CN115055906B - 一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了水介质双伸缩液压支架立柱修复方法，首先完成立柱各零部件表面缺陷检验，测量麻点、锈坑等缺陷的尺寸；然后对待修复立柱活柱及缸体进行校直、缺陷的补焊或激光熔覆，预留单边修复尺寸；然后对待修复立柱各零部件表面进行清洁处理；再对待修复立柱各零部件进行机械精加工至规定尺寸，防腐处理后抛光；最后根据最大垂直应力理论，修复后的立柱活柱全系数应控制在n柱＞4.5，立柱中缸体和外缸体全系数应控制在n缸＞3.5，根据这个安全原则以及精加工尺寸，更换立柱密封组件。本发明提供的立柱修复方法简单，容易控制。
Description
技术领域
本发明涉及千斤顶水介质支护技术领域，特别涉及一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法。
背景技术
由于煤炭资源开采量日益攀升，造成了环境污染，其中最重要的是地下水资源污染，而为了避免煤炭开采水资源污染的根本途径就是采用水介质支护，水介质支护既节约了能源又保护了环境，所以水介质液压支架的应用越来越广。
液压支架是应用于综采工作面三机配套的一种核心关键部件，其功能是有效地支撑和控制工作面顶板，保证工人操作及机器运转所必须的安全空间。受产业结构调整的影响，为了降低生产成本，国内煤矿越来越重视液压支架的修复再利用，特别是立柱是液压支架主要的执行部件，其作用是承受顶板载荷，调节支护高度，主要由立柱活柱、活塞、密封组件、外缸体和中缸体等零件构成。由于立柱长期处于恶劣工作环境中，易出现磨损、腐蚀、划伤等，因此立柱修复质量的好坏直接影响着液压支架运行和安全生产。
水介质双伸缩立柱属于组合构件，由于传动介质低粘度的特点，对其密封性能要求更高。但是，由于作业现场和受力情况非常复杂，作业过程中立柱表面磕碰或者永久性弯曲导致划痕、腐蚀、锈蚀等问题，会导致立柱无法正常伸缩或缸体密封性无法达到作业要求。立柱在液压支护领域是名副其实的易损件，其使用寿命根据井下作业条件和支护顶板不同一般在1～2年不等。单台水介质双伸缩液压支架成本需要12～60万元，一个综采工作面一般用50～100台不等，尽管通过改进材料、优化密封结构、运用新的表面处理工艺等方面提高其使用寿命，但收到的效果只能达到20～30%的寿命提升，而且成本也随之增加，所以对水介质液压支架立柱进行修复再利用，延长其使用寿命是降低我国煤矿开采成本最重要的一环。
通过大量对现场已经失效的水介质液压支架立柱分析显示，其主要失效的方式是零部件弯曲变形、划痕、腐蚀和锈坑造成的外缸与中缸、立柱导向套等处的密封失效和立柱电镀面的损伤等。失效部位和立柱本体取样显示其材料的力学性能较原始状态的力学性能并没有多大损失，性能衰减平均在10%左右，所以立柱各个零部件材料本身并未达到了极限使用寿命，因此在立柱没有失效前对其修复使其可以达到再次使用的性能，可以最大限度的提高使用寿命，降低支护成本。但是，目前并没有关于水介质双伸缩液压支架立柱有效的修复方法。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法。本发明提供的修复方法可以对水介质双伸缩液压支架立柱损伤的零部件进行有效修复，延长水介质双伸缩液压支架的使用寿命，降低综采作业支护成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法，包括立柱活柱修复、中缸体外表面修复、外缸体与中缸体内表面修复。
（1）对待修复立柱活柱，当立柱活柱表面锈层深度0.1＜δ≤0.5mm时，按照以下步骤：
校直，直线度≤1mm，最大不超过1.5mm，超差时使用压力机矫形；
打磨锈坑，清除表面的油污、锈痕迹其他杂物；
补焊处理，整体螺旋堆焊活柱表面，焊材为ER308，堆焊厚度1.5mm-2mm，预留单边修复尺寸0.1mm-0.15mm；
滚压外圆，预留单边修复尺寸0.05mm；
布轮抛光至规定尺寸公差范围内；
更换密封组件，进行密封性能测试。
（2）对待修复立柱活柱，当立柱活柱表面锈层深度0.5mm＜δ≤1.5mm，按照以下步骤：
校直，直线度≤1mm，最大不超过1.5mm，超差时使用压力机矫形；
粗车镀层，对待修复立柱活柱进行机械预加工并完全去除镀层，预留单边修复尺寸为-0.15mm；
激光熔覆，熔覆材料GR-1811，熔覆层厚度为1.5mm-2mm；
粗车，预留单边修复尺寸0.1mm；
