采煤機斷裂液壓拉桿修復技術探析

楊 光

（晉能控股煤業(yè)集團四臺礦，山西 大同037003）

引言

在滾筒采煤機中，液壓拉桿是一個非常重要的輔助單元，其可以與高強度螺栓進行配合，將行走單元連為一體。當采煤機處于復雜的環(huán)境中，諸如存在煤層抖動對滾筒產(chǎn)生的振動，軌道不平整性對機械本身產(chǎn)生的抖動，這些都會使得機械強度急劇下降，更有甚者導致液壓支架出現(xiàn)斷裂。

某礦區(qū)采購了幾臺EKF采煤機，其都設計為液壓拉桿支架，依據(jù)機型以及功能的不同，可以使用3～4根拉桿進行固定。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在礦區(qū)維修區(qū)域存放著大量的斷裂拉桿，不僅占用不必要的資源，而且還會增加采購拉桿的費用。因此，假如能夠找到合適的維修工藝可以對斷裂的拉桿進行修復、測試以及再利用，這樣不僅可以最大限度優(yōu)化資源，而降低配件的采購率，進而可以促進公司的長期發(fā)展。

1 液壓拉桿特點

本文以EKF SL900型中最短的S283153號拉桿為研究目標，其主要包括左右牽引單元、聯(lián)接框架3段兩個單元，如圖1所示。其采用三根液壓拉桿以及相應的高強度螺栓形成剛性體，同時并未設置托架[1]。

圖1 EKF SL900型主機與液壓拉桿示意圖

S283153拉桿廠家提供的相關技術參數(shù)如表1所示。

表1 采煤機液壓拉桿主要性能參數(shù)表 mm

材料力學中軸向拉桿靜強度：

式中：F為螺母預緊力，F(xiàn)=1 200 kN；d1為螺紋牙底直徑，73.425 mm。

當處于靜載荷的情況下，通常需要控制預緊力螺栓連接對安全系數(shù)進行計算，安全系數(shù)S=1.2～1.5。

其計算公式如下：

計算得σs=425.1 MPa＜[σ]。

其拉桿直徑主體單元直徑92 mm＞d1=73.425 mm，這時拉桿受到的應力必須小于425 MPa，該數(shù)值小于維修廠金屬材料拉桿的輕度。

經(jīng)過上述計算可以發(fā)現(xiàn)，拉桿與原直徑相比較發(fā)現(xiàn)，靜強度以及拉升率對應的裕量很大，因此在現(xiàn)實中修復裕度較大，同時可以將斷裂的拉桿進行篩選以及修復再使用。

2 修復工藝

2.1 拉桿母材分析

為了使得修復前后的材質(zhì)性能不發(fā)生變化，為此對多個拉桿進行抽樣化驗，下頁表2表示母材成分。

該型號的材質(zhì)為：40CrNiMoA，其表面以及相應的芯位置的硬度（HRC）為38～42，在組織方面表現(xiàn)為均勻的細小顆粒，同時不存在冶金缺陷，該材質(zhì)經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理之后，進行抗拉強度測試，其中σb=1 100 MPa，伸長率δb≥12%以及相應的斷面收縮率Ψ≥50%。

表2 液壓拉桿材料主要成分表 %

為了保證修復之后的拉桿能夠達到原來的性能，鑒于原材料與熱工藝等，選用的焊材為J857焊條，與此同時可以提高焊接位置的抗腐蝕性，此外對于表層而言需要使用奧氏體不銹鋼焊條進行覆蓋焊接[2]。

鐵路行業(yè)十分關心的一些問題，如輪軌噪聲、鋼軌粗糙度尤其是波浪形磨耗的萌生和發(fā)展以及車輪多邊形的形成等，從根本上說是由于輪軌的高頻相互動力作用產(chǎn)生的。在頻(率)域中處理輪軌相互動力作用時，通常需要計算車輪在輪軌接觸點處的動柔度。在過去，多數(shù)研究者在計算車輪的動柔度時不考慮車輪的旋轉(zhuǎn)，甚至把車輪當成剛體，只有少數(shù)人在做了一定的簡化后考慮了車輪的旋轉(zhuǎn)。

2.2 焊件的準備和接頭制備

當拉桿出現(xiàn)塑性斷裂時，出現(xiàn)如下情況均不能進行修復：第一，直徑收縮量超過6%；第二，桿體上存在較多的變形；第三，單元一根拉桿出現(xiàn)斷裂；第四，螺紋出現(xiàn)損壞等。由此可以看出，在進行維修時，可以選擇2根同直徑的尺寸、完好的部分達到1/2的斷裂拉桿以及螺紋完好的部分進行拼接。

在進行修復的過程中，通常需要選擇多根斷裂的拉桿，同時開始對其進行噴砂、噴丸處理。同時對于表面而言，需要清理表面油污與腐蝕等，對拉桿直徑進行逐端測量，對于直徑超過6%以上以及彎曲嚴重的需要將其切斷。為了保證在修復的過程中，兩根拉桿都保持相同的同軸度，需要減少焊接工藝以及相應的未焊透現(xiàn)象，圖2表示相應的拉桿焊接接頭結(jié)構設計圖。

