液壓支架立柱千斤頂失效分析及預(yù)防措施

王雷

摘 要：液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備，在煤礦開采中主要起支撐、控制工作面頂板和推進(jìn)刮板輸送機的作用。立柱千斤頂為液壓支架主要動力結(jié)構(gòu)，起到升降和支撐液壓支架的重要作用，由于其使用高壓乳化液，一旦由于疲勞破壞等原因發(fā)生千斤頂爆裂，將會造成極大的危害與損失。本文利用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測、組織和斷口微觀分析等手段，對某液壓支架立柱千斤頂?shù)母淄查_裂進(jìn)行了失效機理分析，為提高煤礦千斤頂疲勞強度和壽命提供借鑒。

關(guān)鍵詞：液壓支架;立柱千斤頂;失效分析;焊接工藝

1立柱和千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)介紹

1.1立柱的結(jié)構(gòu)

立柱是幫助液壓支架實現(xiàn)承載以及支撐功能的重要構(gòu)造，根據(jù)伸縮的級數(shù)，立柱可分為以下三種類型，分別是三伸縮（較少使用）、雙伸縮以及單伸縮（加長桿）。其中，雙伸縮立柱型是由以下部件構(gòu)成，分別是內(nèi)活柱構(gòu)成2級缸、外活柱構(gòu)成1級缸、導(dǎo)向套以及活塞等。單伸縮立柱分為帶機械以及不帶機械加長桿。具體而言，構(gòu)成單伸縮立柱的主要構(gòu)造有缸體、活塞、連接件以及密封件等。

1.2千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)

各類千斤頂在液壓支架工作中完成狀態(tài)調(diào)整、護(hù)幫、推移或拉移運輸機等工作，按結(jié)構(gòu)的不同可以分為柱塞式和活塞式兩種。千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)包括缸體、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套、支撐環(huán)、密封件等。

2立柱千斤頂漏液故障原因分析

2.1漏液故障類型

a）缸口漏液。缸口漏液現(xiàn)象主要是由導(dǎo)向套外圓或內(nèi)圓密封失效造成的。當(dāng)導(dǎo)向套外圓密封失效時，會造成導(dǎo)向套與缸口之間出現(xiàn)漏液現(xiàn)象;當(dāng)導(dǎo)向套內(nèi)圓密封失效時，會造成導(dǎo)向套與活塞桿之間出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。缸口漏液現(xiàn)象能夠從立柱外部直接觀察到。b）--活塞漏液?；钊┮褐饕且蚧钊芊馐?dǎo)致活塞與活塞桿及缸筒之間出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，

2.2液壓密封件失效

液壓支架立柱、千斤頂工作介質(zhì)為含乳化油3%～5% 水包油型乳化液。由泵站提供的高壓液體通過液壓管路、操縱閥組、液控閥等進(jìn)入液壓缸的底腔（活塞腔），推動活塞帶動活塞桿運動。同時活塞桿腔液體通過液控閥、操縱閥進(jìn)入到回液系統(tǒng)，完成液壓缸的動作。

密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

密封件是液壓支架的重要配件，必須具有耐磨性、耐腐蝕性、柔韌性、耐水性等性能，在選用密封件時必須充分考慮工作壓力、溫度、沖擊載荷等因素。但是在煤礦實際生產(chǎn)過程中，由于液壓支架密封圈硬度、韌性、彈性等物理性能達(dá)不到設(shè)計要求，或者密封件溝槽尺寸設(shè)計不合理，在使用過程中密封件變形、斷裂、腐蝕等嚴(yán)重，導(dǎo)致立柱千斤頂不能正常工作。

B）密封件磨損嚴(yán)重

由于在液壓支架工作時乳化液泵會產(chǎn)生高強度壓力，密封件表面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，該應(yīng)力對密封件外表產(chǎn)生磨損作用;同時，密封件安裝后在千斤頂活塞上存在相對運動，在運動過程中密封件表面產(chǎn)生磨損，從而降低了密封件的密封性能。

2.3液壓支架設(shè)計不合理

在實際分析后發(fā)現(xiàn)，高端液壓支架的立柱結(jié)構(gòu)一般是雙伸縮式，這種結(jié)構(gòu)缸徑大、千斤頂類型廣，但維修過程繁瑣，不僅需要多種類的試壓試驗框架，而且成本支出也較大。因此，設(shè)計研發(fā)出分體式試壓試驗構(gòu)圖，滿足所有種類的立柱和千斤頂?shù)脑噳涸囼炓髽O其重要。分體式試壓框架如圖所示。

（1）外部結(jié)構(gòu)

