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摘要：根据以前液压支架结构件铰接孔的维修经验及维修过程中遇到的问题，总结出液压支架结构件铰接孔维修的常用工艺方法，结合ZF8000/24/34液压支架的维修工作对几种维修方法进行对比分析，为以后的维修工作做指导。
关键词：液压支架；结构件；铰接孔；修复工艺
引言
随着煤炭企业不断发展壮大，综采工作面和综放工作面不断得到普及和推广，液压支架的使用也成了现代化矿井的必备设备之一，由于液压支架是井下工作面主要支护设备，它受力大，而且肩负着推拉前后刮板运输机和采煤机组的重任，因此结构件受力损坏现象极为普遍。特别是使用过几个工作面之后，大部分支架结构件铰接孔会出现拉裂、变形和孔径变大的问题。
1 概述
公司维修的ZF8000/24/34型四柱支撑掩护式放顶煤液压支架于2006年购入，同年7月安装于首采工作面，先后使用过四个综放工作面，总回采长度达7500米，总过煤量约1350万吨。由于使用年限较长，该套支架回撤入厂后，经过检验确认损伤严重。中间架前梁、端头架超前架端顶梁、底座连接销轴孔均变形严重，销轴与销轴孔间隙大多在5-6mm左右；部分超前架和端头架顶梁和底座主筋板断裂、开焊。
根据煤矿机电设备检修技术规范要求：“底座，顶梁，四连杆间铰接销轴与孔配合后的最大间隙应小于1.5mm；支架高度大于4.5m的液压支架，四连杆个铰接点配合间隙不大于1.0mm，各构件总横向间隙不大于10mm。”但由于该套支架结构件损伤严重，结合检测结果，中间架前梁、端头架和超前架顶梁和底座孔全部需要修复。
2 液压支架结构件铰接孔变形磨损原因
液压支架的结构件铰接孔变形、磨损主要是因为液压支架接构件中受力状况比较复杂。主要承受底板来压、支架自重、通过连杆和立柱传递的顶板来压。另外,还要承受拉架和移溜时互为支点的相互作用力以及底板支撑面不平所带来的附加作用力。复杂的受力情况致使支架容易出现断裂、变形和开焊。具体原因主要有以下几方面：
1、该套支架使用年限较长，加上结构件铰接孔部位活动频率高，自然磨损导致孔径变大
2、液压支架结构件主筋板设计强度小于实际使用中的受力强度，导致主筋板变形、撕裂。
3、井下倾角大，销轴和孔受力不均，造成不均匀磨损，孔径变形、椭圆。
3 液压支架结构件铰接孔修复工艺介绍
液压支架铰接孔常用维修方案主要有以下三种：
3.1更换局部主筋板
(1)确定气割位置在原有主筋板上把已破坏部分去掉,确定好适当的气割位置。修复焊缝位置不能在盖板或圆弧板与主筋板相接处,以免焊缝聚集产生应力集中现象,应距离交接点40～80mm处把主筋板断开。另外,要割掉盖板或弧板,以备重新使用.断裂的竖筋去掉后不再使用,可重新加工。
(2)确定主筋修补件的尺寸
主筋修补件尺寸可在气割后确定,其镗孔尺寸、形状、位置精度都要保证与设计图纸相符。销轴孔加工技术要求不高,可通过一般的工艺手段获得。
(3)修复阶段
将主筋板切断处外侧和主筋修补件单面开30°～45°斜面坡口,不要打透,为保证底座左右两联接孔的同轴度,用工艺销子穿过主筋修补件的销轴孔,校正水平及中心距后进行焊接。由于是在开坡口的基础上焊接,为预热状态,故只需在焊后用手锤敲打消除内应力;其次是焊接辅助筋板和弧板或盖板焊接的顺序是先打底焊,再交替焊够高度,以减小焊件变形。
3.2 扩孔镶套
将结构件上镗床找正，将超差的孔扩镗至A+20mm，找合适的材料加工套，套的内径尺寸为铰接孔的设计尺寸，壁厚10mm，再把套镶焊到已镗好的超差孔上。
3.3 补焊镗孔
在超差孔的内表面堆焊金属，再在镗床上镗孔到孔径设计尺寸。
4 ZF8000/24/34液压支架结构件铰接孔维修
4.1 维修方案确定
根据以往液压支架结构件维修的经验，对磨损、变形严重的孔采用补焊镗孔的修复方法，对主筋板断裂、开焊严重的，采取更换局部主筋板的维修方法，对于同一结构件上既有孔磨损又有对主筋板断裂、开焊的，采用补焊镗孔与更换局部主筋板相结合的维修方法。
4.2 ZF8000/24/34液压支架铰接孔维修工艺过程
