液壓支架推移千斤頂竄液原因分析及解決措施*

楊 洋

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)蓋州煤礦，山西 晉城 048400)

0 引 言

液壓支架推移結(jié)構(gòu)在采煤作業(yè)中主要起到對采煤工作面所有設(shè)備進(jìn)行推移的作用，作為煤礦綜采設(shè)備的重要部件，保障其工作可靠性至關(guān)重要。推移桿、推移千斤頂和推移連接頭等部件構(gòu)成了液壓支架推移結(jié)構(gòu)，之前很多學(xué)者也對液壓支架推移千斤頂進(jìn)行了研究，如彭帥[1]研究了礦用液壓支架立柱千斤頂?shù)牟鸾鈾z修問題。馮紅雨，葉進(jìn)[2]研究了液壓支架推移千斤頂?shù)木唧w加工工藝。馬星辰[3]分析了液壓支架泄漏故障的檢測與維護(hù)技術(shù)。但針對液壓支架推移千斤頂竄液問題具體研究較少。筆者重點(diǎn)針對液壓支架推移千斤頂竄液問題進(jìn)行了研究，分析了竄液原因，并提出了具體解決措施，達(dá)到了有效防治液壓支架推移千斤頂竄液問題的目的。

1 千斤頂竄液原因分析

圖1所示為推移千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖。ZY7800/22/45D型掩護(hù)式液壓支架推移千斤頂為倒裝式結(jié)構(gòu)，規(guī)格為Φ160/105，在煤礦井下作業(yè)時常出現(xiàn)竄液問題，當(dāng)綜采工作面仰采到13°時推移千斤頂批量竄液；發(fā)現(xiàn)推移千斤頂上腔安全閥存在開啟現(xiàn)象，拆下后的活塞導(dǎo)向環(huán)和密封擋圈均有單邊磨損和劃傷故障，密封彈性體破損且有浮銹和雜質(zhì)存在于缸筒內(nèi)壁；而同工作面端頭支架應(yīng)用的Φ180缸徑的推移千斤頂無竄液問題發(fā)生[1]。

圖1 推移千斤頂1.缸體 2.外卡鍵 3.活塞導(dǎo)向環(huán) 4.活塞 5.活塞密封 6.O型圈 7.擋圈 8.外卡鍵 9.活塞桿

活塞密封失效通常會造成推移千斤頂?shù)母Z液問題，活塞密封失效的情況有以下四種：

(1)密封件及導(dǎo)向環(huán)損壞造成的活塞密封失效。

(2)脹缸、內(nèi)孔銹蝕成坑或嚴(yán)重劃傷等缸體內(nèi)孔損傷，造成密封失效。

(3)缸筒由于其油缸內(nèi)部壓力升高產(chǎn)生的瞬時彈性變形較大，一旦其變形量大于密封的密封量，則造成反復(fù)性竄液發(fā)生。

(4)推移千斤頂受到了較大偏載力的影響，造成活塞密封兩側(cè)失衡，一側(cè)壓緊另一側(cè)間隙變大，使得其密封壓縮量明顯減少，僅可密封住壓力較小的情況，一旦壓力超標(biāo)則產(chǎn)生竄液現(xiàn)象，初期時密封和缸筒不會損壞，密封件在長時間的高壓力作用影響下造成損壞，從而導(dǎo)致活塞密封失效。

推移千斤頂拆解后可看到，雖然有部分表面浮銹存在于缸筒內(nèi)孔內(nèi)，但銹蝕成坑或嚴(yán)重劃傷狀況并未發(fā)生，其表面粗糙度較好，且尺寸未發(fā)生脹缸超差，故排除第二種可能。圖2所示為液壓系統(tǒng)原理圖。本套支架推移千斤頂?shù)纳锨辉O(shè)置有35 MPa的安全閥，下腔與操縱閥直接連接，泵站壓力為31.5 MPa，該推移千斤頂?shù)膬?nèi)部壓力低于35 MPa，在安全范圍內(nèi)，故第三種可能基本排除。

圖2 液壓原理圖

因此，通過以上推移千斤頂竄液問題原因分析可知，其主要是由第1和第4種情況造成的，即最終都是由密封件導(dǎo)向環(huán)、擋圈損壞造成的活塞密封功能失效。

2 密封件損傷原因分析

2.1 使用環(huán)境

推移千斤頂?shù)难霾山嵌群艽?，約為13°，這使支架的推溜力和拉架力增大，其作業(yè)時采用倒裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該狀況下拉架力比推溜力大得多，水平采量時，拉架力的計(jì)算公式:

