液压支架立柱涨缸问题的深度剖析.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． O 8 ． 2 01 5 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 2 1 液压支架立柱涨缸问题的深度剖析 王建国， 蔺 涛， 郑海燕 山西平阳重工机械有限责任公司， 山西 侯马 0 4 3 0 0 3 摘要 该文针对液压支架立柱在煤矿井下使用 时， 经常出现的涨缸损坏现象 ， 通过分析计算 ， 重点阐述了引起立柱涨缸损坏的主要 原因， 并提出有效解决措施。该论文技术涉及支架液压控制系统设计 ， 特别是液控单向阀、 换向阀、 立柱的设计与制造技术关键 ， 具有 一 定的设计参考价值 。 关键词 液压支架； 立柱； 涨缸； 压力冲击 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 5 0 8 - 0 0 5 9 - 0 4 De p t h An a l y s i s o f Hy d r a u l i c S u p p o r t Le g s C y l i n d e r E x p a n s i o n F a u l t W ANG J i a n - g u o ， L I N T a o , Z HE NG Ha i - y a n S h a n x i P i n g y a n g I n d u s t r y Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， Ho u ma 0 4 3 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n v i e w o f t h e h y d r a u l i c s u p p o r t c o l u mn u s e d i n t h e c o a l mi n e ， o f t e n a p p e a r e x p a n s i o n o f l e g s c y l i n d e r d a ma g e p h e - n o me n o n ， t h r o u g h t h e a n a l y s i s an d c a l c u l a t i o n ， e x p o u n d s t h e c a u s e c o l u mn l e g s c y l i n d e r o f t h e ma i n c a u s e s o f d a ma g e ， an d p u t f o r wa r d e f - f e c t i v e s o l u t i o n s ． Th e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m a n d d e s i g n o f the p a p e r t e c h n o l o g y i n v o l v e d ，e s p e c i a l l y the d e s i gn o f the h y dra u l i c c o n tro l l e d c h e c k v a l v e ， r e v e r s i n g v a l v e ， l e g s c y l i n d e r , an d the k e y t e c hn o l o g y o f ma n u f a c t u r i n g ， h a s a c e rta i n r e f e r e n c e v a l u e f o r d e s i gn ． Ke y wo r d s h y dra u l i c s u p p o r t ； l e g s c y l i n d e r ； e x p an s i o n f a u l t ； p r e s s u r e s h o c k U 日 IJ百 随着我 国高端液压支架 的迅猛发展 ， 液压支架液 压系统及其关键液压元件的设计技术也在不断提高。 近期， 公司一型高端放顶煤液压支架， 立柱为单伸缩结 构， 缸径 b 3 2 0 m m， 杆径 b 2 9 0 m m。在矿上使用过程中有 近 1 ／ 3 的立柱发生了不 同程度的涨缸损坏 ， 该立柱重达 1 ．2 t ， 在井下更换非常困难 ， 严重影响了井下采煤。为 了分析涨缸损坏原 因 ， 把损坏 的立柱运 回公 司进行拆 检， 拆检情况如下 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 1 7 作者简介 王建国 1 9 7 9 一 ， 男 ， 山西侯马人 ， 工程师， 本科 ， 主要从事煤 机产品的设计研发工作。 1 涨缸损坏部位均发生在立柱上腔附近 ； 2 打开换向阀， 发现换 向阀回液密封处 的螺钉松 动， 且密封损坏； 3 打开液控单向阀发现顶杆弯曲变形， 且发现阀 腔内有大量密封件损坏杂质。 1 原因分析 根据立柱现场拆解情况， 通过分析立柱工作原理 认为立柱涨缸的原因， 一是系统中换 向阀、 液控单 向 阀、 安全阀失效； 二是缸筒强度的影响； 三是系统本身 缺陷。 1 ． 1立柱子系统工作原理 如图 1 、 图2 所示 支架两个立柱的动作 由一片控 3 小 结 经上所述， 其实这次故障就是因为结晶器夹紧系 统出现故障导致调宽系统无法动作 ， 通过细致分析及 时处理， 保证了连铸生产的稳定运行。