單體液壓支柱研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展解讀

1、單體液壓支柱研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展張立麗1,2,趙 波1(11河南理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院河南焦作454003; 21焦作東風(fēng)礦機(jī)(集 團(tuán)有限公司,河南焦作,454351現(xiàn)狀及發(fā)展趨性能試驗設(shè)備、摘要：從制造和使用方面綜述了單體液壓支柱研究的歷史、 勢，介紹了單體液壓支柱的類 型，概述了單體液壓支柱工作介質(zhì)、 密封元件、表面防腐、維修、制造技術(shù)等方面的進(jìn)展情況。關(guān)鍵詞：單體液壓支 柱；制造；應(yīng)用中圖分類號:TD35519文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A煤炭科學(xué)研究總院1973年開始研制單體液壓 支柱,在20世紀(jì)80年代初,全國推廣活塞式單體液 壓支柱，并逐步替代了 60年代初誕生的單體金屬摩 擦支柱, 在20世紀(jì)9

2、0年代末,我國又研制完成了 DWX型柱塞懸浮式單體支柱。單體金屬摩擦支柱、活塞式單體液壓支柱、柱塞懸浮式單體支柱的研制及 應(yīng)用，完成了單體支護(hù)設(shè) 備發(fā)展的3次飛躍，推動了單體支護(hù)設(shè)備及支護(hù)技 術(shù)的發(fā)單體液壓支柱屬于恒阻式支柱的工作阻力，,可°對，可以更換大流量的三 用閥，使支柱滿足其支護(hù)要求1。支柱支護(hù) 密度根據(jù)地質(zhì)資料和采煤方式而定。初撐力盡可能大，對頂板安全有好處。單體液壓支柱主要使用在：1煤礦回采工作面頂板支護(hù)；2煤礦、綜采工作面端頭支護(hù)（大支架端頭。無論是外注式還是內(nèi)注式單體 液壓支柱，在端頭使用時，均作為替棚、超前加強(qiáng)支架或臨時支護(hù)，其上部與之 配合的頂梁形式較多，如十字頂

3、梁、滑移頂梁、整體長梁等等2 03回采工作面巷道的超前支護(hù)、臨時支護(hù)。根據(jù)我國及東南亞等國家的煤層自身的賦存條件（如近水平煤層、傾斜煤層、急傾斜煤層、直立倒轉(zhuǎn)煤層、 大片煤層、“雞窩”狀煤層等 和煤層賦存地質(zhì) 條件的復(fù)雜性（如在一塊煤田中,有大落差 的斷層，而較小的斷層更是層出不窮，在眾多的煤礦井下支 護(hù)產(chǎn)品中，單體液壓支 柱和鉸接頂梁配合使用，具有投資少、受地質(zhì)條件限制少、使用和維護(hù)簡單方便 且操作靈活等特點(diǎn)。因此，單體支護(hù)設(shè)備仍將是我國 及東南亞等國家煤礦采煤工作面的支護(hù)中的主導(dǎo)設(shè) 備，單體液壓支柱也將與綜采液壓支架等其它多種支護(hù)形 式在我國煤礦中長期并存發(fā)展。1 單體液壓支柱的類型單體液

4、壓支柱經(jīng)過幾十年來科技人員的不斷研究和創(chuàng)新，已研制發(fā)展了多種單體液壓支柱（以下簡稱“支柱”。按供油（工作介質(zhì) 方式不同，支柱分為外供油 式（外注式和內(nèi)供油式（內(nèi)注式支柱3。支柱按工作行程的不同，可分為單伸縮（單行程和雙伸縮（雙行程 支柱3可有普通鋼質(zhì)支柱?；钊街е垂ぷ餍谐逃钟袉紊?。柱塞懸浮式支柱采用水介質(zhì)，屬環(huán)保 型”支柱。國外還有一種新系列的SZK單體液壓支柱，三用閥設(shè)置在缸體外側(cè)， 缸體外焊接供液 管使三用閥與缸體內(nèi)腔連通。支柱油缸內(nèi)徑有 63mm ,70mm ,80mm ,90mm ,100mm ,110mm其中100mm缸徑的支柱，在井下采用最多；63mm70mm缸徑的 支柱，則