圖2 拉桿對接接頭示意圖（單位：mm）

在進行車削的過程中，必須依據(jù)設計尺寸對結(jié)接頭進行加工，可以依據(jù)設計長度進行切割，必須保證兩個拉桿件對接之后總長度保持下4 850 mm以內(nèi)，在進行車削時保證同軸度以及外圓面，從而可以實現(xiàn)專用裝夾以及固定工裝工序。

2.3 焊接工藝

在進行焊接時，可以使用挖補焊法，其中焊接的設備選用瑪瑞IGBT控制直流氫弧焊機WSM7-400380V400A，而相應的打底層選用J857焊條，其直徑參數(shù)為Φ4.0 mm，該面層選用A102焊條，其直徑參數(shù)為Φ4.0 mm，這些焊條在進行焊接之前，需要對其預熱使溫度達到250℃，烘烤的時間設定為1 h，最后將其放置在保溫線中溫度設置在100～150℃。

1）首先使用丙酮將接頭位置的乳化液等雜質(zhì)清除，接著使用干燥的壓縮空氣吹風把接頭位置的雜物吹掉，接著使用打底焊條在三處呈點焊進行固定，最后，使用連接焊打底一圈。

2）把對接焊頭均勻地劃分為三等分，同時借助碳弧氣刨第一等分全部接頭，同時對表面氧化層進行清理，當出現(xiàn)金屬光澤時停止打磨。接著，使用丙酮對表面進行清理，以及使用干燥壓縮空氣將其吹干，最后使用烤槍將其預熱到150～200℃的范圍內(nèi)。

3）在進行打底焊接時，電流數(shù)值設置在220～240 A范圍內(nèi)，使用多層多道焊接形式以及相應的控制層溫度保持在250～300℃的范圍內(nèi)，直徑方向需要預留5 mm該面層。當已經(jīng)完成焊接后，需要使用覆蓋石棉對其進行保溫。最后，可以通過敲擊或者局部噴丸等形式消除焊接應力。

4）同理對第二等分接頭進行處理與焊接。

5）在對該面層進行焊接式，焊接電流范圍為220～240 A，使用多層多道焊接形式以及相應的控制層溫度保持在250～300℃的范圍內(nèi)，在焊接收弧時，選用回焊的形式，焊道接口可以使用退火處理，同時需要選用覆蓋石棉將其保溫并緩慢冷卻到溫室。

6）經(jīng)過拋光打磨，實施超聲波探傷檢測，當確定不存在焊接缺陷時，其整體時效保證在7～10 d，同時實施轉(zhuǎn)測試。

2.4 硬度檢測

接頭表面的硬度可以選用硬度計進行檢測，通常取接頭中間與兩端3個均等位置，共計9個，表3表示相應的檢測結(jié)果。

表3 液壓拉桿接頭硬度值情況表

去除檢測結(jié)果中最大值與最小值，對所剩下的數(shù)值取平均值，數(shù)值為43，在接頭位置硬度高于材料焊接位置，其在允許的范圍內(nèi)，由此可以看出接頭焊接硬度能夠滿足工程需要，與此同時其具有較強的抗腐蝕性，進而可以有效地改善拉桿的工況。

對拉桿進行檢測以及時效處理，將其設置在某礦42201-1綜采工作面SL900-6832采煤機井下進行試驗，另外還有兩根完好的拉桿，其已經(jīng)工作300 d，完成產(chǎn)量達到60萬t，經(jīng)過修復拉桿并未出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，由此可以看出該拉桿滿足工程需要[3]。

3 結(jié)論

1）對于存在螺紋、桿件多部分以及腐蝕的拉桿，將其報廢處理，同時對其他桿件進行修復。

2）在對原件表面進行處理時，檢測母材成分、硬度以及相應的關鍵參數(shù)，同時依據(jù)企業(yè)所具有的條件進行修復以及設定相應的工藝流程。

3）在設計接頭時，首先可以使用車床對結(jié)構進行加工，接著選用相應的焊材進行焊接修復，最后對焊接位置進行硬度、探傷以及時效性處理。

4）保證修復前后螺紋不變，同時強度、抗腐蝕性都應該滿足工程實際需要。

5）對于積壓斷裂的拉桿可以有選擇地進行修復，不僅可以有效地節(jié)約資源，而且可以防止因拉桿短缺而影響工期。與此同時，可以培養(yǎng)具有特殊修復能力的焊接工人，因此具有較高的綜合效益。

參考文章

[1]龐俊峰，龐曉麗.薄煤層采煤機整機加強及配重方案的設計與應用[J].煤礦機械，2019（2）：116-118.

[2]陳洪月，李永紅，鄧文浩，等.滾筒采煤機液壓拉桿受力分析[J].工程設計學報，2018（1）：118-122.

[3]馬英.采煤機液壓拉桿瞬態(tài)動力學仿真分析[J].煤礦開采，2019（1）：45-47.