单体液压支柱镀层损伤的分析与研究.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l N o ． 4 ． 2 0 1 0 单体液压支柱镀层损伤的分析与研究 席党生 重庆天府矿业有限责任公司机电设备分公司，重庆4 0 1 5 3 5 摘要本文简述了单体液压支柱零配件镀层的现状，分析了镀层损伤对支柱密封性能的影响，提出了防止镀层损伤的措施和修 复损伤的工艺。 关键词支柱；镀层；损伤；密封性能 中图分类号T H1 3 7 ． 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 4 0 0 0 7 0 3 An a l y s i s a n d Re s e a r c h o n Co a t i n g Da ma g e o f S i n g l e Hy d r a u l i c Pi l l a r X／Da n gs h e n g T i a n f u M i n i n g C o m p a n y e l e c t r i c a l a n d m e c h a n i c a l e q u i p m e n t d i V i s i o n ，C h o n g q i n g ， 4 0 1 5 3 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e o u t l i n e d p r e s e n t s i t u a t i o n o f a s i n g l e h y d r a u l i c p i l l a r s p a r e p a r t s c o a t i n g ．An d a n a l y s e d t h e i n fl u e n c e t h a t t h e c o a t i n g d a m a g e t o t h e p i l l a r s e a l i n g p r o p e rt y ．T h i s a r t i c l e h a s p r o p o s e d t h e me a s u e r w h i c h p r e v e n t s t h e c o a t i n g n n d t h e c r a ft w h i c h r e p a i d a ma g e ． Ke y W o r d s p i l l a r ；c o a t i n g ；d a ma g e ； s e a l i n g p r o p e y 0 单体液压支柱镀层现状 凡符合 M T 1 1 2 9 3出厂的单体液压支柱，其许多 零配件都需要经过涂镀， 并在满足 M T 3 1 3 9 2 规定后 才能进行组装。 单体液压支柱涉及密封的零配件都需要涂镀 ，在 D Z型单体液压支柱中有液压缸内壁 、活柱外表面、 4 , 8 0孔、活柱头、活塞等；在 D WX型悬浮式支柱中 有 活柱外表面、液压缸两端外配合面、手把体配合 面、 2 孔等；在三用阀中有左右阀筒、注液阀体、 安全阀座、阀套等。 一 根合格的单体液压支柱有数个零配件与密封有 关 ，只要其中一个零配件的镀层损伤 ，高压区的密封 系统便被破坏，从而导致单体液压支柱密封失效。在 使用过程中，这些零配件镀层损伤的情况极为严重。 单体液压支柱密封实效，缩短了在矿井的使用时间， 增大了返修量，更重要的是严重影响到矿井支护的安 全。深入探讨镀层损伤对单体液压支柱密封性能的影 响有着重要意义。 1 镀层损伤和锈蚀的原因分析 1 ． 1 镀层损伤 1 镀层机械损伤。单体液压支柱在运输过程中 的碰撞与摩擦； 在修理过程中镀层被擦伤、碰伤；支 护和回柱时产生的碰撞与摩擦；工作面放炮时未对单 体液压支柱， 尤其是活柱增设保护装置，使面向煤壁 收稿日 期 2 0 0 9 - 0 9 - 2 6 作者简介 席党生 1 9 8 8 一 ， 男， 毕业于华中科技大学， 高级工程师， 主要 研究矿井液压支护。 