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摘 要：以实际液压支架立柱油缸修理过程中遇到的损坏形式和存在的问题为研究对象，通过对立柱油缸损坏的形式及原因进行了总结分析，并根据立柱油缸损坏形式的分析结果对油缸导向套结构的改进方案进行了分析，体现了立柱油缸外置导向套的优越性。
关键词：液压支架 立柱油缸 导向套 改进方案 分析
0 引 言
液压支架是采煤机械中的主要支护设备，立柱是液压支架的关键零部件，在矿用液压支架中起着至关重要的作用，其性能关系到液压支架的支撑能力和可靠性，直接影响着综采工作面的安全性和生产效率。目前，国产液压支架在井下使用过程中，立柱出现失效、损坏的现象较为频繁，支架大项修的主要内容就是维修立柱。 提高立柱可靠性，可有效延长支架大修周期，增大支架过煤量，具有十分重要的意义。
1 立柱存在的主要问题及原因分析
1.1 立柱主要损坏形式及所占比例
从历年维修车间液压支架的大项修中发现，每套液压支架大项修时立柱的损坏形式及所占比例如表1。
通过表1所列数据可见，第4、5项损坏形式占整个立柱损坏比例的40%，解决此两项损坏，将有效提高立柱寿命和可靠性，这里重点针对此两项损坏形式开展分析和解决方案。
1.2 导向套与缸口常用结构
液压支架立柱导向套的作用：1、导向套装在缸体的外端，为活柱（杆）伸缩时导向。2、导向套承受外部载荷对活柱（杆）形成的横向力、弯曲、振动等产生的影响。3、在油缸缸口固定密封和导向环、并对缸筒上腔形成密封腔。4、当活塞运动至缸口时，活塞与导向套接触，限制活塞杆的行程。立柱导向套与缸口结构主要采用螺纹内置见图1和螺纹外置见图2两种结构形式。
1.3 常用结构主要失效现象
1）螺纹锈蚀损坏。
2）外缸、中缸静密封处锈蚀损坏。
3）导向套动密封处密封圈损坏。
4）外缸维修后缸口漏液。
5）其他碰伤情况的损坏。
1.4 导向套螺纹与缸口密封面损坏、失效原因分析
传统结构的立柱在井下使用过程中，从导向套静密封到缸口之间，导向套和缸筒均易产生锈蚀。分析主要原因是：因缸口端面与导向套配合间存在间隙，外界腐蚀介质（空气、液体等介质）容易从配合间隙处浸入，造成缸筒内壁及导向套发生锈蚀现象。一旦锈蚀情况延伸至静密封沟槽，并出现锈蚀、斑坑现象时，静密封处密封尺寸就会遭到损坏，从而出现渗漏液现象。
1.5 立柱缸口维修存在的问题
液压支架立柱缸口的损坏情况大部分为外缸缸口静密封处存在锈蚀、斑坑现象。立柱外缸的维修非常困难，由于螺纹锈蚀，立柱不易拆开；在对外缸进行维修时，需对缸口内壁进行补焊，然后车削返修密封面或者螺纹，车削时需重新加工轴径，对基准进行找正，尽量与以前的基准重合，难度较大。此方法虽能对外缸缸口锈蚀区域进行补修，但维修难度大，而且容易出现缸口变形，缸口密封面和螺纹与缸筒内径的同轴度差等问题。
2 外置导向套立柱结构形式说明
针对上述传统立柱导向套结构形式存在的问题，提出了如下解决方案：1）改变导向套与外缸筒配合方式，采用外置导向套结构，提高维修性。2）增加防护措施，导向套螺纹至缸口段设置O形密封圈，可有效防止外部腐蚀性介质进入。
3）增强导向套防护能力，外置导向套和中缸导向套表面采用耐腐蚀性能高的锌镍合金镀层。
缸口采用矩形螺纹连接，保证连接的可靠性和减小装卸旋转力矩，增加支撑长度；外缸缸口采用整体导向套形式，增加导向套配合处大缸筒壁厚，提高立柱外缸薄壁安全系数；設置多组导向环并分布在密封的两侧，提高导向性能和增加密封的可靠性；导向套螺纹至缸口段设置O形密封圈，可有效防止外部腐蚀性介质进入；即使立柱缸口因锈蚀需维修时，外导向套结构比内导向套结构更便于拆卸。此项措施降低了工人的劳动强度，提高了维修效率。
