路 遙

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蒲縣昊興塬煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

大采高液壓支架結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度和液壓元件動(dòng)態(tài)性能基本滿足厚煤層工作面要求，但支架結(jié)構(gòu)件本身是由高強(qiáng)板焊接而成，在井下承受沖擊、腐蝕等惡劣工作條件，仍會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件斷裂和疲勞失效以及液壓缸損壞等問(wèn)題，進(jìn)而影響支架可靠性和壽命[1-3]。而合理的加工、焊接與裝配工藝是保證支架可靠性的重要手段。

1 大采高液壓支架結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)與工藝

大采高液壓支架結(jié)構(gòu)件為鋼板拼焊的箱型結(jié)構(gòu)，加工過(guò)程中的焊接質(zhì)量、平整度、加工精度等直接影響結(jié)構(gòu)件的整體剛度和強(qiáng)度。對(duì)此，從鋼板下料、坡口加工工藝以及焊接技術(shù)等方面保證加工質(zhì)量。

1.1 結(jié)構(gòu)件材料選擇及下料工藝

根據(jù)液壓支架各個(gè)部件的功能和受力情況不同，所采用鋼材的牌號(hào)、厚度、成分等技術(shù)指標(biāo)都不相同。ZY11000/28/63D型支架結(jié)構(gòu)件板材中，Q800約占支架所用板材的3%，Q690約占支架所用板材的77%；Q550和Q460分別約占支架所用板材的15%和5%。而這些高強(qiáng)度鋼板的軋制和焊接加工難度也增大，需對(duì)鋼板預(yù)處理。在下料之前首先進(jìn)行噴丸處理，該工藝中采用整板噴丸機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行整板噴丸。整板噴丸后鋼材表面硬化，表面的灰塵、銹蝕、氧化皮等污物被去除，綜合機(jī)械性能提升，同時(shí)預(yù)熱所需時(shí)間縮短，鋼板切割效率提高，并使焊縫中氫致裂紋、夾渣、氣孔的誘因降至最低點(diǎn)。

鋼板的切割質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品的尺寸、性能等重要的技術(shù)指標(biāo)。手動(dòng)和半自動(dòng)切割鋼板，切割面粗糙度、零件的幾何尺寸精度及后續(xù)的零件加工質(zhì)量和將來(lái)的拼裝精度都不能得到較好的保證。為克服手動(dòng)、半自動(dòng)切割的不足，利用數(shù)控切割機(jī)對(duì)鋼板整板排版下料，獲得鋼板最大限度利用率，下料件光潔度、直線度及下料尺寸精度等大大提高。

為了進(jìn)一步提高零件的下料精度，降低零件的拼裝間隙，下料完成后，需對(duì)零件的各關(guān)鍵部位進(jìn)行刀檢，如鉸接部位、蓋板部位、耳座、耳板以及加強(qiáng)筋等部位，可以有效降低零件的焊接變形。

1.2 坡口加工工藝

支架結(jié)構(gòu)件為鋼板拼焊箱型結(jié)構(gòu)且為高強(qiáng)度厚鋼板，角焊縫連接較多，且其焊接過(guò)程涉及到多層多道焊工藝。在焊接結(jié)構(gòu)中，只有零件完全熔透才能保證結(jié)構(gòu)件受力能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，增加承受載荷的截面積，減少焊縫根部裂紋。為保證焊接強(qiáng)度，對(duì)坡口的加工工藝提出了較高的要求。傳統(tǒng)坡口加工工藝更多采用手動(dòng)加工的辦法，其加工效率較低，對(duì)于坡口的大小難以控制，坡口過(guò)小或過(guò)大均容易產(chǎn)生強(qiáng)度降低問(wèn)題，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)曲線坡口的加工。因此，本文為保證坡口加工質(zhì)量，采用專用坡口機(jī)器人與非線性半自動(dòng)切割機(jī)床，實(shí)現(xiàn)普通坡口與曲線坡口的自動(dòng)化加工。坡口機(jī)器人是在機(jī)器人的末軸裝上火焰割槍，通過(guò)機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行編制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，帶動(dòng)燃燒的割槍對(duì)鋼料進(jìn)行3D切割坡口。如圖1所示為不同切割方式的坡口切割工件。其中機(jī)器人所加工的坡口表面光潔，形位精度高，能夠滿足大采高綜采工作面的工況需求。

圖1 不同切割方式的坡口切割效果比較

2 大采高液壓支架液壓缸的加工工藝

立柱缸筒、活柱、活塞桿等的同軸度、表面處理精度以及各零部件間的裝配質(zhì)量也制約著支架整體性能。

2.1 立柱缸筒加工工藝

在本文中，支架采用的立柱缸筒為Ф400 mm，壁厚40 mm，而長(zhǎng)度基本在2 000 mm至2 500 mm左右?？紤]缸筒結(jié)構(gòu)尺寸與原材料等方面因素，并防止因直徑與壁厚比過(guò)高而導(dǎo)致的徑向剛性變差等問(wèn)題，采用“帶鋸下料→粗推內(nèi)孔→調(diào)質(zhì)處理→二次粗推內(nèi)孔→定性處理→精推內(nèi)孔→內(nèi)孔刮削滾光→精加工缸口止口”的缸筒加工工藝，其主要工序包括下料、熱處理、以及缸筒內(nèi)孔與缸口止口的高精度加工。

1）下料。采用帶鋸下料，按照工藝院編制的《帶鋸下料工藝守則》執(zhí)行。記錄所用材料的供應(yīng)廠家、批次、規(guī)格、材質(zhì)，作為質(zhì)量跟蹤資料備查。

