张昭庆
淮北矿业集团综采安拆分公司芦岭支架修造项目部，安徽宿州 234000
摘要：本文浅谈了DW型矿用单体液压支柱柱体的焊接工艺和活塞与底座体密封结构的改进技术方法，以从根本上解决单体液压支柱漏液问题。
关键词：DW型单体液压支柱；柱体焊接；活塞与底座体密封结构改进
引言：一般DW型矿用单体液压支柱主要用在采煤面的支护。支护性能的好坏则直接影响到采面安全问题。其中单体液压支柱的漏液一直就是安全的重隐患。当漏液的支柱送上井维修，既影响生产，又增加了修理成本。而单体液压支柱的活塞、底座体则是支柱密封的重要部件，漏液80％以上都是由活塞、底座体的结构和质量问题所致。为此需要对单体液压支柱的活塞、底座体的密封和结构进行改进。对活柱的焊接，现有焊接工装没有自动化变位装置，且在焊接中容易产生热裂纹等缺陷。因此焊接工艺也需要改进。
1.柱体的焊接工艺
1）存在问题及解决措施。①泄漏问题。如果单体支柱柱体在井下支护过程中发生泄漏，将会危及井下作业人员的安全，因此要对活柱进行焊接，且焊接也非常严格。柱头和活柱筒的环缝焊接必须焊透，焊后需逐个进行1.5倍额定压力的水压试验，应保压2min不得泄漏。②焊接中的气孔问题。由于气体保护焊对锈蚀、油污、水、风等较为敏感，且易产生气孔焊接缺陷。因此组焊前必须清理焊接处，去除坡口两侧的污物。焊接车间通风处应在厂房的上方，设备还要安装在远离门口，并在CO2气瓶出口安装干燥器。③去除飞溅物。焊后用扁铲及时剔除飞溅物。
2）焊接工艺。活柱是DW型单体液压支柱的主要零部件，由柱头和活柱筒组焊而成，如图1（1）所示。环缝的焊接形式原采取CO2保护焊进行焊接，但工件的装夹定位、焊枪无摆动，焊接速度不可调节，影响焊接质量和焊接效率。为实现自动高速焊接，提高产品的质量、效率和产品的适应性，可改进焊接设备和焊接工艺，利用CO2保护焊进行焊接。①焊接材料与设备：活柱体的材料为27SiMn，经过热处理调质，厚度为7.5mm。柱头材料为45钢调质。选用GHS-60，直径为Φ1.2mm焊丝。焊接设备可采用唐山松下公司生产的焊接电源，此焊接电源的特点能实现自动控制，焊接电流较大。②焊接工装：a.见如图1（2）所示。b.夹紧缸安装在基座的后侧可调，适应不同型号的活柱。夹紧缸为液压驱动，可把柱头顶入活柱体内并夹紧。焊枪安装在摆动装置上，在基座纵向可移动。c.摆动电机和回转电机均为机械无级调速(节电)，回转电机范围10～200r/min。摆动电机范围为0.5～50r/min。当柱头插入活柱体后，液压缸驱动顶针夹紧活柱后施焊。③工件准备：活柱体和柱头在加工完后要清除毛刺，柱头完全进入活柱体调正，避免弯曲，表面油污清除干净，避免废品。
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3）焊接工艺。①焊接方法采用CO2气体保护焊。②保护气体的流量是20L/min。③焊接工艺：由于焊缝为Y形坡口且坡口深为7mm宽15mm，施焊顺序为顺焊，焊枪应与工件垂直且位于焊接工件最高处向下8mm左右。焊接时应先启动摆动电机，再启动焊接电源，等3s后熔池形成，再启动工件转动电机进行焊接。收弧时应超过起始点5-10mm处收弧。④焊接参数：采用200A焊接电流时，焊接工艺性较好；选择电弧电压为25V；焊接速度为l7.3m/h为最佳焊接速度；确定焊丝的伸出长度15mm为宜。
