工作阻力大于10 000 kN液压支架结构件制造工艺

厉华

工作阻力大于10 000 kN液压支架结构件制造工艺

厉华

针对大同煤矿集团公司中央机厂近年来工作阻力大于10 000 kN或支护高度大于4 m液压支架的大批量制造，在生产过程中，从结构件的原材料选用、下料要求、组点成型、焊接、机加工、表面抛丸除锈、以及结构件的涂装工艺要求等各个工序制定并严格执行制造工艺规范，达到了预期效果。

液压支架；结构件制造；组点成型；焊接应力消除；表面抛丸除锈；涂装工艺

近几年，大同煤矿集团公司综采、综放工作面向石炭二叠系延深，生产条件发生了质的变化，而且随着煤炭产量日趋提高，对综采、综放支护设备的要求也越来越高。大同煤矿集团公司中央机厂为了适应石炭系煤层开采，设备制造和研制工艺从2006年开始进行技术升级，先后研制了ZZ10000、ZF15000、ZF10000、ZZ13000、ZF13000等液压支架，在一系列液压支架的研制实践过程中，逐步形成了一套可行性高、工艺性好的工艺程序及技术要求。

1 工艺程序适用范围及引用标准

工作阻力大于10 000 kN或支护高度大于4 m液压支架制造过程适用此工艺程序。

此工艺程序引用标准：①GB 25974.1-2010《煤矿用液压支架通用技术条件》，②GB 1591-2008《低合金高强度结构钢》，③MT/T 587-2011《液压支架结构件制造条件》，④JB/T 5000.12-2007《重型机械通用技术要求第12部分：涂装》，⑤GB/T 8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》，⑥JB/T 5000.2-2007《重型机械通用技术要求第2部分：火焰切割件》，⑦JB/T5000.3-2007《重型机械通用技术要求第3部分：焊接件》。

2 技术要求

2.1 毛坯件处理

2.1.1 母材的选用与工艺要求

首次使用的钢材及首次供货方供应的钢材，必须制定出相关焊接机械性能技术评定要求，其中主要针对焊接件的母材化学成分、抗拉强度、屈服强度、抗弯强度、抗剪切强度等，并且对工厂自制的铸钢件、锻件进行剖切检测；还要制作相应试验件，进行焊件相同性分析、试验。

2.1.2 母材成形工艺要求

（1）选择合理的气割嘴规格，控制板件成形割口热影响区，减小板件气割热影响区，控制板件成形误差。供气气压正常条件下，钢板厚度与割缝宽度比不得大于20:1。确保纵向筋板宽度方向允差0 mm～-2mm，高度方向允差0mm～-2mm[1]。

（2）切割表面的偏斜度：20 mm～40 mm厚钢板，偏斜度≤1 mm；40 mm～60 mm厚钢板，偏斜度≤1.5 mm；60 mm～100 mm厚钢板，偏斜度≤2 mm。表面粗糙度Ra≤50μm。对于重要构件，如主筋板、重要筋板下料后，对重要结合面进行刀检，包括主筋板与顶（底）板结合表面，重要筋板与主筋板结合两表面，均应留2mm～4mm加工余量进行刀检，确保零件组点间隙≤2mm。

（3）主要受力板件数控切割下料后，须采用平板机或压力机进行矫正、矫直，确保平面度允差满足1/ 1 000要求，即每1 m范围内平面度、直线度允差≤1 mm。但主筋板与顶（底）板接触直边只允许凹，不允许凸。弯曲件压弯前，温度必须保持在10℃以上，否则需要预热到最少25℃，防止压弯过程中产生纤维状微裂，影响产品强度。

2.2 结构件拼点成型

拼点成型是结构件生产制造的重要工序。首先检查各零件是否经检验合格，合格件按照不同规格和尺寸进行分类分管。

（1）筋板类零件与顶板拼点时根部间隙不得大于2 mm，如果存在较大间隙则必须更换零件。对于有装配尺寸的部件，包容件适当加大2 mm～3 mm，被包容件严格按图纸尺寸组点，尺寸加大0 mm～1 mm，以抵消焊接后可能产生的收缩，保证留有充足合理的装配间隙。对于成批制造的液压支架，应采用专用工装单侧定位，另侧楔铁挤紧，以便于控制拼点尺寸及相关零件间的间隙。

