纪维新 陈吉伟
新矿集团生产服务分公司 271200
一、项目背景
目前集团公司综采液压支架保有存量中大部分进入大修期甚至报废期，需要维修或再制造，在以往的液压支架维修中存在多种问题，如对液压支架维修认识不足，缺乏系统的、统一的维修标准；缺乏关键技术理论支撑，液压支架维修技术力量和装备实力薄弱，大多数维修依赖外部力量，存在过度维修，浪费人力、物力、财力等问题。
为了解决以上问题，充分挖掘集团公司内部综采液压支架设备的潜能，使旧的液压支架焕发新的生命活力，集团公司生产服务分公司与郑煤机综机公司合作，以ZY5000/13/27支架维修作为试点，进行高质量维修，旨再为今后的液压支架维修模式寻找理论和实践依据。
项目立项后，集团公司生产服务分公司与郑煤机综机公司相关技术人员联合攻关，对ZY5000/13/27型支架底座在使用中出现内主筋母材撕裂问题，双方对液压支架底座复强再制造和液压支架再制造整体要求进行了一系列的技术论证和方案论证，由技术人员进行强度核算，制定补强及恢复方案，对底座主筋变截面处撕裂采取可靠的工艺进行修复，并制作样机经液压支架试验台强度试验，获得成功。
二、项目目标
1）确保液压支架再制造达到新设备出厂性能90%以上，每批次样机通过GB 25974.1-2010 《煤矿用液压支架 第1部分：通用技术条件》强度试验。
2）缸筒内孔熔覆、杆类外圆不锈钢熔覆、底阀孔熔覆、铰接孔熔覆、高速激光熔覆工艺技术研究与应用。
3）通过项目实施，逐步制定完善适合集团公司现场生产的精准维修标准。
三、技术方案论证，技术原理和技术指标对比分析
该项目中底座内主筋母材撕裂的补强修复是很关键的一环，因此集团公司生产服务分公司与郑煤机综机公司专家经过论证，确定运用OPT设计软件，对支架的各项性能参数进行输入，对支架运动参数和力学参数进行分析，并对底座损坏处断面进行安全系数校核，根据安全系数制定补强方案和修复工艺。
3.1、底座补强修复方案
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底座修复示意图：
1.双剖线视图全部火焊割除。
2.清理干净残余焊肉，打磨割口。
3.主筋母材开裂的，开裂处刨开成V型坡口，预留2mm钝边。
技术要求：
1.主筋开坡口处，重新焊接填平， 清净熔渣、打磨平整。
2.拼焊1#、3#件，盖板下侧焊缝预埋，拼焊盖板，多层多道完
成焊接。
3.焊缝抗拉强度不低于600Mpa。
4.未注坡口焊填平焊接。
5.焊后清净熔渣、打磨平整。
3.2、技术原理、性能指标
技术原理：
通过对ZY5000/13/27型支架整体受力分析，分别取摩擦系数0、0.2、0.3，平衡千斤顶受拉、受压共6种受力状况，选取柱窝处最大弯矩为6152KN，根据底座弯矩图计算出主筋撕裂部位最大弯矩3975KN。
通过补强修复方案，在将撕裂的母材主筋刨开成V型坡口，预留2mm钝边；将底座柱窝裆盖板隔开，内主筋柱窝裆贴20mm厚加强板，并增加16mm厚立筋板各一个，内主筋界面突变处增加圆弧板过渡，防止应力集中。
性能指标：底座内主筋撕裂处原安全系数0.94，补强修复后安全系数1.12，满足液压支架设计要求。
四、项目采用的主要技术创新
本项目以打造“吨煤分摊成本最低”的高可靠性再制造液压支架为目标，以多元的增材加工技术和产业化生产为手段，依据原设计要求或升级改造，恢复原新支架性能90%以上，关键部位性能和质量可超过原型新品；尤其是对支架关键部位的可靠性形成理论计算体系并通过试验验证。本项目主要技术创新如下：
1）不锈钢（铜合金）熔覆技术：通过数字化同步精准精细控制、摆动技术运用、高性能脉冲低温低压焊接电源以及热丝电源的有机结合，匹配合理参数，使焊接达到非常理想的成型。
2）底阀孔熔覆技术：通过数字化同步精准精细控制、摆动技术运用、高性能脉冲低温低压焊接电源以及热丝电源的有机结合，匹配合理参数，使焊接达到非常理想的成型。小孔径内孔精细冷敷焊枪，包括枪身、枪头和热丝通道；枪头包括耐高温外筒和分流器，上部设置有密封盖及水冷管，并设有位置对应的进气孔，热丝通道安装在枪身下方，实现低温熔覆。
3）铰接孔熔覆技术：设备代替了人工焊接，提高工作效率，使铰接孔再制造真正成为可规模化产业化的实用技术。包括承载工作台和设置在承载工作台两侧的导轨，导轨上设置有升降装置及可移动导轨，根据铰接孔前后和上下位置，分别调整两侧移动座和升降平台，再根据孔深度、大小，调整焊枪长度、角度，进行内孔熔覆。
4）高速外圆激光熔覆：采用中心送粉技术，中心送粉也是气动送粉，它是一种“光包粉”的技术，它是通过设计一种空心光束实现对中心粉流的包围。使用多束激光将中心粉流包住，在熔池之上粉末熔化并落入熔池之中。中心送粉的特点是粉末为单一粉流，不存在不同方向粉流的相互撞击散射。另外，在垂直向下熔覆加工时，可以使用较低的送粉气压，这样，一方面粉流速度相对较慢，粉末与激光的作用时间长，更易于粉末在熔池上空的熔化。另一方面，较低的粉流速度，也减少粉流与基体之间的弹射。实际应用表明，中心送粉高速熔覆熔覆过程飞溅明显减小，火花相当轻柔，粉末利用率大大提高。
五、项目成果先进性
1）国内首次实现液压支架主体结构件母材撕裂损坏复强再制造，并获得成功，减少了设备报废，大大节约成本。
2）成功研发了不锈钢（铜合金）熔覆薄壁导向套技术，它结束了导向套腐蚀后只能报废的历史，大大降低了立柱再制造成本，同时延伸应用于活塞、柱塞密封沟槽的熔覆，极大提高了立柱千斤顶的使用寿命。
3）内孔熔覆中的底阀孔熔覆技术也处于业内领先水平，最小孔径可熔覆到45mm，国内掌握此项技术的不超过3家，它结束了底阀孔锈蚀只能报废中缸底或采用费时费力的镶套工艺修复的历史，大大降低了再制造成本，提高了效率，同时熔覆铜合金提高耐腐蚀性4～8倍。
4）项目研发的铰接孔熔覆技术也为业内首创，液压支架铰接孔长期使用后大部分都会磨损变形，一台液压支架一般为20个孔，一个工作面一般为100～150台支架，即需要修复2000～3000个孔，传统方式为手工焊接，费时费力，铰接孔自动熔覆设备代替了人工焊接，提高工作效率，使铰接孔再制造真正成为可规模化产业化的实用技术。
5）高速激光熔覆技术：首台中心送粉的高速外圆激光熔覆机已开始应用，效率是普通激光熔覆的2～3倍，是不锈钢熔覆的5～8倍，且成本较低（与电镀铬基本持平）且符合环保要求，使其成为今后外圆表面处理的主力军，该技术大大降低了激光熔覆的使用门槛，对激光熔覆的普及应用具有重要意义。
6）项目形成的精准再制造复强技术工艺，为国内首创，经现场一年使用实践证明，各项技术参数均达到标准要求，对同类液压支架维修具有重大的指导意义。