分體式試壓框架的外部結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。外部主體結(jié)構(gòu)較為簡單，一般屬于同一框架——分體式試壓框架，作用是平衡試壓試驗時的結(jié)構(gòu)壓力。目前常見的體積最大液壓支架是ZTZ20000/25/38型液壓支架[5]。這種支架的立柱作業(yè)阻力達(dá)到了3250 kN。壓強的計算公式是：p=F/S式中：p為工作壓強，MPa;F為立柱操作阻力，3250 kN;S為球面局部面積，0.033m2。經(jīng)計算p=98 MPa。

支架整體結(jié)構(gòu)的連接依靠厚度為30 mm的Q345鋼板，這種構(gòu)造含有的屈服強度比目前體積最大的液壓支架立柱壓強大好幾倍，因此適用于此項試壓試驗方案。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（b）所示，主要包括底座、底板、行程支撐擋板和球型擋板四部分。底座大小不一，負(fù)責(zé)平衡所有的立柱和千斤頂，行程支撐擋板負(fù)責(zé)減少試壓試驗過程中立柱和千斤頂?shù)乃臅r程，目的在于整體提高試壓試驗技術(shù)水平。不同類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均適用于被試件長度1500～4 000 mm，中心高度100～360 mm以及5 000 kN的內(nèi)加載力，完成了一機多用的目標(biāo)。

3立柱和千斤頂?shù)氖问胶透纳拼胧?/p>

3.1缸體內(nèi)壁出現(xiàn)銹蝕、坑斑導(dǎo)致立柱和千斤頂動作緩慢或者失效

失效會帶來竄液，從而會引發(fā)液壓支架發(fā)生自降。產(chǎn)生問題的原因有兩點：第一，乳化液的濃度比3%的標(biāo)準(zhǔn)更低;第二，沒有采用純水乳化液，礦井水元素含量中的氯離子、硫酸根離子超過標(biāo)準(zhǔn)，引發(fā)缸壁產(chǎn)生銹蝕。要解決這類問題有兩種措施：嚴(yán)格控制乳化液的配比濃度，并且保證該水平至少達(dá)到3%及以上的濃度;裝置具有反滲透功能凈化水設(shè)備，嚴(yán)格控制礦井水含量中各離子在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

3.2缸體內(nèi)壁出現(xiàn)拉傷劃痕

與第一種問題一樣，這類失效類型產(chǎn)生的現(xiàn)象同樣是液壓支架立柱及千斤頂出現(xiàn)動作緩慢或者失效，而且竄液也會引發(fā)液壓支架發(fā)生自降的影響。

產(chǎn)生第二類問題的原因有：乳化液系統(tǒng)中的機械雜質(zhì)比較多，容易刮傷密封以及缸壁;液壓支架傾斜使得液壓缸發(fā)生偏載，引發(fā)活塞導(dǎo)向環(huán)與缸壁磨損比較嚴(yán)重。這類問題的解決辦法有兩種：第一種是及時清洗本架高壓過濾器，并且及時更換損壞的部件;其次，可以對支架的狀態(tài)及時進(jìn)行調(diào)整，有效規(guī)避偏載。

缸體產(chǎn)生漲缸或者爆裂，導(dǎo)致立柱和千斤頂?shù)墓δ軉适бl(fā)液壓支架自降、降低作業(yè)效率問題。產(chǎn)生這種問題的原因有：第一是安全閥發(fā)生失效使得外載荷一直增加;第二是缸體磨損比較嚴(yán)重，缸壁發(fā)生變薄，或者缸體因受力發(fā)生變形。應(yīng)對問題的解決辦法也有兩種：第一，可嚴(yán)格按照壓力表對已失效的安全閥進(jìn)行及時調(diào)整更換;第二，可及時更換外壁嚴(yán)重銹蝕或者變形的缸體。

導(dǎo)向套處產(chǎn)生漏液，導(dǎo)致機器動作慢或者失效，還會帶來降低效率，浪費乳化液問題。引發(fā)這種問題的原因有三點：第一，活塞桿發(fā)生變形、彎曲;第二，導(dǎo)向套處缸體銹蝕產(chǎn)生麻坑;第三，導(dǎo)向套密封刮傷或者老化嚴(yán)重。解決這類問題的方法也有三種，分別是對彎曲變形的活塞桿及時更換;對不合要求的缸體及時維修更換;采取一定的防護(hù)措施，比如，鍍層涂油等，對千斤頂密封及時更換。

結(jié)束語：

在綜合應(yīng)用這些防液壓支架立柱和千斤頂失效措施后，液壓支架立柱和千斤頂失效情況明顯減少，現(xiàn)場生產(chǎn)中液壓缸也不再發(fā)生大量損壞的現(xiàn)象，有效延長了液壓支架的整體使用壽命，更好地保障了礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文龍.研究液壓支架立柱、千斤頂制造的質(zhì)量控制[J].當(dāng)代化工研究，2019（09）：34-35.