裝配工藝，由先裝配密封堵改成先裝配底座。將彈簧放入活柱后，先將彈簧一端掛在底座上，然后在沒(méi)有拉力的情況下將底座輕松地裝到油缸上，穿上連接鋼絲，這樣就避免了底座在彈簧拉力作用下復(fù)位擠壞O形圈的情況。

2.3 密封蓋漏液原因分析及采取的措施

密封蓋是裝在活柱內(nèi)孔的配件，靠密封蓋上的O形圈和活柱內(nèi)孔的Φ94內(nèi)表面形成密封面，在排除Φ94內(nèi)孔尺寸和粗糙度不合格的情況下，密封蓋漏液主要是由于O形圈擠壞造成的。

在支柱裝配過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)地試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)O形圈擠壞的主要原因有：①在往活柱內(nèi)裝配密封蓋時(shí)用力不均勻，密封蓋的一側(cè)先接觸活柱，造成該側(cè)的O形圈被擠壞；②活柱Φ94內(nèi)孔處的圓柱銷(xiāo)孔周?chē)秀@孔過(guò)程中形成的毛刺。

針對(duì)以上原因，提出了解決措施：①經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)制作了三爪裝配工具，這種工裝的手持端類(lèi)似于打蛋器，只是這個(gè)工裝有三個(gè)向外的爪。裝配密封蓋時(shí)，先將彈簧用鉤子拉出活柱，用V形插板插住彈簧，掛上密封蓋，然后用三爪裝配工具從密封蓋內(nèi)孔插入密封蓋的三個(gè)圓柱銷(xiāo)孔內(nèi)，用力往外拉彈簧，使密封蓋三個(gè)銷(xiāo)孔對(duì)準(zhǔn)活柱內(nèi)孔的銷(xiāo)孔，這樣就避免了直接拿掉插板密封蓋在彈簧拉力作用下直接彈回活柱內(nèi)孔造O形圈擠壞的現(xiàn)象。②用球形砂輪磨頭磨削圓柱銷(xiāo)孔內(nèi)外毛刺。采取以上措施后，密封蓋漏液現(xiàn)象得到有效控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，柱塞懸浮式單體液壓支柱一次試壓合格率低，99.5%是因?yàn)槊芊馐г斐傻?，解決了以上密封失效的問(wèn)題，柱塞懸浮式支柱的一次試壓合格率由最初的60%左右上升到現(xiàn)在的98%左右，這既節(jié)約了人力、物力，也提高了生產(chǎn)效率。