的半圆面被矸石或煤块击伤。 2 镀层腐蚀损伤。 单体液压支柱的活柱在高硫矿 井中支护，二氧 化硫 S 0 、氧 0 、一 氧化碳 c o 、二氧化碳 C O 2 、硫化氢 H S 、二氧化氮 N O 等具有腐蚀性的气体会使支柱造成腐蚀，尤其 是活柱。新单体液压支柱在井下使用往往不到一个周期 8 个月 ，活柱镀层表面局部就会出现腐蚀坑、 麻点、 大小不等的 “ 鼓泡”等现象，有的腐蚀坑、 麻点还会 蔓延成片。 镀铬层、 化学镀9 0 9 镀层会整块脱落， 镀锌 层或其他镀层则形成斑状锈块。D z型单体液压支柱的 活柱表面锈蚀， 虽不参与密封，但会对防尘有破坏作 用，浮锈和煤尘大量堆积在 Y型密封圈的低压侧 ，一 旦 Y型密封圈不堪重负，浮锈和煤尘卡人 Y型密封圈 的密封唇与液压缸密封面之间，支柱的密封系统即被破 坏。D W X型悬浮式单体液压支柱活柱表面则直接参与 密封，其镀层质量的要求是很高的。若出现锈蚀、麻 点、“ 鼓泡” 、撞击伤痕，这些凹凸不平处就会形成泄 漏间隙，活柱往复升、回柱时就会损坏密封圈，支护过 程中支柱发生泄漏， 造成密封系统失效。 1 ． 2 因镀层质量差而造成 “ 鼓泡”和锈蚀 为了满足环保的要求，许多支柱制造厂家将过去 采用的电镀改成了化学镀；有些制造商受利益驱使， 降低了 镀层厚度；有些镀层在涂镀时基体处理清洁度 不合格， 涂镀不牢固。镀层质量差是造成锈蚀和 “ 鼓 泡”的内在主要原因。 1 裂纹和针孔引起的 “ 鼓泡” 。镀层存在 肉眼 看不见的裂纹和针孔，这些裂纹和针孔在井下易被酸 阴离子溶液穿透，渗透到支柱零配件钢铁基体上，产 生电化学反应，生成 F e S 、 F e S O 等沉淀，这些 7 液压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 4期 生成物逐渐充填于腐蚀坑内，不断发展、增多和膨 胀。当胀力大于镀层与基体的结合力，则镀层隆起， 并逐渐增大，形成 “ 鼓泡” 。 2 渗透压造成的 “ 鼓泡”当镀层与基体结合不 牢时，柱体外弱酸水膜在渗透压或毛细管作用下就会 向基体内渗透。一旦弱酸液体渗入基体， 便会发生腐 蚀 “ 鼓泡” 。 3 氢 “ 鼓泡”镀铬 三用阀的许多配件必须镀 铬时， 有大量的氢离子在阴极与铬离子一同还原， 还原后的氢原子绝大部分变成氢分子逸出水面，但仍 有小部分氢原子存在于镀铬层表面，如果电镀时除氢 工艺除氢不彻底，这些氢原子将被表面镀铬层吸收或 扩散进入钢铁基体，这些氢原子在一定条件下，如振 动、撞击时，会在镀层下的某些局部集聚，变成 H ， 氢气使压力升高，最终造成 “ 鼓泡” 。 1 ． 3 镀层机械损伤造成的锈蚀和 “ 鼓泡” 机械损伤造成的伤痕、坑点，形成许多裸露的锈 蚀坑，在这些部位的附近 0 ． 3～1 5 ra m有许多 “ 鼓 泡”发生。这种现象可以用氧的浓差电池理论进行分 析，即裸露的锈蚀坑的氧气是充足的是阴极，在裸 露的锈蚀坑这些部位的附近由于渗透压的作用，液体 介质已经侵入基体，但这些未裸露的部位基本上是密 闭的，氧气很难到达部位是阳极，这样二者形成了氧 浓差腐蚀电池。阴极反应的结果使阳极腐蚀物增 多，体积膨胀，最后引起 “ 鼓泡” ，阴极原有裸露的 锈蚀坑面积越来越大，腐蚀的速度越快。因此 ，单体 液压支柱在运输磕碰、 修理擦伤、 碰伤、支护和回柱 时产生磕碰 、工作面放炮时被矸石或煤块击伤，是因 来 自外部损伤而造成支柱镀层的锈蚀和 “ 鼓泡” 。 1 ． 4 乳化液浓度对镀层锈蚀的影响 乳化液浓度对防锈性影响很大，防锈性的试验表 明将镀层已受机械损伤的零配件， 用浓度合格的乳 化液浸泡2 h ，零配件经风干后， 作清水点滴镀层伤口 腐蚀性试验 试验条件2 4 h ，0 2 5 c c ，试验结果 无锈蚀；作盐水浸泡试验 试验条件2 4 h ，6 0 q C ， 试验结果无锈蚀。支柱镀层发生机械损伤和腐蚀损 伤后，乳化液浓度过小会降低其本身抗硬水的能力、 稳定性、润滑性，特别容易加速锈蚀。因此，乳化液 浓度、水的硬度都要符合规定，方可延缓锈蚀。 2 防止镀层损伤的措施 2 ． 