5、主要在特殊用途時使用。支柱最大高度有0163m ,018m ,1m ,112m , 114m ,116m ,118m ,2m ,2124m ,215m ,218m , 3115m , 315m 近 年來又增加了318m , 4m , 415m 3種規(guī)格。315m以上規(guī)格的支柱，原則上不 可用作工作面支護(hù)， 但可用于端頭和超前支護(hù)。近年來，活塞式支柱在不影響支柱性能的前提 下,對 零部件進(jìn)行了改進(jìn)，如內(nèi)嵌柱頭式支柱、柱頭設(shè)集塵箱支柱、加防倒頂蓋的 支柱、防倒支柱、DW28235型筒頭密封改進(jìn)型支柱、炮采支柱等。2 支柱制造使用的發(fā)展現(xiàn)狀以下從支柱的工作介質(zhì)、密封元件、試驗裝備、表面防腐、維修、制

6、造技 術(shù)等幾個方面概述支柱的發(fā)展。211支柱工作介質(zhì)內(nèi)注式支柱所使用的工作液為專用的 5號液壓油1?；钊酵庾⑹街еぷ?介質(zhì)通常采用含1% 2%M10或MD T乳化油的乳化液。柱塞懸浮式 支柱采用了 特殊的氮化和鎳2磷表面處理工藝（引進(jìn)的美國技術(shù)，支柱防腐能力增強(qiáng)，工作介 質(zhì)使用的是煤礦井下的中性水，這就保證了工作環(huán)境和地下?新技術(shù)新工藝？機(jī)械加工工藝與裝備2007年第1期水不受污染，同時也保證了礦區(qū)飲用水的質(zhì)量。早期支柱所使用的傳動介質(zhì) 以普通液壓油為主，由于采用液壓油的煤礦生產(chǎn)運(yùn)行成本較高，人們逐漸使用價格 低廉的乳化液代替液壓油。乳化液由水和乳化油配置而成，目前我國煤礦 生產(chǎn)中使用的乳

7、化油型號主要為M 210,MD T以及 專用于單體支柱的 D YZ 4?；钊酵庾⑹街е淮罅繎?yīng)用于井下，是目前 煤礦中使用的主導(dǎo)支柱產(chǎn)品。這種型式的支柱，其工作介質(zhì)為乳化液。而在每個采煤循環(huán)卸載時乳化液均排入 到采空區(qū)，流入地下水中。而乳化液中的乳化油是由基礎(chǔ)油、乳化劑、防腐劑 等成份組成，進(jìn)入地下水中以后，很難將其徹底清除。據(jù)不完全統(tǒng) 計，全國各煤礦 每年約有8000t乳化油排入地下，長此以往，將會對礦山周圍的水源水質(zhì)和生態(tài)環(huán) 境造成極其嚴(yán)重的污染。用水作為工作介質(zhì)，具有無污染、成本低、來源廣及剛度大、導(dǎo)熱系數(shù)高 等優(yōu)點(diǎn)。因此，研制以水作 為支柱的工作介質(zhì)，實現(xiàn)環(huán)保型”支柱，是支柱研發(fā) 的

8、目標(biāo)要求之一。在20世紀(jì)90年代末期,1,使用水作為工作介質(zhì)，。212 支柱性能試驗設(shè)備支柱試驗設(shè)備主要用于支柱出廠性能檢測和支 柱使用維修。支柱性能試驗臺有支柱整柱試驗臺、三用閥試驗臺、閥柱聯(lián)合試驗臺。近幾年，在支柱普通試驗臺 的基礎(chǔ)上，采用數(shù)顯技術(shù),設(shè)計了數(shù)碼試驗臺，使檢測數(shù)據(jù)更直觀準(zhǔn)確。支柱試壓機(jī)有臥式支柱試壓機(jī)和立式支柱試壓機(jī)2種類型。在試壓機(jī)上支柱性能試驗加載方式有內(nèi)加載方式和外加載方式。而對支柱密封質(zhì)量的檢測，其顯示方式有以下幾種：1彈簧管式壓力表顯示成本較低，但需由試驗操作人員讀表，所以其可信度要受人為因素影響。2支柱密封檢測儀和保壓性能檢測儀采用計算機(jī)操作，設(shè) 計了數(shù)顯表、單片