4）质量检验。施焊完毕后，对焊缝进行检查，焊缝外观成型良好，并用电弧气刨对焊接部位进行了破坏性检测，没任何焊接缺陷方可。按MT112-93单体液压支柱的通用技术条件要求，逐个进行水压试验，以不渗漏为好。
2.活塞与底座体密封结构的改进
1）活塞密封结构的改进。①漏液原因分析：图2a为改进前的活塞密封主视图，在支柱活塞上安装有2道密封圈(Y形和0形密封圈)，Y形密封圈是防止液体从活塞与油缸内径Φ100mm处漏液，0形密封圈则是防止活塞与活柱体内径Φ80mm处漏液。在活塞上装2道0形圈，内端O形圈起密封作用，前端Φ80mm处；外端的0形圈起连接作用，连接尺寸Φ82mm。因原密封形式的缺陷，在装配活塞时，内端的0形圈先通过Φ82mm处的沟槽Φ83.5mm×6.5mm，若安装不正，易将Φ80mm处起密封作用的0形圈挂伤，造成漏液。活塞本身的强度和性能也决定了其重要性，Y形圈的槽和导向环槽的位置是由密封圈的性质决定的。所以只能对活塞的0形圈位置和结构进行重新设计，避免装配和使用中的支柱漏液。②密封结构的改进：图2b为新型活塞密封装配的主视图，它由活塞、活柱体、Φ80mm处密封用0形圈、挡圈和连接用0形圈、Y形圈和导向环组成，活塞上装有密封用、连接用0形圈，密封用0形圈在连接用0形圈的后面。将Φ8Omm、Φ82mm都统一为Φ80mm，简化加工工序，且增加活柱体的壁厚，从而可增加活柱体的抗压强度。装配时，密封用0形圈不经过Φ83.5mm×6.5mm与Φ80mm配合装配成一体，避免密封用0形圈碰伤。因将活柱体的单边厚度增加1mm，强度增加了，避免安装中0形圈的损伤，防止因压力过大造成活柱体Φ80mm变形漏液。改进后应用，大大增加了密封性能的可靠性，减少了加工工序，降低了成本，提高了密封性能，保证了安全生产。
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2）底座体密封结构改进。①漏液原因：由于原单体液压支柱底座的密封圈在油缸的Φ100mm处，Φ102mm为定位尺寸。在装配时底座先通过Φ102mm处装配到油缸底部，支柱在顶板压力的作用下，使油缸内产生向外的涨力。油缸外径属于自然状态，顶板瞬间来压大于油缸缸体承受压力极限时，油缸缸体底部变形，形成喇叭口，造成Φ102mm定位尺寸失效，这就导致了Φ100mm处的密封失效漏液。经研究，应从底座体上进行改进和设计，以防止外涨压力过大时对单体支柱油缸造成影响。②密封结构改进：改进用新型带卡箍底座体的装配结构，它由底座、油缸、Φ100mm处密封用0形圈、防挤圈和Φ102mm处连接钢丝组成。为防止油缸底部压力过大造成密封失效漏液，又在单体液压支柱的零件底座体上设计一个止口。若顶板压力过大，底座体上的止口便紧紧包住油缸缸体的外径，这就解决了油缸缸体底部变形的问题。在装配时卡箍Φ112mm×3.5mm内径与油缸底部的外径Φ112mm×5mm配合，卡住油缸外径，防止因压力过大造成油缸底部变形漏液问题。
结语：按照上述工艺改进、焊接工艺后，能从根本上解决原活塞和底座体设计的缺陷，并简化加工工序，避免在装配中造成密封件的损伤及其使用中压力过大造成活柱体和油缸底部变形漏液现象。特别是对新型活塞和底座体改进，井下支柱漏液状况可大为减少，确保了采煤工作面的正常生产，降低了维修费用。
参考文献：
[1]张宏.DW型单体液压支柱柱体焊接工艺[J].煤矿机械，2006，8:87-88.
[2]樊怀磊.DW型矿用单体液压支柱密封结构的改进[J].中州煤炭，2009，2：67，89.