摘要：液壓支架是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備，立柱是其核心部件，起著承載和保壓的作用。立柱的加工問題制約著液壓支架向更大型功能化發(fā)展，文章針對這一傳統(tǒng)的制造難題，結合單位的加工條件以及支架生產的技術要求，在總結經驗、創(chuàng)新發(fā)展的原則下，設計了實用高效的加工焊接胎具。

關鍵詞：液壓支架；立柱；焊接；胎具；中心孔

中圖分類號：TD355 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）29-0027-02

液壓支架作為煤礦綜采的標志和安全保障，為了適應各種復雜地質條件，相繼研發(fā)出了支撐式液壓支架、掩護式液壓支架、支撐掩護式液壓支架等。液壓支架是一種利用液體壓力產生支撐力并實現(xiàn)自動移設來進行頂板支護和管理的一種液壓動力裝置，是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備，主要用于水平面和小于等于10°的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。從20世紀90年代中期開始，我國液壓支架進入了快速發(fā)展的階段。綜采技術在這個時期得到推廣，全國的綜采工作面數(shù)量有了大幅度的提高，同時液壓支架的使用性能、技術參數(shù)、穩(wěn)定性和可靠性也有了明顯的提高，支架的架型不斷地豐富。特別是放頂煤開采技術的成功應用，大大地推動了放頂煤液壓支架的快速發(fā)展。放頂煤液壓支架的架型按放煤位置分為高位、中位、低位放頂煤支架；按四連方向來分為正四連桿和反四連桿放頂煤支架等。隨著液壓支架國產化進程的發(fā)展和我國高端液壓支架需求量的不斷增加，我國液壓支架技術進入高速發(fā)展階段。國內主要的液壓支架生產廠家，如鄭州煤機廠、北京煤機廠、平陽重工等都更加注重液壓支架的自主研發(fā)，先后生產出了5m、6m甚至7m的高端液壓支架。在液壓支架結構件的材質方面，對800MPa、900MPa級高強鋼板的焊接性能進行了研究；在液壓支架電液控制技術方面，也進行了研究和開發(fā)。我國液壓支架的設計和制造水平逐漸接近國際先進水平。而且通過其可承受工作阻力，從最初的ZF3200/16/25到ZF15000/25/43等大采高支架，甚至于近年來正在研發(fā)中的更大工作阻力的支架。液壓支架是煤礦井下開采的重要支護設備，液壓支架以液壓為動力，通過立柱千斤的伸縮實現(xiàn)整體升降、前移等動作，從而達到支撐頂板的目的，立柱是其核心部件，起著承載和保壓的作用。煤礦井下惡劣的工況環(huán)境，給立柱的使用性能及壽命帶來了嚴峻的考驗。隨著支架型號和功能的逐步擴展和多樣化，液壓支架立柱焊接的生產工藝成為了制約支架生產和發(fā)展的關鍵問題，尤其是液壓支架立柱提供初撐力，作為承受礦壓的直接部件，在實際的綜采生產使用中，其焊接質量的好壞直接影響到生產人員的安全。而且立柱的焊接故障往往是近似于癱瘓的機械事故，直接影響到礦井生產的進度與效率。不僅如此，由于立柱缸底的雙耳結構以及缸筒內壁較高的加工精度要求，嚴重制約了其焊接的加工效率和質量，為此做了許多實際情況的分析和具體的技術加工研究。

外缸的環(huán)焊工序與活柱等傳統(tǒng)的回轉類盤軸零件的焊接相比，首先是其缸口的內孔結構以及使用的精度要求，無法使用三爪卡盤進行裝夾，即使是使用外卡的方式也會影響到加工面的粗糙度、影響實際使用過程的密封性要求以及礦壓沖擊下的安全系數(shù)實現(xiàn)情況。其次由于缸底的雙耳結構，在其裝夾的過程中卡盤工具，即便是四爪卡盤借助墊塊進行調節(jié)裝夾，其找正也會花費較多的時間成本。

