張 鵬

（晉能控股裝備制造集團中央機廠，山西 大同 037001）

引言

煤礦開采中液壓支架主要起到支撐作用，以確保煤礦開采過程的安全。在使用時需要承受很大的作用力[1]。立柱部分是整個液壓支架中非常重要的承力結構件，且可以進行伸縮以達到調整液壓支架整體姿態(tài)的作用，以適應不同的工作環(huán)境[2-3]。立柱結構主要通過缸底和底座進行連接，缸底的作用和重要性是不言而喻的[4]。缸底的制作工藝為鍛造，傳統(tǒng)的鍛造工藝不僅制作周期較長，且質量難以控制，存在浪費材料的問題[5]。以ZF15000型液壓支架為例，對立柱缸底的鍛造工藝進行優(yōu)化改進，對于降低液壓支架的生產周期和成本，提升其生產質量具有重要的理論和實踐意義。

1 液壓支架立柱結構特點分析

目前，煤礦中使用的液壓支架類型有很多種，常見的主要包含三種形式，分別為掩護式、支撐式及上述兩者的綜合。但不管是何種類型的液壓支架，其整體結構大體相同，主要包含有掩護梁、頂梁、立柱和底座等結構件。如圖1所示為液壓支架的整體結構示意圖。液壓支架中的立柱結構屬于傳力結構，作用是對頂梁和底座進行連接。頂梁承受的外部作用力會通過立柱傳遞到底座中，通過調整立柱高度可以對液壓支架的整體姿態(tài)進行調整，以適應不同的工作環(huán)境。因此立柱結構的功能類似于液壓千斤頂。

立柱結構本身包含有多個機械結構件，包括底缸、中缸和活柱，此外還需要液壓油參與實際工作。立柱結構的工作原理可以概述如下：當立柱結構整體需要伸長時，在外部壓力作用下將液壓油輸送到底缸內部并將中缸推出，當中缸運動到極限位置時，位于底部的閥門打開，然后液壓油會繼續(xù)進入到中缸中將活柱推出，直到達到極限位置。當需要縮短立柱結構的長度時，其工作原理正好相反。立柱結構在整個工作過程中都需要承受相對較高的壓力，這對各個零部件的力學性能提出了相對較高的要求。如果性能不達標，在工作時容易出現(xiàn)變形甚至開裂的問題，進而威脅液壓支架的工作安全。

圖1 液壓支架的整體結構示意圖

立柱缸底作為整個立柱結構的重要構成部分，立柱結構需要通過缸底與液壓支架底座進行連接。缸底主要通過鍛造的方式進行生產，鍛造工藝的好壞直接決定了生產效率，同時還會影響鍛造質量。

2 立柱缸底傳統(tǒng)的鍛造工藝路線及其問題分析

2.1 傳統(tǒng)的鍛造工藝路線

傳統(tǒng)的鍛造工藝過程可以劃分成為三大步驟，分別為鍛造制坯、外形切割、機加工成形，整個生產制作過程如圖2所示。第一步，需要對坯料進行鍛造制坯，將其鍛造成為半球形狀，采用自由鍛造的形式；第二步，需要通過切割設備將整個缸底的外形切割成為設計的形狀，主要是切割出兩邊的耳座，方便與液壓支架底座進行固定；第三步，通過機械加工的方法，將缸底外形加工成圖紙設計尺寸形狀，同時滿足相關的表面質量要求。

2.2 傳統(tǒng)鍛造工藝存在的問題

圖2 立柱缸底傳統(tǒng)的鍛造工藝路線

1）整個生產過程需要劃分成為三個階段，不同階段需要在不同的設備上完成相關操作，涉及到鍛壓設備、切割設備和機加工設備，因此整個生產流程相對較長，需要在不同的車間和設備之間轉換，這就要求投入更多的人力和物力，且生產周期較長，生產率低下；

2）在傳統(tǒng)的鍛造工藝中，切割環(huán)節(jié)和機加工環(huán)節(jié)都屬于去除材料加工方法，意味著整個生產過程中需要切除大量的原材料，材料浪費現(xiàn)象嚴重，材料利用率低，同樣會增加零件的生產成本；

3）缸底的作用是將立柱和底座進行連接，工作時該零件與其他零部件之間存在相對轉動，這對零件的形狀尺寸和表面質量等都提出了非常高的要求，而機加工時受人為因素影響較大，缸底的質量穩(wěn)定性欠佳。

3 立柱缸底鍛造工藝的優(yōu)化改進及其實踐效果

3.1 鍛造工藝優(yōu)化

基于以上分析可以看出，傳統(tǒng)的液壓支架立柱缸底鍛造工藝過程存在一些缺陷和問題，已然無法滿足現(xiàn)代化的高效率、高質量生產要求。為降低生產成本、提升生產質量，在總結大量實踐經驗的基礎上，對傳統(tǒng)鍛造工藝過程進行徹底的優(yōu)化，實現(xiàn)流程再造，最終確定的鍛造方案為模鍛。在完成制坯工作后，可以利用3 t自由鍛錘設備進行一次模鍛成形。最后只需要對鍛造產品進行切邊修剪即可使用。在完成基本工藝設計工作后，在現(xiàn)場進行實驗，發(fā)現(xiàn)該優(yōu)化后的鍛造工藝方案，制得的立柱缸底產品形狀尺寸和表面質量均能夠滿足如上頁圖2所示的基本要求。

3.2 改進實踐效果

對液壓支架立柱缸底結構的工藝過程進行流程優(yōu)化，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：缸底直接通過模鍛成形，不需要進行切割和機加工，不存在材料浪費的問題。經過初步統(tǒng)計，每生產一個缸底零件可以節(jié)約材料50%以上；整個生產流程得到壓縮，生產周期顯著降低，經統(tǒng)計每生產一個缸底零件的加工工時降低了30%左右；由于采用模鍛成形，缸底零件的外形尺寸和表面質量主要受模具本身外形尺寸和表面質量的影響，人為因素影響相對較小，能夠顯著提升零件生產質量的穩(wěn)定性。

4 結論

通過對液壓支架立柱缸底的鍛造工藝進行流程再造，實現(xiàn)了工藝過程的優(yōu)化改進。不僅顯著提升了零件的生產質量，同時還縮短了整個生產周期，降低了生產成本，可以為液壓支架生產企業(yè)創(chuàng)造非常大的經濟效益。