滚压外圆，预留单边修复尺寸0.05mm；
布轮抛光至规定尺寸公差范围内；
更换密封组件，进行密封性能测试。
上述修复方法确保立柱活柱垂直受力，避免因偏载造成的不稳定性。
（3）中缸体外表面修复方法参考立柱活柱修复方法。
（4）对于外缸体与中缸体内表面，如果镀层剥落或锈层只限于表层，按照以下方法：
补焊缸体内表面凹坑；
冷挤压校直油缸及校正圆度；
珩磨缸体内表面，预留单边修复尺寸-0.05mm；
熔覆铜锡合金，单边预留厚度-1--1.5mm；
精镗/珩磨内孔，预留单边尺寸-0.03mm；
布轮抛光至规定尺寸公差范围内；
更换密封组件，进行密封性能测试。
（5）对于外缸体与中缸体内表面，如果锈层超过1mm，采用缩径修复方法：
补焊油缸凹坑；
冷挤压校直油缸；
珩磨缸体内表面，预留单边尺寸-0.05mm；
熔覆铜锡合金，单边预留厚度-1--1.5mm；
精镗/珩磨内孔，预留单边尺寸-0.1mm；
冷挤压，预留单变修复尺寸-0.05mm；
布轮抛光至规定尺寸公差范围内；
更换密封组件，并进行密封性能测试。
本发明提供的立柱修复方法简单，修复精度容易控制，且修复后的水介质双伸缩液压支架在立柱试验台上进行低压与高压密封性能测试，无降压或渗漏现象，压力保持时间可以达到4h。修复后立柱在额定工作压力条件下，可继续使用160h-220h左右。
具体实施方式
一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法，包括立柱活柱修复、中缸体外表面修复、外缸体与中缸体内表面修复。
本发明中所述校直，直线度≤1mm，最大不超过1.5mm，超差时使用压力机矫形。
本发明中所述打磨锈坑，对活柱/中缸体外表面，有超过0.3mm深坑时应使用砂轮机打磨，清除表面的油污、锈痕及其他杂物，优先选用汽油，避免杂质对焊接材料/熔覆材料与基体材料的粘合性能产生影响。
本发明中所述补焊处理，优选非熔化极惰性气体钨极保护焊，整体螺旋堆焊活柱表面，焊材为ER308，堆焊厚度1.5mm-2mm，预留单边修复尺寸0.1mm-0.15mm。
本发明中所述激光熔覆处理，优选材料GR-1811，激光熔覆光斑为9mm×2mm，扫描速度为450mm/min，送粉流量25～35g/min，熔覆螺距5mm，采用氩气保护，气流量50mL/s，熔覆厚度均为1～1.5mm，平整度控制在0.03mm。
本发明中所述熔覆铜锌合金，优选材料HL105/规格为Φ1mm，熔铜电流为210～230A，熔铜的热丝电压为14V，熔铜的脉冲时间为50ms，熔覆螺距5mm，保护气体为氩气/所述氩气的流量为16～19L/min，熔铜温度为＜200℃，熔铜的热输入功率为0.4～0.6KJ/mm。
本发明中所述密封性能测试，包括立柱伸缩性能测试与密封性能测试。
本发明中所述立柱伸缩性能测试，将待测立柱安装到试验台上，完成立柱空载状况下伸缩性能测试，进行上述试验时，二级缸与活塞杆应平稳地伸缩，无阻滞和爬行等现象，要求做立柱油缸全行程伸缩动作3次。
本发明中所述立柱密封性能测试，将待测立柱安装到试验台上，完成立柱的二级缸与活塞杆均伸出1/3行程的状况下，分别用2MPa压力和37. 8MPa压力进行保压测试，最大压力下降不得超过额定压力的2%。
本发明中所述立柱密封性能测试，将待测立柱安装到试验台上，完成立柱的二级缸与活塞杆全部伸出状况下，用31.5MPa压力进行保压测试，最大压力下降不得超过0.5MPa。
本发明中所述立柱密封性能测试，将待测立柱安装到试验台上，完成立柱的二级缸与活塞杆收缩状况下密封性能测试，用31.5MPa压力进行保压测试，最大压力下降不得超过0.5MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种水介质双伸缩液压支架立柱修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
立柱活柱修复步骤：
（1）当立柱活柱表面锈层深度0.1＜δ≤0.5mm，按照以下方法：
校直→打磨锈坑→补焊处理，预留单边修复尺寸0.1mm-0.15mm→滚压外圆，预留单边修复尺寸0.05mm→布轮抛光至规定尺寸公差范围内→更换密封组件→密封性能测试，这种修复方法确保立柱活柱垂直受力，避免因偏载造成的不稳定性；
（2）当立柱活柱表面锈层深度0.5mm＜δ≤1.5mm，按照以下方法：