F1=mgun

式中：μ為摩擦系數(shù)，n為阻力系數(shù)。

當(dāng)仰采角度時，拉架力的計(jì)算公式:

F2=mguncosα+mgsinα

式中：μ為摩擦系數(shù)，n為阻力系數(shù)，a為仰采角度。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，μ取為0.6，n取2.5，本支架的質(zhì)量為26 787 kg，計(jì)算得F2=519.5 kN。

該支架使用的推移千斤頂為倒裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下，無桿腔進(jìn)液為拉架，有桿腔進(jìn)液為推溜。

工作面端頭支架用規(guī)格為Φ160 mm的推移千斤頂，正常拉架時所需的下腔壓力P1為:

同工作面的端頭支架用規(guī)格為Φ180 mm的推移千斤頂，其正常拉架時所需的下腔壓力應(yīng)為:

即Φ180 mm缸徑的推移千斤頂移架工作壓力為Φ160 mm缸徑的推移千斤頂工作壓力的79%。

在受偏載產(chǎn)生的同樣局部間隙情況下，Φ160 mm缸徑的油缸在高壓下可能會產(chǎn)生竄液，但Φ180 mm缸徑的油缸因其壓力較小幾乎不會產(chǎn)生竄液；考慮到采用密封的密封量隨缸徑的增大也會加大，加之油缸大剛性強(qiáng)等因素，在受力情況相同及外部環(huán)境條件影響下，Φ180 mm缸徑油缸比Φ160 mm缸徑油缸發(fā)生竄液幾率小2]。

圖3 倒裝推移結(jié)構(gòu)圖

2.2 油缸結(jié)構(gòu)

該液壓支架推移千斤頂?shù)男谐梯^長為960 mm，其推移千斤頂本身就會受一定偏載力影響，作業(yè)時采用仰采的方式導(dǎo)致其偏載程度更大，從而引發(fā)油缸導(dǎo)向單側(cè)摩擦，受力較小時不會對導(dǎo)向環(huán)的造成明顯影響，但在受力增大的情況下，極大的側(cè)載力和摩擦力便會共同作用于導(dǎo)向環(huán)上，加之往復(fù)運(yùn)動的頻繁進(jìn)行以及乳化液濃度造成的潤滑不良狀況，會導(dǎo)致導(dǎo)向環(huán)(圖4中的導(dǎo)向環(huán)1)快速磨損，使偏載角度變得更大，造成高壓液體從圖4中的區(qū)域2開始竄液。

圖4 偏載受力結(jié)構(gòu)圖1.導(dǎo)向環(huán) 2.推移缸體

文中的推移千斤頂是參考波蘭塔高公司的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。從圖1中可看出，推移千斤頂?shù)幕钊Y(jié)構(gòu)并不是整體結(jié)構(gòu)，主要由主密封和兩側(cè)的導(dǎo)向環(huán)三部分構(gòu)成，這三部分它們分別安裝在各自的件上，分別為件2，件4以及件8。這種活塞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于不僅加工方便，而且發(fā)生溝槽損壞時只需對相應(yīng)部件進(jìn)行更換即可，不用整體更換活塞，減少了后期的維修成本。但該活塞結(jié)構(gòu)的不足之處是非整體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)導(dǎo)向環(huán)對主密封的承載保護(hù)減弱，其導(dǎo)向?qū)γ芊獾谋Ｗo(hù)效果受許多因素影響，如工件磨損、加工精度及工件間配合公差等。當(dāng)在側(cè)載力較大的大角度仰采工作面上使用時，則導(dǎo)向環(huán)對主密封保護(hù)效果較差[3]。

3 解決措施

圖5所示為活塞結(jié)構(gòu)改良結(jié)構(gòu)圖。

圖5 改良后結(jié)構(gòu)圖

將活塞設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，通過螺紋連接活塞與活塞桿，為防止活塞松動并采用緊定螺釘對其進(jìn)行固定；同時將活塞導(dǎo)向環(huán)與活塞密封裝配在同一零件上，從而有效防止推移千斤頂因受偏載力影響而造成的活塞密封失效問題。經(jīng)過一年多的實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該措施效果明顯，活塞結(jié)構(gòu)改良后竄液問題一次也沒有再發(fā)生[4]，為礦井節(jié)約液壓支架推移千斤頂竄液維修費(fèi)用約10萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語

綜上所述，針對推移千斤頂竄液問題，并結(jié)合其實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行研究分析，找出了導(dǎo)致該推移千斤頂竄液的根本原因；并采取改良推移千斤頂結(jié)構(gòu)的措施，有效解決了推移千斤頂竄液問題。