9、機(jī)雙重檢測系統(tǒng)，有些檢測儀還設(shè)計有聲光報警電路。效率高,試驗誤差 小，準(zhǔn)確度高，但檢測儀設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)還有待統(tǒng)一。213 支柱密封元件密封元件是單體液壓支柱工作是否可靠的關(guān)鍵零件，對頂板支撐的可靠性取決1。油于密封元件的工作性能?；钊酵庾⑹街еＳ妹芊庠Q及材料見表 缸內(nèi)表面與活塞的密封面，目前使用的丫形密封圈，當(dāng)內(nèi)部壓力高達(dá)30MPa ,且乳化液潤滑性能差時，存在擠出損壞，使磨損加快。這可采用同軸復(fù)合密封裝置， 外環(huán)用聚四氟乙烯，以解決工作腔高 壓時的擠出損壞，內(nèi)環(huán)用橡膠材料，以解決低 壓靜態(tài)的密封性能。表1 活塞式外注式單體液壓支柱常用密封元件名稱材料名稱材料O形密封圈P229丁腈橡膠

10、活塞防擠圈 聚甲醛丫形密封圈P228丁腈橡膠 底座防擠圈 聚甲醛防塵圈P907丁腈橡膠 安全閥墊 WS 2520QJ 551121活柱導(dǎo)向環(huán) 聚甲醛 卸載閥 墊WS 2520QJ 551121活塞導(dǎo)向環(huán) 聚甲醛 單向閥閥座P907丁腈橡膠 皮碗防擠圈 聚甲醛當(dāng)支柱采用水作為工作介質(zhì)時，由于水介質(zhì)黏度低、潤滑性差，因而對密封件的耐磨性、抗老化性、抗溶脹性、抗水解性提出了更高的要求。柱塞懸浮式水介質(zhì)支柱的各密封點(diǎn)均采用了密封補(bǔ)償和密封脹緊原理。在密 封磨損的情況下，可有效補(bǔ)償；在頂板來壓或在高壓支撐情況下，可保持密封脹緊 狀態(tài)，減少了密封件的更換率，降低了維修和維護(hù)費(fèi)用。、耐低溫性、4。因、硬復(fù)合

11、密封件。214 支柱防腐在制造單體液壓支柱的過程中，為保證防腐性能,油缸、活柱體、三用閥等 部件表面需進(jìn)行電鍍處理。支柱常用鍍層:1油缸（內(nèi)孔和三用閥左右閥 筒鍍錫青銅（含錫量10%18%。2活柱體鍍層 為復(fù)合鍍層，底層鍍鋅磷化，MZ1復(fù)合鍍層，屬彈性 鍍層，防磕碰能 力強(qiáng)，表面噴涂二硫化鉬。支柱特殊鍍層：鋅鎳合金鍍層（與MZ1復(fù)合鍍層相比,防銹能力強(qiáng),成本較 高。新研制的DWX型懸浮式水介質(zhì)支柱采用特殊的氮化和鎳 2磷表面處理工藝,使支柱具有防腐、耐磨,防炮崩的性能特 點(diǎn)?；钪w也可采用“ EDA '防腐工藝 處理。油缸內(nèi)孔還可采用鑲不銹鋼套來防腐。油缸外表面采用靜電噴塑防腐處理或。