3 外置导向套设计可行性分析
3.1 缸体壁厚分析
导向套在材质上应具备的性能：应具有一定的强度（防止破损及变形）；良好的致密性（在高压作用下不渗漏）；耐腐性能良好。因此，缸筒和导向套材料均采用高强度合金钢30CrMnSi，增强力学性能。在保证立柱与顶梁装配不干涉的前提下，尽可能增大导向套的壁厚尺寸，提升薄弱环节的安全系数，降低缸口位置发生鼓缸的几率，延长立柱使用寿命，见图4。
代入上述公式可得到导向套壁厚范围值37～55mm。
所以在不影响立柱装配的前提下，可以适当的增加导向套壁厚，尽可能提高安全系数，降低导向套因受高压发生鼓缸损坏的几率。
3.2 缸体与导向套螺纹连接强度计算
通过上述分析，此结构满足设计强度要求。
3.3 立柱偏载试验受力分析
模拟液压支架立柱偏载试验，对外置导向套处进行受力分析，情况如下表2。
4 结束语
外置导向套式的立柱缸口结构是将以往容易产生锈蚀的缸口密封部位设置在外置导向套上，维修时，不需对大缸内止口进行维修，降低了维修难度。外置导向套上均布分列的安装键槽，使导向套的拆装工作比较容易。外导向套立柱结构技术可行并可靠，能有效改善缸筒内壁锈蚀问题，也能有效改善立柱缸口不易维修的情况。此结构能够满足立柱强度要求。缸体、导向套材料选用高强度材质，在满足产品结构布置要求的情况下，加大对导向套设计的安全系数，提高立柱整体力学性能。
参考文献
[1] 王国法，赵志礼，李政.液压支架立柱和千斤顶密封技术研究[J].煤炭科学技术.2007（08）
[2] 许波.液压支架初撑系统存在问题的分析[J].液压与气动.2003（04）
[3] 杨春生，韦有军.液压支架立柱、千斤顶导向套的结构分析及选择[J].黑龙江科技信息.2004（03）
[4] 成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.2008（04）
[5] 谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].中国矿业大学出版社.2000.
关键词：液压支架 立柱油缸 导向套 改进方案 分析
0 引 言
液压支架是采煤机械中的主要支护设备，立柱是液压支架的关键零部件，在矿用液压支架中起着至关重要的作用，其性能关系到液压支架的支撑能力和可靠性，直接影响着综采工作面的安全性和生产效率。目前，国产液压支架在井下使用过程中，立柱出现失效、损坏的现象较为频繁，支架大项修的主要内容就是维修立柱。 提高立柱可靠性，可有效延长支架大修周期，增大支架过煤量，具有十分重要的意义。
1 立柱存在的主要问题及原因分析
1.1 立柱主要损坏形式及所占比例
从历年维修车间液压支架的大项修中发现，每套液压支架大项修时立柱的损坏形式及所占比例如表1。
通过表1所列数据可见，第4、5项损坏形式占整个立柱损坏比例的40%，解决此两项损坏，将有效提高立柱寿命和可靠性，这里重点针对此两项损坏形式开展分析和解决方案。
1.2 导向套与缸口常用结构
液压支架立柱导向套的作用：1、导向套装在缸体的外端，为活柱（杆）伸缩时导向。2、导向套承受外部载荷对活柱（杆）形成的横向力、弯曲、振动等产生的影响。3、在油缸缸口固定密封和导向环、并对缸筒上腔形成密封腔。4、当活塞运动至缸口时，活塞与导向套接触，限制活塞杆的行程。立柱导向套与缸口结构主要采用螺纹内置见图1和螺纹外置见图2两种结构形式。
1.3 常用结构主要失效现象
1）螺纹锈蚀损坏。
2）外缸、中缸静密封处锈蚀损坏。
3）导向套动密封处密封圈损坏。
4）外缸维修后缸口漏液。
5）其他碰伤情况的损坏。
1.4 导向套螺纹与缸口密封面损坏、失效原因分析