1 防止镀层机械损伤 1 装卸和运输。根据 M T 1 1 2 9 3 矿用单体液 压支柱规定，单体液压支柱平稳上下车，禁止倾 8 倒、 抛掷， 专用车辆运输；在工作面人工运送支柱轻 拿轻放，不允许放在皮带机 、刮扳机运送，在搬装与 运输过程中采用柔性物 垫木分隔，防止运输过程 中磕碰损伤支柱镀层。 2 防止修理损伤。修理时除严格执行 M T 5 4 9 1 9 9 6 单体液压支柱维修规程的规定外， 还需遵循 机械行列标准化的相关规定零配件必须定点存放； 存放零配件必须作防腐处理；对加工精度高、粗糟度 要求高、表面镀层质量完好的零配件必须分隔独立存 放，以防止机械磕碰损伤零配件镀层。 3 防止支护、回柱镀层损伤。单体液压支柱有 效行程达到安全回柱高度时应及时采取措施，防止压 成 “ 死柱” 。当单体液压支柱压成 “ 死柱”时，必须 先打临时支柱，然后采取挑顶或卧底的方法回撤，不 得采用炮崩或机械动力设备等强行回柱，防止支柱镀 层造成损坏。撤卸单体液压支柱时必须使用专用卸载 手把卸载回柱，严禁使用风镐钎子或其他工具替代， 防止对三用阀零配件镀层造成损坏。支柱活柱回缩不 到位，一般有商种情况， 第一种情况是 D z型支柱液 压缸、D WX支柱活柱局部受损 ；第二种情况是三用 阀排液系统堵塞。两种情况都不允许用锤子或机械动 力设备强行回缩，第一种情况升井后返回支柱修理厂 处理；第二种情况卸下三用阀便会 自动回缩 ，有效防 止活柱镀层损伤。 4 炮采工作面增设保护措施。炮采工作面使用 单体液压支柱，尤其是D WX型支柱，设置合理的炮 眼角度和深度是一个重要的防护措施之一。采煤工程 师在角度设置时要充分考虑炮崩时不正面冲击支柱的 活柱镀层；深度设置要充分考虑炮崩时的冲击力度， 以炮崩不损伤支柱镀层为前提。为了防止放炮时支柱 被矸石或煤块击伤，必须悬挂可靠的挡矸帘。当有悬 顶、冒落矸石块度较大或顶板破碎的工作面回柱时， 也必须悬挂可靠的挡矸帘，防止矸石砸坏支柱。 2 ． 2 防止镀层腐蚀损伤 I 加强新购支柱及零配件镀层质量检测。 1 镀层厚度①铜锡合金2 0～ 3 0 m与硬铬 3 0 4 O n 1 ；②铜锡合金 2 0～3 0 m与乳 白铬 3 0 5 O m； S L n铬2 0～ 3 0 m与硬铬3 0 ～ 4 0 m ； ④镀锌两种 厚度 71 5 m、1 5～ 2 5 m。 2 镀层硬度①铜锡合金与乳白铬 H V≥5 0 0 ； ②乳 白铬与硬铬 H V≥8 0 0 ；③铜锡合金与硬铬 HVi 8 0 0。 3 镀层外观质量 镀层结晶细致、均匀，不允许 有如下缺陷 ①表面粗糟、粒子、烧焦、 裂纹、起泡、 H y d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 4 ． 2 0 1 0 脱落； ②树枝结晶；③局部无镀层； ④密集麻点。 2 配制合格的乳化液。 单体液压支柱的工作液为2 ％～ 3 ％乳化油和9 7 ％ 一 9 8 ％的中性水配制的乳化液。水的硬度 P H值 6 ～ 9和无杂质 。采用 D z型单体液压支柱和 D W X型柱塞 悬浮式单体液压支柱都需使用合格的乳化液， D W X型 支柱所用的三用阀与 D z型支柱同样存在防腐要求。 1 配制乳化液的两种方法一种是乳化箱内设有 乳化器，通过乳化器 自动配液；另一种是用称量混合搅 拌法人工配液。自动配液效果好，不但容易调整配液浓 度，而且能使油、水混合均匀。人工配液是根据所要求 的乳化液配比，称量出所需的乳化油和配制该比例乳化 液所需的水，放在乳化箱内，由人工搅拌均匀 2 乳化液浓度检测 乳化液浓度的检测用袖珍折 光仪，测定时，将乳化液试样滴在测定镜上，测定镜 一 端对准光源，人的眼睛对准折光仪的目镜观察，调 整目镜焦距，刻度尺上暗色与亮色部分间的隔线的显 示值， 就是测定的乳化液浓度。乳化液浓度每班由乳 化泵司机随时检查，若达不到规定浓度，立即重新进 行乳化液的配制。乳化液配制用水由使用矿井每半年 检查一次，达不到规定必须进行软化处理，合格后方 可使用。 3 镀层损伤的修复工艺 3 ． 