通过此例故障， 我们认识到 引起液压系统同一故障的原因可能有多 个 ， 而且这些原因常常是交织在一起互相影响的， 在分 析液压故障时必须弄清楚整个液压系统的传动原理、 结构特点 ， 然后根据故障现象进行分析、 判断， 逐步深 人 ， 最后准确地确定故障部位和原因并采取有效的 对策。 参考文献 [ 1 】 朱学唬 雠铸机结晶器液压系统优化[ J ] ．冶金设备2 0 l 1 ， 1 ． [ 2 ] 向忠辉． 连铸机结晶器振动液压系统优化设计[ J 1 ． 液压气动 与密封， 2 0 1 2 ， 1 1 ． [ 3 】 胡增荣． 液压系统故障分析与处理[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 1 ， 8 ． 【 4 】 张治国． 结晶器液压调宽技术在板坯连铸机中的应用[ J ] ． 冶 金设备， 2 0 0 9 ， 5 ． [ 5 】 宋东飞． 板坯连铸机结晶器调宽控制系统【 J 】 ． 冶金 自动化， 2 0 0 5 ， 4 ． 【 6 】 雷天觉． 新编液压工程手册【 M】 ． 北京 北京理工大学 出版 社 ， 1 9 9 8 ． Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ．． ． ．．0．．．．8 ． 2 015 卸 - K _ 2 7 1 ～ 5 4 2 M P a 可见， 立柱如果强行升柱压缩5 0 0 m m， 其活塞杆腔 密封液体体积变化会产生很高的压力突变 ， 此时因上 腔没有安全阀而无法泄压 ， 该压力如果超过缸筒材料 的许用应力时就会产生涨缸； 而当立柱降柱时， 若下腔 完全堵死 ， 活塞腔密封液体体积变化也会产生很高的 压力突变 ， 但一般立柱下腔设有安全阀起到保护作用， 因此下腔因压力突增引起涨缸的几率很小， 这也就是 立柱涨缸全部发生在上腔部位的主要原因。 3 液控单向阀出现故障 液控单向阀是立柱接顶后实现锁紧下腔的控制 阀， 如果该阀的密封副损坏， 导致顶杆弯曲或液控口堵 死， 使得降柱时， 液控单向阀反向打不开， 而当安全阀 也响应滞后时， 就会造成立柱上腔压力瞬间增高 ， 当压 力超过缸筒的许用应力就会使立柱上腔涨缸 ， 如果是 双伸缩立柱 ， 中缸体也会出现涨缸现象。 4 安全阀出现故障 安全阀是立柱为抵抗顶板突然来压时， 进行泄压 的压力 阀。如果该 阀出现故 障 如 阀芯打不开、 流量不 匹配 、 响应 速度慢 等 ， 均会造成立柱 泄压不 畅 ， 严重 时 会造成立柱涨缸。 综上所述 ， 由于换向阀回液不畅或完全堵死， 液控 单向阀损坏， 使得立柱上腔压力产生突变， 均会导致立柱 上腔产生瞬间高压 ， 最终导致立柱涨缸现象的发生 。 1 ． 3 缸筒强度 的影响 立柱缸体强度计算 已知缸筒内径 D 3 2 0 r n In ， 壁厚 2 8 ．5 m m ， 则6 。／ D 0 ．0 9 ， 而8 ／ 1 0 ．0 8 0 ． 3 时， 强度计算可采用中等壁厚 公式计算 面 m 5 式 中 ’_缸筒 内径f m ； P 最高允许压力 M P a ， p 1 ．2 5 p ； p 一油缸额定工作压力； 卜缸筒壁厚 m ； [ ] 缸筒材料 的许用应力 MP a 。 缸筒 材料采用 2 7 S i M n 无 缝钢 管 ， 抗拉 强度为 9 8 0 MP a ， 屈服强度 1 7 “ 8 3 5 MP a 。 『 1 6 n 式中 缸筒材料的许用应力MP a ； 缸筒材料 的屈服强度 MP a ； n 安全系数 ， 一般取 2 ． 53 。 将 D 0 ． 2 3 m ， p m 1 ． 2 5 x 4 0 ． 4 5 0 ． 5 MP a ， n 3代 人 公式 5 、 6 中可得 8 2 4 mm 。 立柱缸筒壁厚艿 。 2 8 ． 5 mm1 2 4 mm 。 根据以上计算结果 ， 立柱缸筒强度满足设计要求， 但立柱在制造过程中， 缸筒材料热处理时， 因各加工企 业热处理工艺技术水平参差不齐 ， 缸壁心部的淬透能 力不一， 致使缸筒局部不能保证强度要求， 从而影响了 立柱的正常使用。 2 解决措施 通过分析计算认为， 立柱涨缸的主要原因是由于 系统中一些控制阀的失效而造成立柱液流不畅或堵 死， 使立柱上腔部位产生瞬间压力冲击所造成的， 因此 提出以下解决措施 I 提高换向阀、 液控单向阀、 安全阀的整体质量， 特别是密封副 的结构优化设计和加工质量 。 2 2 1 强立柱缸筒在加工过程中的工艺规范， 提高 缸筒材料的心部淬透能力， 保证缸筒强度。 3 优化立柱控制系统， 如图4 所示 ， 在立柱下腔增 加双交替阀， 使下腔回液不通过换向阀， 直接通过交替 阀进行回液 ， 这样一是可 以有效减小 回液背压 ； 二是可 以保证当控制阀发生故障时下腔能正常回液， 这是支 架大流量控制系统的设计关键。 4 如图4 所示 ， 在立柱上腔增加安全 阀。当顶板 突然来压 ， 立柱下腔控制阀响应滞后 ， 以保护立柱上 腔。特别是对大流量快速移架系统和顶板不稳定的工 作环境， 此举可以提高立柱的抗冲击性能， 是解决立柱 上腔因压力冲击而造成涨缸损坏的有效途径。 通过 以上措施 的实施 ， 彻底解决 了立柱涨缸 问题 ， 矿方反映效果很好 。 3 结论 综上所述 ， 通过深度剖析和计算可知 ， 由于各种故 障如 换向阀、 液控单向阀、 安全阀等损坏和立柱加工 质量问题等， 造成立柱上、 下腔液体回液不畅， 甚至堵 死， 使立柱上 、 下腔瞬间压力骤升， 若该瞬间压力超过 缸筒材料的许用应力， 就会造成立柱涨缸。