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液压支架液压缸活塞杆的车削返修技术探索
添加:2021-4-2 15:30:41    游览:1686    来源:网络

  摘要:液压支架是煤炭开采中的核心设备,其关键受力部件为液压缸的活塞杆,使用过程中会产生各种损伤,如果报废将产生巨大的经济损失,因此研究其损伤形成因式和修复方案,延长液压缸的服役年限,最大限度降低生产成本,也为煤矿机械的其他零部件修复提供经验。

  关键词:活塞杆;车削返修;以车代磨;液压缸;表面修复

  随着新技术在煤炭开采中应用,煤炭开采装备机械化水平迅速提高,液压支架是影响生产安全的综采工作面核心设备。综合机械化作业中,液压缸活塞杆承载了项板等各个作业空间的工作压力,综合机械设备中液压支架投资占比六成,液压支架的重要部分为油缸,油缸活塞杆材质大多为 45 号钢或合金钢,经过调质、车削、磨削、镀铬等多道处理工序,一般镀铬层厚度为 40 μm,镀层可提高活塞杆表面硬度,降低摩擦系数,提高其防锈能力,降低意外划伤的概率[1]。但在恶劣的开采环境中,液压杆活塞杆损伤比较普遍,因此研究液压支架活塞杆修复对降低综合机械化采煤成本具有重要意义。

  1、 活塞杆的缺陷类型及修复方法

  液压支架液压缸活塞杆外表面一般进行单层镀铬,常见的缺陷有:

  (1)活塞杆弯曲。活塞杆在长时期偏载作用下会出现扰度变形增加的现象,如果持续增加会出现异响、漏油等问题。

  (2)活塞杆拉伤活塞杆外表面镀层沿轴向存在长条形划痕,随着划痕加深开始出现漏油现象,拉伤起因可以归纳为磨粒磨损、固体污染物、杆体表面硬度低、接触应力过大。液压油存在金属颗粒进入活塞杆与密封之间时,引发活塞杆拉伤;

  (3)活塞杆异常磨损。当密封与活塞杆配合间隙过小,摩擦造成温升异常,或活塞杆热处理不当,杆体镀层不稳定;密封失效导致硬质材料进入缸体;活塞杆热处理不当,外圆硬度偏低;

  (4)活塞杆腐蚀。液压支架作业环境存在腐蚀性气体时,液压缸活塞杆表面破损处开始点蚀,严重是影响作业[2-3]

  针对这些缺陷传统的方法为更换活塞杆或者采取焊接返修后打磨,二次镀铬,但是更换活塞杆的成本较高,液压缸组装也需要专业人员进行操作,很难恢复到原厂要求,而打磨后镀铬存在局部圆度差的问题,一定程度上影响液压缸的密封性。

  2 、活塞杆车削返修方案制定

  活塞杆返修的核心是控制返修后的活塞杆圆度,但是传统的磨削方式效率偏低,对设备精度要求的较高,制造成本偏高,因此确定采用以车代磨的外圆加工修复方式。

  返修操作规程为:清洗活塞杆表面损伤部位,机械修整后刷镀涂层,车削成型后表面处理[4]。返修前准备好工装工具,车削去除表面凹坑,采取电净去除油等杂物,活化去氧化物后刷镀,镀层高于活塞杆表面,采用以车代磨方法进行造面修复,修复后净化、抛光处理。活塞杆存在轻微拉伤时,对表面镀层直接抛光去除缺陷即可 ;存在较深划痕时,对表面局部打磨电镀后打磨抛光;活塞杆基体存在损伤时,采用专用工装对活塞杆中心孔进行修复后,活塞杆定位如图 1 所示,车削活塞杆将镀层去除,使用激光熔覆技术或冷焊修复技术进行增材制造,修磨、抛光杆体,清洁后电镀抛光。

图 1 活塞杆定位工装

  3 、车削返修方案实施

  制定返修工艺流程:开工前准备——修复中心孔——车削——清洗——增材返修——二次车削——电镀——抛光——检验、交出。

  开工前先检测工装、量具是否齐全,检测机床状态是否良好,状态均良好后,将活塞杆调运装入专用工装,启动机床,以活塞杆外圆为基准,采用中心钻进行中心孔修复。在车床两端设置两个卡盘,中间设置中心顶尖,中心孔修复后将活塞缸吊入车床,用顶尖缓慢顶紧活塞杆,用百分表测量跳动值≤ 0.05 mm 后,夹紧工件,采用 PCBN 多晶立方氮化硼刀片进行硬态车削,硬态切削时,三个方向的切削抗力都变大,尤其是径向力 F1 对加工精度和粗糙度的影响最为明细,车削过程如图 2 所示,必须增加机床夹持系统刚性和扭矩。采用 PCBN 刀具系统时,由于刀杆刚度和截面成正比,尽量采取大截面刀具,并尽量减少悬伸长度,防止刀杆颤振,以缓解切削过程的载荷冲击。 PCBN刀片硬度高但韧性差,为增加对切削刃的保护,采用 0~-10°的负前角和小后角及负倒棱,主轴转速设置在 145 r/min,切削线速度 45 mm/min,将活塞杆表面的缺陷去除,并在倒棱处圆滑过度,采用高压风枪去除金属表面的铁屑等杂物,吊出车床,进行洁净处理,清理后进行采用增材修复,填平车削去除区域,填充后人工修磨表面至圆滑,对表面磁粉和超声检测,确保增材与母体的融合度,并确保无表面缺陷。二次车削将修复面车至平滑,车削过程不断用外径千分尺检测,并修正切削深度和其他切削参数,保证车削修复表面直径和镀层表面差距在 0.05~0.1 mm 之间。加工后电镀,并完成抛光,保证修复区和原活塞杆表面。

  4、 活塞杆车削修复效果验证

  采用车削修复方案对活塞杆修复取得成果可以分为几个方面:

图 2 车削过程简图

  (1)采用硬态干式切削方法不需要使用切削液,也就没有废液产生,满足的制造过程的环保要求,绿色制造的实现具有重要的意义。

  (2)采用以车代磨的方案,车床加工效率是磨床3 倍,可以减少设备的使用,且车削成本仅为磨床的一半,维护成本不足磨床的 1/3,目前车削返修一根活塞杆的费用仅为 120 元,对企业的低成本运行有很大好处。

  (3)可以减少工装费用,车刀寿命高,易更换,可有效避免磨床砂轮购置成本高,生产过程维护更换周期长等问题。

  (4)减少操作者数量,随着车削效率提高,操作者数量可减少为原始的 1/2,降低了人力成本。

  5 、结语

  综上所述,针对液压支架液压缸活塞杆在服役过程中易出现损伤的问题,研究了以车代磨的修复方案,采用多晶立方氮化硼刀片进行干式切削,满足了环保要求,并提高了生产效率,降低了企业运营成本和用工数量,为煤矿机械的维修再利用具有很好的借鉴意义。

  参考文献 :

  [1] 郭彬,吴吉莉. 冷焊与定角研磨在液压支架油缸活塞杆修复中的应用 [J]. 包头职业技术学院学报,2019,20(02):8-9.

  [2] 崔重,丁辉,杜汉文,等. 电刷镀技术在活塞杆修复中的研究及应用 [J]. 设备管理与维修,2018(09):42-43.

  [3] 陈登民,李永奇. 工程机械液压缸活塞杆拉伤故障分析及修复方法 [J]. 液压气动与密封,2020(07):91-92.

  [4] 高波,徐国成,金少平. 船用柴油机活塞杆精加工车削工艺的创新 [C]. 中国大连国际海事论坛,2008

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