1 D Z型单体液压支柱修复工艺 D z型单体液压支柱液压缸内壁镀层锈蚀面积 2 3 m m 和深度在 0 ． 3 m m以上，活柱 8 0孑 L 表面镀层 的锈蚀面积2 ． 5～ 3 ra m ，深度均超过 0 ． 4 ra m以上，支 柱的密封性能实效。若将这类支柱报废，则将给企业造 成严重损失。镀层损伤的修复，采用了两项较为成熟的 新工艺液压缸镶套更新工艺；活柱粉末喷涂工艺。 液压缸、活柱 4 , 8 0孔镶套工艺 经镗孔、镶套、 旋挤压、切削等工序完成液压缸、活柱 4, 8 0孔镀层 修复。 活柱表面喷涂工艺 由于 D z型单体液压支柱的 活柱，它不参与支柱的密封。根据 F M一1和 F M一 2 的材质性能和特性 ，活柱经喷砂除绣 、升温、粉末喷 涂、保温、 冷却等工序完成活柱镀层修复。 3 ． 2 D W X型悬浮式支柱修复工艺 D WX型悬 浮式支柱该支柱相对 D z型支柱而 言，密封面多，且活柱表面是主要密封面。在兖矿集 团公司悬浮式液压支柱安全技术专家评议会上， 专家 指出 D W X型悬浮式液压支柱也存在不足，比如对 活柱表面的镀层质量要求高，若出现锈蚀或麻点，就 可能产生泄漏 ，需升井进行二次镀层处理。二次镀层 处理，活柱的机加工同心度很难掌握， 机加工产生的 偏心，二次镀层处理的镀层厚度不均匀， 偏薄的镀层 在矿井很快又被腐蚀和损伤，活柱密封性能显著降 低。活柱除腐蚀性损伤外，机械损伤更为严重，目前 尚无修复工艺。 经过分析和研究，D WX型悬浮式支柱活柱镀层 损伤后，修复方案有两种，一种是直接从制造商购置 新活柱进行更换 ，估计需 0 ． 5根支柱的价格 ，费用 高，可行性小；另一种是把它改制成 D z型支柱 ，本 研究中已制订可行的改制工艺方案 ，已有少部分改制 成品投入使用即利用 D WX型悬浮式 支柱的活柱 D z型支柱活柱不参与密封 ，液压缸同样可以采用 镶套更新工艺 该支柱液压缸 内径 4, | 0 0 ，只需镗孔 尺寸满足镶套尺寸 即可 ，增加活塞、柱头，解决 D WX型支柱活柱镀层腐蚀性损和机械损伤的修复。 4 结论 本文对单体液压支柱镀层损伤问题的分析和研 究．明确了单体液压支柱镀层损伤与密封系统失效的 关系， 提出了防止镀层损伤和延缓腐蚀的措施及修复 工艺。可以作为制造商、修理厂和使用矿井的设计、 制造、改进和使用的参考依据。 参考文献 [ 1 ] 国家安全生产监督局、 煤矿安全监察局． 煤矿安全规程 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 煤炭工业部物资供应局编著． 单体液压支柱[ M] ． 北京 煤 炭工业出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 3 ] 中华人民共和国劳动部、 煤炭工业部颁发． 液压支架 柱 修理工[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 4 ] 机械设计手册 联合编写组编． 液压传动和气动[ M] ． 北 京 化学工业出版社， 1 9 8 3 ． [ 5 ] 煤炭工业部颁发． 单体液压支柱维修规范[ M] ． 北京 煤炭 工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 6 ] 煤炭工业部颁发． 矿用单体液压支柱[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 7 ] 杨尔庄主编． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 8 ] 夏廷栋编著． 液压传动的密封与密封装置[ M] ． 北京； 中国 农业机械出版社 ， 1 9 8 2 ． [ 9 ] 邢福康等编著． 煤矿支护手册[ M] ． 北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 9 3 ． [ 1 0 ] 任秉钢主编． 综采生产管理手册[ M] ． 北京 煤炭工业出 版社， 1 9 9 3 ． 9