煤矿液压支架千斤顶加工工艺及故障诊断分析研究

煤矿液压支架千斤顶加工工艺及故障诊断分析研究

马志超

安徽省矿业机电装备有限责任公司，安徽淮北 235000

摘 要：随着综采技术的不断发展，综采工作面的智能化水平不断提高，对液压支架千斤顶状态的精准感知和精准控制是关键的基础性工作。为了提高液压支架推移千斤顶的可靠性，对液压支架千斤顶的机械加工工艺做些探讨，对常见故障进行了诊断分析，具有一定的参考作用。

关键词：液压支架千斤顶；机械加工工艺；故障诊断

1.煤矿液压支架千斤顶主要零件的加工工艺

液压千斤顶的缸体缸体直径的范围为80～200mm，长度为500～1500mm。缸体的内表面应该作成3级精度。内表面全长的锥度和椭圆度不应大于内径公差的一半，配合面相对于内表面的跳动量不超过0∙05mm。液压支架的千斤顶和单体支柱的缸体均采用精度和强度较高的冷拔钢管制造。

1.1 立柱千斤顶缸筒加工工艺

立柱千斤顶缸筒是千斤顶中的主要承载件，其内孔与缸口的同轴度是加工中的重中之重，技术上要求同轴度一般为准0.06mm左右，它决定着立柱的密封和承载性能，其缸径的尺寸精度、表面粗糙度及其与导向套、压盘相配合的止口与缸径的同轴度决定着立柱缸体质量是否合格。深孔钻镗床在加工缸筒时，一般是依靠床头箱上的内锥盘与受油器上的内锥盘将缸筒顶紧并传递扭矩，所以缸筒镗孔前必须先加工出与深孔钻镗床内锥盘相应的锥面和必要的中心架架位。其中架口的加工以无缝钢管外径D找正，当缸筒长度L＞1500mm时对称加工两中心架口，架口宽应介于70～80mm，深度以车圆为止。然后上中心架，以中心架位为基准找正，平中心架侧缸筒端面，车出与深孔镗锥盘和受油器锥盘相符的外锥面，粗糙度3.2μm，锥度15°，长度应根据缸径的不同，在可能的情况下尽量长些，一方面保证锥面的吻合，提高重复定位精度，保证同轴度，另一方面增大摩擦阻力，防止缸筒在镗孔过程中因切削阻力大而产生打滑现象。

1.2立柱千斤顶导向套加工工艺

立柱千斤顶导向套在活柱活塞杆升降时起导向作用，与活柱间的间隙较小，要承受外载对活柱的横向力、弯曲、振动等产生的影响。由于立柱承受载荷较大，而且需要足够的密封空间，多采用螺纹式导向套。将导向套静密封移至密封螺纹后部，同时在密封螺纹前端导向套退刀槽内增加了一个压缩量较大的O形密封圈，有效地防止了污水进入端口环形面，而且由于安装静密封部位导向套厚度较大，增大了立柱导向套密封处的承压能力。将导向套公差调整为0.5至1.0mm，取得了良好的效果，十几年来，有效地提高了立柱活柱的耐磨性能和使用寿命。在加工工艺方面，为了保证导向套的加工精度，一直沿用了普通车床粗加工毛坯，各配合部位、密封部位的相配合部位均采用数控加工中心加工的方法，大大提高了立柱导向套的加工制造质量及立柱上腔的密封导向性能。

1.3 千斤顶活塞杆加工工艺

活塞杆是千斤顶中支持活塞做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。活塞杆在正常使用中，承受交变载荷作用，要求活塞杆内部要有一定的韧性，而表面由于有密封装置往复摩擦其表面，应具有较好的耐磨性，表面硬度达到HRC58～62。活塞杆结构比较简单，但长径比一般很大，属于细长杆类零件，刚性较差，为了保证加工精度，在车削时要粗、精车分开，而且粗、精车时一定要使用跟刀架，以减少加工时工件的变形，在加工两端与活塞杆联接部位时，还应使用中心架。在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工序均采用两中心孔定位，以符合基准统一原则。