對此制作了如下的胎具，對于缸口部分的定位與傳動，采用圓錐摩擦制動，根據圓錐本身的圓度及良好的定心性，保證了其在使用過程中焊接的均勻性和平整性，以最低限度的焊接熱處理和焊接變形保證了其在實際使用過程中焊接質量的有效抗拉系數(shù)。圓錐使用尼龍材料，在保證其內部剛性和表面耐磨的基礎的同時，利用其硬度小于鋼材的特點，較好地保證了在定位過程中對密封關鍵部位的有效保護以及較小的擠壓力破壞，保證了柱管在與導向套的連接過程中的裝配精度。有效地防止了因裝夾過程的柱管配合面的破壞造成密封圈安裝時的劃傷及導致螺紋部分不平整造成的串扣等影響支護動力的不利因素。對于缸底的裝夾固定則采用了活頂尖的形式，在對缸底加工的同時鉆削輔助工藝中心孔，保證了中心孔與缸體相對柱管中心線同心度。對于中心由于液壓支架立柱升降過程中，缸底作為初撐力與礦壓的提供與承受部分，借助缸底與柱窩的球性支撐面來傳遞力量，如中心孔太大將直接影響其磨合面的壓強，而且容易對柱窩球性在散落煤矸石的影響下出現(xiàn)擠壓劃傷及受力集中直接影響支架的支護效果及壽命，甚至出現(xiàn)缸底切軸脫槽的情況。反之，中心孔太小則會出現(xiàn)頂尖對缸體支撐力量的情況，容易造成頂尖過度磨損造成的頂尖偏心甚至可能出現(xiàn)缸體離心力作用下的拋出事故隱患，造成設備和操作人員的傷害。在進行多次的理論計算校核和實際驗證后，采用B5中心孔進行對缸體缸底的定位。

對于缸體的傳動，則根據缸底的耳座結構，通過耳座寬度制定類似于雞心夾頭的夾板進行輔助傳動。于未傳動狀態(tài)將夾具放置在非傳動狀態(tài)，保證操作人員的安全，缸體裝夾完畢后，通過對缸體小于90°的輔助回轉，通過雞心夾頭對缸體進行旋轉前的定位。對于胎具槽寬度的選擇則采用快速安裝，材料耐磨以及減少傳動滯后、便于多點堆焊，其寬度選擇在大于耳座寬度3～5mm的范圍。為防止啟動時出現(xiàn)夾板沖擊斷裂以及降低卡板多次使用造成的牽引變形，與卡槽內側切割有R10的過渡圓弧。夾具A段采用整體切割的方式，使用12mm厚的Q460鋼材，保證其韌性和耐磨性。由于四連桿結構的不穩(wěn)定性容易造成夾具的整體后移與缸底耳座脫離的情況，C處采用焊接的固定方式。于D處則在是用加長套筒的同時焊接有支撐板，支撐板采用采用雙板夾縫接頭，在其與夾板粘合的部位通過蝴蝶螺栓進行快速鎖緊以防止運行過程中在重力與離心力的作用下夾具甩出耳座的情況。未使用此胎具之前，員工焊接時只能通過托輥架，在兩人協(xié)作的方式下，一人進行缸體的軸向定位，另一人通過收腰的初始環(huán)焊工藝配合焊接，不僅效率低下，而且由于人工傳動的非均勻性傳動造成了焊縫內部焊接質量的參次不齊、經常滯留氣孔等一系列的焊接缺陷，造成較大的焊接變形和焊接應力，直接影響液壓支架的抗壓能力。新胎具的使用在保證使用要求質量的同時，極大地改善了液壓支架立柱的焊接工藝，實現(xiàn)了高效率高質量的立柱焊接加工，減少了支架生產的周期，為更大阻力液壓支架的研究提供了必要的技術支撐。

通過新的焊接輔助胎具，裝夾較為簡單快捷可靠，使立柱的環(huán)焊工作從低效率的多人協(xié)作到人機的配合，不僅提高了焊接立柱的效率，極大地提高了焊接的質量，而且有效地保證了在礦壓阻力使用過程中支架本身的承受能力，為支架的進一步發(fā)展及安全使用，提供了技術支持。

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作者簡介：尉建輝（1986-），男，山西大同人，大同煤礦集團機電裝備公司中央機廠助理工程師，研究方向：煤礦機械設計制造。