校直→对待修复立柱活柱进行机械预加工并完全去除镀层，预留单边修复尺寸为-0.15mm→激光熔覆，熔覆层厚度为1.5mm-2mm→粗车，预留单边修复尺寸0.1mm→滚压外圆，预留单边修复尺寸0.05mm→布轮抛光至规定尺寸公差范围内→更换密封组件→密封性能测试；
中缸体外表面修复：
修复方法参考步骤（1）和步骤（2）；
外缸体与中缸体内表面修复：
（3）对于外缸体与中缸体内表面镀层剥落或锈层只限于表层，按照以下方法：
补焊缸体内表面凹坑→冷挤压校直油缸及校正圆度→珩磨缸体内表面，预留单边修复尺寸-0.05mm→熔覆铜锡合金，单边预留厚度-1--1.5mm→精镗/珩磨内孔，预留单边尺寸-0.03mm→布轮抛光至规定尺寸公差范围内→更换密封组件→密封性能测试；
（4）对于外缸体与中缸体内表面，如果锈层超过1mm，采用缩径修复方法：
补焊油缸凹坑→冷挤压校直油缸→珩磨缸体内表面，预留单边尺寸-0.05mm→熔覆铜锡合金，单边预留厚度-1--1.5mm→精镗/珩磨内孔，预留单边尺寸-0.1mm→冷挤压，预留单变修复尺寸-0.05mm→布轮抛光至规定尺寸公差范围内→更换密封组件→密封性能测试；
所述修复方法中补焊为非熔化极惰性气体钨极保护焊，焊接方法为不锈钢螺旋焊接法：
所述焊接的自动脉冲焊频率为2.5～5.0HZ，脉冲比为40～60％；
所述焊接的主电流为210～230A；
所述焊接的热丝电流为35A；
所述焊接的热丝电压为14V；
所述焊接的电流极性为直流反接；
所述焊接用焊材规格为Φ1.2mm；
所述焊接的保护气体为氩气；所述氩气的流量为16～19L/min；
所述焊接螺距8mm；
所述焊接的送丝速205mm/min；
所述焊接温度为＜200℃；
所述焊接的热输入功率为0.4～0.6KJ/mm；
所述焊接用焊材为ER308；
所述修复方法中激光熔覆，采用多道搭接工艺：
所述激光熔覆系统为3.5kW半导体光纤耦合激光系统；
所述激光熔覆光斑为9mm×2mm；
所述激光熔覆扫描速度为450mm/min；
所述激光熔覆送粉流量25～35g/min；
所述激光熔覆螺距5mm；
所述激光熔覆过程采用氩气保护，气流量50mL/s；
所述激光熔覆厚度均为1～1.5mm，平整度控制在0.03mm以内；
所述步骤（3）和（4）中熔覆铜锌合金采用内壁冷弧熔覆，主要是对熔覆电流及电压进行主动控制，并配合熔滴的短路过渡，实现对熔覆热输入的控制，使铜锌合金与基材结合力大，耐腐蚀，硬度达到技术要求；
所述熔覆电流为210～230A；
所述熔覆的脉冲电流49A；
所述熔覆的热丝电压为14V；
所述熔覆的脉冲时间为50ms；
所述熔覆的电流极性为直流反接；
所述熔覆用焊材规格为Φ1mm；
所述焊接的保护气体为氩气；
所述氩气的流量为16～19L/min；
所述熔覆的送丝速205mm/min；
所述熔覆温度为＜200℃；
所述熔覆的热输入功率为0.4～0.6KJ/mm；
所述熔覆用焊材为HL105；
所述步骤（1）-（4）中布轮抛光处理后表面的粗糙度为0.63～3.2μm；
所述步骤（1）-（4）中密封性能测试包括立柱伸缩测试和密封性能测试：
所述伸缩测试在立柱空载状况下，用立柱试验台分别向立柱油缸的活塞腔与活塞杆腔供液，使立柱油缸的活塞腔与活塞杆腔分别逐渐升压；
所述伸缩测试，活塞腔最低启动压力≤3. 5MPa； 活塞杆腔的最低启动压力≤7.5MPa；
所述伸缩测试，确保二级缸先全部伸出后，活塞杆再伸出；
所述伸缩测试，二级缸与活塞杆应能平稳地伸缩，无阻滞和爬行等现象，要求做立柱油缸全行程伸缩动作3次；
所述密封性能测试，在立柱油缸的二级缸与活塞杆均伸出1/3行程的状况下，用2MPa压力供液，保压时间2分钟，要求在保压时间内，柱油缸的压降应≤0. 5MPa；
所述密封性能测试，在立柱油缸的二级缸与活塞杆均伸出1/3行程的状况下，沿立柱油缸的中心线对立柱油缸加压， 将试验台压力由31. 5MPa 调至37. 8MPa，试验压力为先前试验压力的1. 2倍，保压5分钟，要求最大压力下降不得超过额定压力的2%；
所述密封性能测试，立柱在已伸出的状态下继续伸出，直至二级缸和活塞杆全部伸出，将压力调至 31. 5MPa，保压5分钟，立柱油缸的最大压降应≤0. 5MPa；
所述密封性能测试，立柱收回时密封件的密封性能试验，收回二级缸和活塞杆；然后，将立柱油缸的二级缸和活塞杆的活塞杆腔加压至31. 5MPa，保压5分钟；最大压力下降不得超过额定压力的 2%，导向套周围不能有液体渗出。
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