4.2.1 补焊镗孔维修工艺过程
①、清理
用角磨机清理被补焊孔处油污、氧化层及杂物。
②、预热
焊前将补焊部位（周边80范围内）局部预热150～200℃待补焊。
③、补焊
选用ER50-6 φ1.2焊丝分别补焊孔ΦA至 Φ(A-10)，(A表示镗孔后需要达到的标准尺寸)。
④、除渣
清除焊渣等杂质
⑤、检验
焊接冷却后检验焊缝是否有裂纹及其它焊接缺陷。检验合格后转机加车间镗孔。
⑥、镗孔
将工件固定在落地镗床上加工孔至ΦA尺寸，注意保证尺寸精度及位置度要求。
4.2.2 更换局部主筋板的维修工艺
①、准备工作：清理破损处周边的杂质
②、气割割板：在原有主筋板上把已破坏部分去掉,确定好适当的气割位置。修复焊缝位置不能在盖板或圆弧板与主筋板相接处,以免焊缝聚集产生应力集中现象,应距离交接点40～80mm处把主筋板断开。将变形侧板和筋板用气割从划线处割除，割除耳座一侧顶板，方便后续焊接。
③、下料：数控火焰切割机下主筋修补料，其尺寸在气割后确定,其镗孔尺寸、形状、位置精度都要保证与设计图纸相符。
④、打坡口：用气割分别将下好料的板和顶梁筋板打45°V型坡口。
⑤、除锈：焊接前使用角磨机将焊道及两侧20mm内的铁锈、挂渣、油污等杂质清除干净，检查坡口大小，深浅是否均匀。
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⑥、焊接：焊前将销轴穿过耳座中心孔，校正水平及中心距后才可进行焊接。焊接前预热150℃-200℃，焊接时现将侧板同顶梁筋板焊接，再将中板同侧板焊接；焊接时先纵向焊缝，后横向焊缝；先里后外，对称交错施焊，可控制结构件焊接变形。
角焊缝采用多层多道焊的焊接方法。焊接时必须打底层2-3mm，然后根据焊脚大小分1-4层焊接成型。由于是在开坡口的基础上焊接，为预热状态，在炽热状态下用手锤敲打，可减少焊缝的收缩量，减小内应力。
4.2.3 补焊镗孔与局部更换主筋板相结合的维修工艺
①、准备工作：清理破损处周边的杂质
②、气割割板：在原有主筋板上把已破坏部分去掉,确定好适当的气割位置。修复焊缝位置不能在盖板或圆弧板与主筋板相接处,以免焊缝聚集产生应力集中现象,应距离交接点40～80mm处把主筋板断开。将变形侧板和筋板用气割从划线处割除，割除耳座一侧顶板，方便后续焊接。
③、下料：数控火焰切割机下主筋修补料，其尺寸在气割后确定,其镗孔尺寸、形状、位置精度都要保证与设计图纸相符。注意孔预留最后镗孔余量单边5mm
④、打坡口：用气割分别将下好料的板和顶梁筋板打45°V型坡口。
⑤、除锈：焊接前使用角磨机将焊道及两侧20mm内的铁锈、挂渣、油污等杂质清除干净，检查坡口大小，深浅是否均匀。
⑥、焊接：焊前将销轴穿过耳座中心孔，校正水平及中心距后将主筋板与结构件进行焊接。
焊接前预热150℃-200℃，焊接时现将侧板同顶梁筋板焊接，再将中板同侧板焊接；焊接时先纵向焊缝，后横向焊缝；先里后外，对称交错施焊，可控制结构件焊接变形。
角焊缝采用多层多道焊的焊接方法。焊接时必须打底层2-3mm，然后根据焊脚大小分1-4层焊接成型。由于是在开坡口的基础上焊接，为预热状态，在炽热状态下用手锤敲打，可减少焊缝的收缩量，减小内应力。
在顶梁或底座适当位置上焊接一块板，作为定位板
⑦、补焊：补焊磨损的孔ΦA至 Φ(A-10)，(A表示镗孔后需要达到的标准尺寸)
⑧、镗孔
将工件固定在落地镗床上找正，在定位板上铣出精加工基准，加工一侧铰接孔至ΦA尺寸，结构件旋转180度再次装夹找正，以前边镗孔时铣的精基准为基准找正，镗另一侧铰接孔至ΦA尺寸。注意保证尺寸精度及位置度要求。
4.3 本次维修难点及维修过程中遇到的问题及解决方案
1）、结构件变形严重，在原有的基础上寻求精确定位的难度很大
选取相对变形较小的结构件一起未变形的部位做为基准，测量原孔的位置 ，为防止出现大的误差，同种结构件可以多选几件分别测量，并将数据进行比较分析，去接近的数据做为最终结果。
2）、同一轴线上几个铰接孔同轴度要求较严，但结构件外形尺寸都较大，镗刀刀杆有限，无法一次完成同一个轴线上孔的镗削加工，且结构件上均为粗基准，因此同轴度很难保证