2.推移千斤顶故障分析

目前针对液压支架千斤顶的故障诊断多采用试验台进行自动检测。自动检测试验台同时采集千斤顶的上下腔压力、泵站压力、系统内压力、活塞位移，根据传感器的变化情况自主分析千斤顶出现的异常情况，因此需要对千斤顶的常见故障进行归纳分析和原因总结，建立自主分析机制并迭代优化。千斤顶（油缸）性能的试验台结构如图1所示。

千斤顶的常见的故障有焊缝开焊导致漏液、导向套外密封或内密封失效导致漏液、活塞杆镀层碰伤导致漏液和活塞杆密封失效导致腔内窜液。下面对上述常见故障的特征进行分析。（1）易开焊的焊缝位置处于千斤顶的缸底和上腔胶管接头的位置，分别表现为下腔压力外泄和上腔压力外泄。该原因导致的压力外泄存在于整个试压过程中，使得整个试压过程千斤顶上下腔压力上升缓慢，表现为压力变化率相对平缓。（2）导向套外密封或内密封失效导致的漏液分别表现为下腔压力外泄和上腔压力外泄。该原因导致的压力外泄只有当腔内处于高压时才有所体现，一般当腔内压力达到30MPa甚至更高时才会出现导向套漏液，同时伴随着腔内压力快速下降或上升明显减缓。（3）活塞杆镀层碰伤导致的漏液由于漏液量过小，不属于短期的压力影响因素，只能通过视觉发现问题，实现诊断难度较大，暂不考虑加入故障自诊断系统当中。（4）活塞杆密封失效导致的腔内窜液表现为上下腔的压力差超过一定限度后，压力高的一腔向另一腔窜液，导致千斤顶无法正常工作。该原因导致的压力变化趋势较为明显，在对千斤顶进行高压保压时，高压腔压力有一定的下降，同时低压腔压力会有一定的上升。

3.位移传感器故障分析

位移传感器在运输、安装的过程中，尤其是在车间潮湿的安装环境下很有可能损坏。位移传感器的常见故障有零点漂移、信号线短接、无信号等。位移传感器由传感器固定端、螺堵和磁环组成，安装位置如图2所示。在千斤顶伸收过程中，磁环在传感器固定端上运动，传感器感应磁信号的不同位置反馈出不同大小的模拟量电压信号，反映出千斤顶的伸出量。

（1）常见的位移传感器零点漂移是由于磁环位置或传感器固定位置出现偏差，千斤顶在接近零点时丢失信号或超出零点过多，整体的位置信号失准。体现在千斤顶收回极限位置与零点偏差较大，伸出过程中位移变化正常但整体已经偏离实际的位移，可以在收回极限位置对该异常情况进行判定。（2）常见的位移传感器通信信号为电压模拟量，传感器的接线部位在千斤顶的缸底，当千斤顶出现焊缝开焊时缸底处容易积水，很容易导致信号线短接。由于位移传感器供电电压为12V，正常信号区间为0.5～4.5V，当出现信号线与电源线短接时，信号线电压约为12V，换算出的位移值将超出正常位移值的范围。（3）位移传感器的末端留有一段细线缆，在转运和安装的过程中，有可能受到过度弯折或挤压，使线缆内部的铜线断裂，测试时信号线的输出电压约等于0、小于0.5V，换算后的位移值始终为负数。

4.结语

综上所述，通过对煤矿液压支架千斤顶加工工艺及故障诊断分析，可以有效地对千斤顶进行从设计加工到使用维护保养的“一站式”服务，提高液压支架千斤顶的使用效能，同时也能够使矿方和设备厂家精准把握液压支架千斤顶的设计理念，充分发挥出其实际作用，有利推动煤矿综采的综合效能和智能化水平。

参考文献：

[1]宋昊妍.液压支架立柱以及千斤顶的故障原因与改善措施[J].机械管理开发，2021，36(1)：264-265.

[2]季芸帆.液压千斤顶的维修与保养[J].中国新技术新产品，2019(17)：37-38.

[3]姜仁坤.液压支架立柱及千斤顶内螺纹导向套结构优化[J].煤矿机械，2010，31（8）：48-49.

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