12、215 支噴防銹漆處理?；钊?、手把體、底座及復(fù)位彈簧采用發(fā)藍(lán)處理防銹 柱維修支柱的維修，是煤礦重復(fù)使用單體支柱、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。我國煤炭系 統(tǒng)和相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)曾做過多種探索和努力，煤機(jī)制造廠家研究設(shè)計了多種維修 設(shè)備，如缸柱水射流清洗機(jī)、彈簧清洗機(jī)、支柱校直機(jī)、液壓缸修復(fù)器、拆柱 機(jī)和性能試驗臺等，以便于支柱在現(xiàn)場維修。使用量較大的活塞式外注式支柱，在井下使用 后,其損壞的關(guān)鍵部位有活柱外 圓表面、三用閥內(nèi)孔 及缸體內(nèi)腔銹蝕、損壞等。這些部位是修復(fù)的主要 關(guān)注點(diǎn), 國內(nèi)單體支柱使用單位在生產(chǎn)實際中總結(jié)新技術(shù)新工藝？機(jī)械加工工藝與裝備2007年 第1期出許多修復(fù)工藝方法，如電刷鍍、熱噴涂、油

13、缸鑲不銹鋼套（或鑲鋁基合金 內(nèi)襯、電弧噴涂法修復(fù)單體活柱以及用F形膨脹式密封圈修復(fù)廢舊支柱等。21511支柱活柱外圓柱表面修復(fù)支柱在工作時活柱體伸出油缸1/22/3,表面暴露，容易腐蝕、磕碰、彎曲，使防塵圈工況不好，活柱體伸出和回縮時將煤粉和雜質(zhì)帶入油缸內(nèi)，嚴(yán)重影響活塞Y型圈密封。修復(fù)活柱體時，應(yīng)使外圓表面達(dá)到 耐磨、耐腐蝕，表面粗糙度達(dá) 到R a =116卩m活柱體外圓修復(fù)工藝流程為：拆柱-篩選（檢查閥孔-校直（彎曲的-磨外圓T除油、除銹-鍍鐵-鍍工業(yè)鉻磨外圓（R a = 116卩m -質(zhì)檢-裝配。此外，還有用電弧噴涂法修復(fù)單體活柱的工藝 方法。21512 支柱三用閥閥孔的修復(fù)支柱三用閥閥孔

14、在工作時，雖然有鍍層保護(hù)內(nèi) 孔表面，但是由于拆卸三用閥、使用時間超期等等原因，造成三用閥孔銹蝕嚴(yán)重，密封失效。三用閥孔修 復(fù)工藝 流程：砂光-（-砂光-裝配:1缸體內(nèi)壁因腐21513蝕而形成銹蝕斑坑;2缸體內(nèi)壁沿軸線方向出現(xiàn)劃 痕;3缸體 內(nèi)孔橢圓；4缸體變形;5缸體內(nèi)壁有凸凹部分;6鍍層脫落。以上幾種缸體的損壞形式，往往交叉出現(xiàn)或同 時出現(xiàn)。因此，在實際修復(fù)中 應(yīng)采用綜合修復(fù)的方法，才能取得良好的效果0缸體鑲不銹鋼套修復(fù)工藝流程：拆柱-篩選-車（按規(guī)定長度,切掉油缸兩端磨 損部分-兩端平端面倒內(nèi)、外角粗鏜油缸內(nèi)孔-鑲不銹鋼套-滾壓擠內(nèi)孔平端面車卡擋 車 102內(nèi)孔及溝槽、車112外圓及溝槽T