（1）为了更好的完成中间架前梁修复工作，根据实际情况我们结合车间设备现状设计了专用的镗孔模工装，从而保证了同一轴线上几个铰接孔同轴度要求。
（2）端头架顶梁和底座
在顶梁或底座适当位置上焊接一块板，作为定位板，将工件固定在落地镗床上找正，在定位板上铣出精加工基准，加工一侧铰接孔至ΦA尺寸，结构件旋转180度再次装夹找正，以前边镗孔时铣的精基准为基准，镗另一侧铰接孔至ΦA尺寸
3）、结构件外形尺寸都较大孔轴线均与水平面平行且前梁孔径较小，补焊过程不好施焊
补焊再加工在维修方面比较常用，但由于不好施焊，小直径内孔面堆焊一直应用较少。下面我根据维修实际总结出液压支架铰接孔内表面堆焊工艺要点：用桁车将结构件吊起，使孔壁与地面垂直，处于横焊位置补焊，补焊过程中可以用桁车翻转工件，配合调整焊工补焊方位。
4）、结构件铰接孔磨损、变形不规则，补焊区域不好确定，容易出现焊后镗孔时，镗不起来的现象。
本次维修中就出现过孔镗不起来的情况，根据这种情况我们制定了改进方案：在补焊时穿工艺轴，用石笔标记处变形孔的主要变形区域，对孔进行针对性的补焊，避免补焊不到位的情况出现。
5 液压支架结构件铰接孔维修方案对比分析
5.1 更换主肋板
此方案需将磨损的主筋板一端用气割割掉，配合加工一段主筋板焊接恢复结构件。由于结构原因，气割操作不方便、效率低，肋板结构件位于箱式结极中，连带较多，割除一件需割开一片，焊接恢复量大。不仅工作量大，费用高，对原结构损伤也大，还可能出现由于修复焊接质量而引起的结构件局部强度降低。因此在铰接孔的修复中，只适用于孔拉断，筋板撕裂，是一种尽可能少采用的方案，但对于孔拉断和筋板撕裂也只能采用此种方法，所以此方案在液压支架铰接孔维修中比较常用。
5.2 扩孔镶套
此方案需新制镶套配件，费用较高，同时还需上镗床扩孔，将镶套与基孔焊接工作量也较大，且存在以下问 题: (1) 镶套与基孔焊接薄弱易松脱。套与基孔间的圆周焊缝 焊接中存在约束应力，再加上销轴的旋动作用，焊缝易开裂。(2)。此方案很好地满足了孔径修复要求， 保证了销轴配合间 隙，但铰接孔扩镗后更易变形拉裂，且镶套松脱和 铰接孔耳板受力恶化、更易变形的问题无法克服，导致下次修复困难更大，故在维修中较少采用。
5.3 堆焊补孔
此方案修复铰接孔对原结构无损伤，亦不用新制配件，且在增大或恢复焊件尺寸的同时使焊件表面获得新的耐磨、耐腐蚀的性能，从综合经济性和修复质量等方面都较为合理。但由于以往小孔内表面手工堆焊，对焊工操作技术有一定的要求，且效率较低，只在机电设备修理中运用，大规模补孔堆焊生产，焊工积极性不高，不易开展。只要在补孔工艺上下功夫，取得突破，降低操作难度，提高生产效率，此方案还是可行的。
6 液压支架结构件铰接孔维修发展方向
通过本次维修以及我们对这几种维修方案的对比分析，我觉得我们在以后的工作中应该从以下几个方面考虑改进，以便于我们做好以后的维修工作：
1、应用耐磨焊丝提高堆焊层的耐磨性，使大修后的结构件铰接孔内表面得到强化、性能优于原设计标准，进一步提高维修质量。
2、研究新的小孔内壁补焊工艺，降低小孔内表面堆焊难度，提高大规模内孔堆焊修复效率。
3、在补焊阶段，也可研究使用较为先进的自动化焊机进行孔的满焊作业，以进一步降低焊接过程的应力集中现象，进而提高孔的焊接质量，为下一步工序的开展奠定基础。
4、在提高补焊孔内表面补焊质量的同时，研究设计镗孔工装或购置双面镗孔设备，有效的提高镗孔修复效率
参考文献：
[1]中华人民共和国煤炭行业标准 煤矿机电设备检修技术规范 北京 煤炭工业出版社，2011
[2]仝钢. 液压支架结构件铰接孔的修复工艺探讨. 矿山机械 ，第34卷2006 第05期
论文作者:贾红娟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/1
标签：支架论文; 结构件论文; 液压论文; 顶梁论文; 尺寸论文; 位置论文; 磨损论文; 《基层建设》2017年第33期论文;