因此 ， 在今 后液压支架大流量控制系统、 大缸径立柱、 控制阀等的 设计与制造过程中， 一定要注意这些技术关键 ， 以避免 此类问题的再次发生， 保证井下采煤的正常进行。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉． 新编液压工程手册【 M] ． 北京 北京理工大学出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 林建亚， 何存兴． 液压元件[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 8 ． 6 1 液 压 气 动 与 霜p 1“ ／ 20 1 5年 第 0 8期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 2 2 连铸机结晶器倒锥度液压故障分析与处理 方 涛 ， 苗 凯， 范 牧 武钢股份设备维修总厂， 湖北 武汉4 3 0 0 8 3 摘要 根据连铸机结晶器调宽液压系统的工作原理 ， 对结晶器液压系统出现的一例典型故障进行了分析与处理。 关键词 结晶器； 液压系统； 倒锥度； 故障； 处理 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 一 O 8 l 3 2 0 l 5 O 8 0 0 6 2 0 3 F a u l t An a l y s i s a n d Ha n d l i n g o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r Co n t i n u o u s Ca s t e r M o l d T a p e r F ANG T a o， M Z A0 Ka i ， FA N M u Ge n e r a l E q u i p me n t Ma i n t e n a n c e a n d R e p a i r P l a n t o f Wl S C O， a n 4 3 0 0 8 3 ， C h i n a Abs t r a c t Ba s e d o n t h e h y d r a u l i c s y s t e m ’ S o p e r a t i o n p r i n c i p l e o f the c o n t i n u o us c a s t i n g mo l d ， the f a i l u r e a n a l y s i s o f c o n t i n u o u s c a s t i n g mo l d i s p r e s e n t e d ， a n d t h e c o n t r o l me tho d s a n d me a s u r e s a r e r a i s e d ． Ke y wo r d s mo l d ； h y d r a u l i c s y s t e ms ； t a p e r ； f a i l ur e ； h a n d l i n g 0 引言 结晶器是连铸机中的铸坯成型设备， 其作用是将 连续不断地注入其 内腔的钢液通过水冷铜板强制冷 却 ， 导出钢液的热量， 使之逐渐凝固成为具有所要求的 断面形状和坯壳厚度的铸坯。现代结晶器普遍采用液 压调宽技术 ， 通过移动结晶器窄侧4 个调宽油缸行程大 小实现结 晶器断面尺寸的快速调整 ， 以满足不 同品种 钢生产的需要。 1 结晶器液压调宽原理简介 结晶器液压调宽装置 结构示意图见图1 主要用 于调整结晶器左右两侧窄面铜板的间距 ， 通过驱动结 晶器左右两个窄面铜板的左上、 左下、 右上、 右下四个 调宽油缸行程的变化实现结晶器上下 口尺寸和倒锥度 的调整 。 图1结晶器调宽结构示意图 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 - 0 4 作者简介 方涛 1 9 8 3 一 ， 男， 湖北蕲春人， 工程师 ， 本科 ， 主要研究方向 连铸机设备维护工作。 每台调宽油缸 由 1个切断阀和 1个 比例 阀控制 ， 油缸本体 自带位移传感器 ， 和比例阀一起组成位置控 制系统， 实现油缸位置的精确定位 实物图见图2 ， 液压 原理图见图3 。由于传感器或油缸位置的初始误差， 当更换结晶器或结晶器调宽电气系统重新加电后 ， 结 晶器调宽系统操作画面上显示 的结晶器窄面的位置和 倒锥度检测数值可能与实际值不一致， 为了消除检测 值和实际值之间的误差， 必须对结晶器窄面的宽度和 倒锥度进行校准， 否则系统校准故障不会消除， 结晶器 在线调宽程序也不会执行。 图2 结晶器调宽油缸阀块实物图 2 故障分析处理 1 故障现象 在一次对结晶器在维修区进行上机前的设备调试 时， 操作人员为了首先消除油缸位移检测值和实际值 【 3 】 贺正辉． 流体力学[ M】 ． 太原 太原理工大学出版社， 1 9 8 6 ． [ 4 】 王国法， 等． 液压支架技术【 M】 ． 北京煤炭工业出版社， 1 9 9 9 ． 【 5 ] 范维唐， 等． 综采技术手册[ M】 ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 6 ] 李国军． 煤矿综采液压支架设备选型设计 、 工况分析检测及 6 2 液压支架安全运行维护检修实用手册[ M I ． 北京 中国煤炭出 版社， 2 0 0 7 ． [ 7 ] 鲁忠 良， 景国勋， 肖亚宁． 液压支架设计使用安全辨析【 M] ． 北 京 煤炭工业出版社， 2 0 0 6 ．