传统结构的立柱在井下使用过程中，从导向套静密封到缸口之间，导向套和缸筒均易产生锈蚀。分析主要原因是：因缸口端面与导向套配合间存在间隙，外界腐蚀介质（空气、液体等介质）容易从配合间隙处浸入，造成缸筒内壁及导向套发生锈蚀现象。一旦锈蚀情况延伸至静密封沟槽，并出现锈蚀、斑坑现象时，静密封处密封尺寸就会遭到损坏，从而出现渗漏液现象。
1.5 立柱缸口维修存在的问题
液压支架立柱缸口的损坏情况大部分为外缸缸口静密封处存在锈蚀、斑坑现象。立柱外缸的维修非常困难，由于螺纹锈蚀，立柱不易拆开；在对外缸进行维修时，需对缸口内壁进行补焊，然后车削返修密封面或者螺纹，车削时需重新加工轴径，对基准进行找正，尽量与以前的基准重合，难度较大。此方法虽能对外缸缸口锈蚀区域进行补修，但维修难度大，而且容易出现缸口变形，缸口密封面和螺纹与缸筒内径的同轴度差等问题。
2 外置导向套立柱结构形式说明
针对上述传统立柱导向套结构形式存在的问题，提出了如下解决方案：1）改变导向套与外缸筒配合方式，采用外置导向套结构，提高维修性。2）增加防护措施，导向套螺纹至缸口段设置O形密封圈，可有效防止外部腐蚀性介质进入。
3）增强导向套防护能力，外置导向套和中缸导向套表面采用耐腐蚀性能高的锌镍合金镀层。
缸口采用矩形螺纹连接，保证连接的可靠性和减小装卸旋转力矩，增加支撑长度；外缸缸口采用整体导向套形式，增加导向套配合处大缸筒壁厚，提高立柱外缸薄壁安全系数；設置多组导向环并分布在密封的两侧，提高导向性能和增加密封的可靠性；导向套螺纹至缸口段设置O形密封圈，可有效防止外部腐蚀性介质进入；即使立柱缸口因锈蚀需维修时，外导向套结构比内导向套结构更便于拆卸。此项措施降低了工人的劳动强度，提高了维修效率。
3 外置导向套设计可行性分析
3.1 缸体壁厚分析
导向套在材质上应具备的性能：应具有一定的强度（防止破损及变形）；良好的致密性（在高压作用下不渗漏）；耐腐性能良好。因此，缸筒和导向套材料均采用高强度合金钢30CrMnSi，增强力学性能。在保证立柱与顶梁装配不干涉的前提下，尽可能增大导向套的壁厚尺寸，提升薄弱环节的安全系数，降低缸口位置发生鼓缸的几率，延长立柱使用寿命，见图4。
代入上述公式可得到导向套壁厚范围值37～55mm。
所以在不影响立柱装配的前提下，可以适当的增加导向套壁厚，尽可能提高安全系数，降低导向套因受高压发生鼓缸损坏的几率。
3.2 缸体与导向套螺纹连接强度计算
通过上述分析，此结构满足设计强度要求。
3.3 立柱偏载试验受力分析
模拟液压支架立柱偏载试验，对外置导向套处进行受力分析，情况如下表2。
4 结束语
外置导向套式的立柱缸口结构是将以往容易产生锈蚀的缸口密封部位设置在外置导向套上，维修时，不需对大缸内止口进行维修，降低了维修难度。外置导向套上均布分列的安装键槽，使导向套的拆装工作比较容易。外导向套立柱结构技术可行并可靠，能有效改善缸筒内壁锈蚀问题，也能有效改善立柱缸口不易维修的情况。此结构能够满足立柱强度要求。缸体、导向套材料选用高强度材质，在满足产品结构布置要求的情况下，加大对导向套设计的安全系数，提高立柱整体力学性能。
参考文献
[1] 王国法，赵志礼，李政.液压支架立柱和千斤顶密封技术研究[J].煤炭科学技术.2007（08）
[2] 许波.液压支架初撑系统存在问题的分析[J].液压与气动.2003（04）
[3] 杨春生，韦有军.液压支架立柱、千斤顶导向套的结构分析及选择[J].黑龙江科技信息.2004（03）
[4] 成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.2008（04）
[5] 谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].中国矿业大学出版社.2000.