15、銑槽T質(zhì)檢-裝配。缸體電鍍法修復(fù)工藝流程：熱校直-縮缸-車定位基準(zhǔn)-鏜滾壓-車-電鍍-質(zhì)檢-裝配216 支柱制造技術(shù)1油缸、活柱筒采用熱軋無縫管或冷拔鋼管制 造 油缸、活柱筒的熱處理， 已有部分廠家采用了自 制的PLC中頻自動加熱校直淬火和中頻自動保溫 回火熱處理裝置，實現(xiàn)了熱處理自動化。2支柱小件采用普通機(jī)床加工近幾年多數(shù)廠家已采用數(shù)控機(jī)床自動加工使加工質(zhì)量穩(wěn)定，并提咼了加工效率。3油缸內(nèi)孔、柱頭內(nèi)孔、活柱筒外圓加工油缸內(nèi)孔采用粗鏜或一次高速復(fù)合鏜滾壓工藝。柱頭內(nèi)孔采用車削、拉削、鉸滾復(fù)合加工等工藝?；钪餐鈭A表面加工工藝采用粗車 -精車-磨削（采用冷拔管加工時可只進(jìn) 行拋磨工序。由于支柱活

16、柱筒壁薄且長，磨削時易產(chǎn)生顫動，有些廠自制 滾壓頭, 以滾壓代替磨削，采用粗車-精車-滾壓加工工藝。4焊接方法 支柱零部件采用的焊接方法有 手工電弧焊、CO 2氣體保護(hù)自動焊等。3 支柱研究的發(fā)展趨勢綜上所述，支柱的設(shè)計和制造均已取得了許多 成果，但仍應(yīng)在以下幾方面進(jìn) 步研究。1支柱結(jié)構(gòu) 推廣使用水介質(zhì)支柱，減少污染；研制輕型、承載能力大的支2性能檢測技術(shù)研究先進(jìn)方便的智能密封 檢測裝置，制訂統(tǒng)一的檢測儀標(biāo)3密封材料、,與支尋求和采用與基體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)復(fù)合材料。該材料涂層應(yīng)具有高強(qiáng)度、防腐耐磨、易加工和無環(huán)境污染的特點(diǎn)，該涂層應(yīng)與金屬有很好的結(jié)合 能力，該涂層應(yīng)有良好的可加工性能、摩擦

17、因數(shù)小。5油缸內(nèi)孔加工不斷研究先進(jìn)適用的鍍滾 壓刀具。6支柱井下監(jiān)控研究并采用支柱井下智能跟蹤管理系統(tǒng)。支柱的深入研究必將推動支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，并為生產(chǎn)實踐提供更好的服務(wù)。參考文獻(xiàn)1中煤物產(chǎn)集團(tuán)公司支護(hù)裝備部.煤礦支護(hù)產(chǎn)品實用手冊M .北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.2趙宏珠，黃炳才，饒明杰.回采工作面端頭支護(hù)技術(shù)與設(shè) 備M .北京:煤炭工業(yè)出版社，1993.3中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).M T112293礦用單體液壓支柱S.煤炭 科學(xué)研究總院.4駱永標(biāo).水介質(zhì)單體液壓支柱密封元件的研究D .北京:北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.牛曙光.單體液壓支柱密封的研究J.潤滑與密封,2006(6 :

18、1792180.討J.煤炭科造技術(shù)工作，工程師,吳慶國，邸盛國，史愷.DZ單體支柱缸體綜合修復(fù)的探 技,2004(5 .作者簡介：張立麗(1966-,女,河南新野縣人,從事礦機(jī)制 技術(shù)副處長。收稿日期:2006年9月3日責(zé)任編輯周守清?新技術(shù)新工藝？機(jī)械加工工藝與裝備2007年P(guān) rese nted. A brief comp arative an alysis betwee n foreig n and domestic study p rogresses was give n. The future research trends were p rese nted and an a1yze

19、d.K ey w ords :virtual assembly , assembly p rocess planning , as 2 sembly p rocess simulation , virtual reality.Stress An alysis and Seali ng C ap ability R esearch of Rubber Seali ng O 2Ri ng forStatic Seali ngSH EN Fen gga ng , YAN Y ongnian , WU Re ntdo ng , L IN Fe ng , PEN G J un bin (In stitu

20、te of Heavy forging &Stam 2 ping P ress , Dept. of Mecha ni cal Engin eeri ng ,Tsin ghua U 2 niversity , Beijing 100084,Ch inaAbstract :Comb ined with an exa mple of a hydraulic cyli nder using rubber seali ng O 2Ri ng in low 2p ress for static seali ng , the non li near fin ite eleme nt an alys