2）熱處理。采用各類熱處理爐及大型熱處理池，完成調(diào)質(zhì)、淬火（水淬、介質(zhì)淬等）、熱時(shí)效等工序。并通過(guò)各類溫度控制儀器對(duì)熱處理溫度變化過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保工件的熱處理性能。

3）內(nèi)孔高精度、高效率加工。采用從瑞士善能（Sunnen）進(jìn)口的臥式布磨機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)缸筒內(nèi)孔的高精度加工，如圖2所示。其加工精度高IT8，能夠充分保證內(nèi)孔的尺寸精度與形位誤差，有效提高加工表面的耐磨性與耐腐蝕性等性能，增加缸體的使用壽命。

圖2 瑞士善能（Sunnen）臥式珩磨機(jī)

2.2 立柱活柱、活塞桿加工工藝

活柱與活塞桿的加工工藝流程類似，其工藝流程為帶鋸下料→鍛造→粗加工→熱處理調(diào)質(zhì)→精加工→表面鍍銅合金+硬鉻。

為了防止活柱與活塞桿中常見(jiàn)的缺陷，如鍍層脫落、缸口磨損以及表面損傷等，加工過(guò)程中，采取以下加工工藝：

1）在鍍鉻之前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行去氫處理，以防止鍍層起泡而脫落；所有活塞桿激光熔覆，解決鍍層脫落問(wèn)題；

2）鍍鉻區(qū)及密封面的磨削采用精密外圓磨床，通過(guò)粗磨與精磨兩道工序，使其粗糙度低于Ra0.4μm，直線度及圓度均控制在0.05 mm以內(nèi)；

3）對(duì)于活塞桿的深孔加工，應(yīng)采用專用深孔加工設(shè)備，同時(shí)嚴(yán)格保證深孔的同軸度要求。

2.3 立柱、千斤頂焊接工藝

立柱、千斤頂焊縫必須保證焊接質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)對(duì)強(qiáng)度的要求。

1）焊前準(zhǔn)備。液壓支架液壓缸管材材料為27SiMn、活塞桿材料為27SiMn或40Cr，焊接性能不是很好。為保證焊接質(zhì)量，對(duì)27SiMn材質(zhì)鋼筒，焊接前應(yīng)采用感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行局部預(yù)熱（150～200℃）。

2）焊接材料。27SiMn材料屬于中碳調(diào)制鋼。其碳含量及Si含量較高，焊接受熱時(shí)，材料表面極易出現(xiàn)熱裂紋，為防止這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，在選擇焊接材料時(shí)應(yīng)遵循等強(qiáng)匹配，選用CO2氣體保護(hù)焊絲，確保焊接部位的韌性、塑性及強(qiáng)度，可以有效防止焊接部位裂紋的萌生與擴(kuò)展。

3）焊接方法。為保證焊接質(zhì)量及焊接強(qiáng)度，使用環(huán)焊縫自動(dòng)焊接機(jī)對(duì)立柱、千斤頂進(jìn)行富氬混合氣體保護(hù)焊（80%Ar+20%CO2）的焊接。通過(guò)數(shù)控編程，焊接采用直徑為Ф1.2 mm的實(shí)芯焊絲，采取MAG、多層多道焊接，在焊接過(guò)程中根據(jù)焊接層數(shù)的不同，調(diào)整噴嘴的高低，根據(jù)所焊工件調(diào)定焊接速度和焊接電流、焊接電壓，完成全部焊接過(guò)程，嚴(yán)格控制層間溫度，同時(shí)使用氣動(dòng)清渣錘清除層間焊渣。焊后采用保溫棉緩解焊縫冷卻時(shí)間，提高焊接件的焊接可靠性。

3 立柱立式裝配工藝

立式裝配更容易保證裝配件的對(duì)中，使密封件不因裝偏而損傷，且可解決活柱自身重量較重而下垂引起的裝配時(shí)導(dǎo)向套和缸體密封面劃傷問(wèn)題。但實(shí)立式裝配需要專用設(shè)備和大量裝配工裝，而且裝配效率較低。為保證大采高支架的高品質(zhì)，采用我國(guó)自主研發(fā)制造的立柱立式裝缸—上帽機(jī)，如圖3所示，該裝備可滿足缸徑230～500 mm、裝配高度≤5 000 mm的立柱裝配；采用全液壓驅(qū)動(dòng)；與相應(yīng)的工裝配合可實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)定位，保證裝配件的對(duì)中，使密封件不因裝偏而損傷；通過(guò)變頻器控制油泵流量來(lái)限制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，根據(jù)裝配立柱缸徑將轉(zhuǎn)速分檔，實(shí)現(xiàn)擰緊導(dǎo)向套時(shí)轉(zhuǎn)速的精確控制，保證密封件對(duì)裝配速度要求的有效控制，提高了立柱裝配質(zhì)量。

圖3 立式裝缸機(jī)

5 結(jié)論

1）利用可編程數(shù)控機(jī)床進(jìn)行排版下料，大大提高了板材利用率，改善了加工效果；

2）采用半自動(dòng)以及自動(dòng)切割機(jī)床突破了坡口加工難題；

3）為解決大采高液壓支架大缸徑及大尺寸引起的缸孔形位精度和幾何尺寸精度難以控制問(wèn)題提出刮削、滾光聯(lián)合加工方法；

4）并采用立柱立式裝缸—上帽機(jī)完成立柱裝配，提高了立柱裝配質(zhì)量，從而提高了大采高支架的制造可靠性。