21、is model of con tact be 2 twee n large 2diameter Rubber seali ng O 2Ri ng and its groove was set up.Based on the distributi on of equivale nt Von Mi 2 ses stress and Con tact Normal Stress , the an alysis of me 2 cha nics and seali ng cap ability of rubber seali ng O 2Ring was set up , and the n the

22、 theoretical an alysis of the choice of stretch qua ntity and comp ressi on rate was give n.K ey w ords :rubber seali ng 2ring von stress , con tact ,Letteri ng on T by CNC Machi ning L IU Pin xiao 1,2,MA Shiba ng 1,3, KON GLin gjie 1(Na nyang In 2 stitute of Tech nology , Na nyang 473004,Chi na ; H

23、enan Uni 2 versity of Science and Tech no logy , L uoya ng 471009,Ch ina ; Zhen gzhouUn iversity ,Zhe ngzhou 450001,Chi naAbstract :ln this paper , we in troduce a CNC machi ning tech 2 nique of letteri ng on taper 2surface throught ado pting the three 2axis CNC and mult iple axis in dex ing mecha n

24、ism and so on .It solves the p roblem that some similar works depend on mult iple 2axis CNC in actual manu facture.K ey w ords :ta per 2surface , letteri ng , CNC machi ning , sin gle blade milli ng cutterThe Magn etorheological Fixture Apply to the P rocess of the Thi n 2w all P artXIAO L u 1, WAN

25、G Fan 1, L IU Y ing 2, FAN G Zhiga ng 2 (11She nyang Ligo ngUn iversity , She nyang 110168, Chi na ; 21Tuha Petroleum R & DCe nter , Tulufan 838202,Chi na Abstract :Mag netorheological fluids (MRF is a new type of in tellige nee material. MRF can tran sformed from fluid to solid and solid back t

26、o fluid rap idly , and it is used in in dustry widely .In this paper , the prop erties of MRF is discussed.Magn etorheological fixture , one of the flexible fixture , could apply to the p rocess of the thin 2wall part.K ey w ords :mag netorheological fluids , fixture , thi n 2wall part P rese nt Sit

27、uati on and Devel opment of R esearch on In dividual H ydraulic PropZHAN G Lili 1,2, ZHAO Bo 1(11School of Mecha ni cal a nd Power Engineering ,Henan Plovtech nic Un iversity , Jiaozuo 454003, Chi na ; 21Jiaozuo Dongfeng MiningMachi nery (Group Co. ,Ltd. , Jiaozuo 454351,Ch inaAbstract :ln this pape

28、r , the p rese nt situati on and devel op 2 ment of research are summarized briefly f rom the manufac 2 turi ng and app licati on on in dividual hydraulic prop. Intro 2 duced type of in dividual hydraulic prop. P rogress and status of work ing substa nee , service test , seal , mitigate corrosi on ,

29、 maintenance and overhaul , ect. on in dividual hydraulic prop are described chiefly.K ey w ords :in dividual hydraulic prop , manu facturi ng , appli 2 cati onThe Cutti ng Exp erime nt R Weak Rigidity Work 2p iece Super Alumi num Alloy L ,Bin , YU Siyua n , Tianjin Un iversity ,:Through the p recis

30、e cutt ing exp erime nts of the su 2 per high stre ngth and weak rigidity alumi num alloy work 2 p iece , the exp erime nt data of the cutt ing forces are obta ined and the cutt ing forces models are built. Based on the fin ite eleme nt an alysis , the exte nt of the cutti ng deformati on is es 2 timated. The calculated deformatio n is almost equal to the real situati on by measureme nt. Comb ined with the fin ite ele 2 ment model and cutti ng force model , the cutt ing p arameters can be op timized and new cla mping method of work 2p iece is ado pted. The exp erime nt dem on strates th