（2）活动侧护板的侧板与顶板之间连接焊缝较长，而且是单一焊缝，易发生焊接变形，拼点过程中应采用样件定位的方式（即撑档）进行定位拼点。如图1所示，此方法为反变形手段。

图1 反变形样板示意

（3）对于顶梁、底座、掩护梁等主要受力结构件的主铰接部位[2]，为了保证其焊后尺寸，采取增加30 mm×30 mm断面直支撑的方法，支撑间距为350 mm～400 mm（见图2）。

图2 结构件组点支撑示意（图中阴影部分为支撑）

（4）对于伸缩梁、脚踏板等断面较薄、宽度较大的结构件，一般采用“配对反变形”拼点方式增加结构件刚性强度，降低焊接应力影响[3]（见图3）。

图3 “配对反变形”拼点示意

2.3 焊接工艺要求

（1）高端液压支架的工作阻力一般较高，承载能力较大，并且在实际使用过程中一般都存在扭矩应力，对焊缝的机械性能要求相对较高。避免这类事故发生的基本做法就是降低焊接材料的碳当量，避免焊缝开裂。尤其在Q550以上高强板施焊时，经过试验验证，应采用低于板材一个强度等级的焊丝；Q460以下板材，施焊时选用与板材等强度焊丝。一般选用φ1.2 mm和φ1.6 mm焊丝。通过试验验证，一般φ1.2mm焊丝焊接电流选择300 A±10 A，φ1.6mm焊丝焊接电流选择340 A±10 A。

（2）通过二氧化碳气体保护焊和混合气保护焊（二氧化碳和氩气混合气体，即80%Ar+20%CO2气体）的对比，前者飞溅物较多，焊道成形较后者美观度差，所以高端支架结构件选择混合气保护焊。

（3）焊接预热工艺要求。碳当量不大于0.5%时（包括16Mn、15MnVN、Q460板等），一般在室温条件下（5℃以上）即可获得良好的焊接接头，不需要焊前预热；若环境温度达不到5℃以上，需要采用氧-乙炔火焰预热焊道周围，预热温度50℃左右。碳当量高于0.5%时（Q550板），若环境温度较低，需用氧-乙炔火焰对焊道周围80 mm～100 mm范围预热75℃左右；当碳当量接近0.6%时（Q690板），需入炉预热至100℃～150℃。预热时间和预热炉温必须进行严格控制和检测，确保预热温度不高于250℃，防止影响焊接热影响区和结构件整体机械性能。

（4）焊接应力的消除[4]。经过长期的探索和总结，采用Q460以下强度钢板焊接的结构件，在施焊过程中选择自动回火的方式；在环境温度较低时，采取机械撞击释放焊接应力的方式。这类工件焊后不需要采取专门的热处理工艺，而是采取静态空冷方式。母材高于Q550的板材制造的结构件，在多层多道焊过程选择自动回火方式，层间采取机械撞击释放焊接应力，以对焊道进行舒展，并且焊后整体热处理消除焊接应力，控温温度为550℃±30℃，控温时间2 h～3 h，出炉后随静态空冷[4]。

2.4 结构件关键孔镗孔

为确保总装装配关系和避免焊接变形，尤其是关键铰接部位，在液压支架结构件制造过程中，铰接部位采取机加工手段确保铰接配合关系。

（1）主铰接孔所在板件数控下料时孔周单面留余量8 mm，校平校直后拼点焊接，最终进行整体镗孔，这样可以确保铰接孔的同轴度。

（2）对于侧推系统的几排孔，数控下料时孔周单面留余量8mm，机加工加工成型，拼点过程中以此孔穿导向筒定位，然后焊接成型。

2.5 结构件外表除锈工艺要求[5]

（1）为了提高结构件外观质量，整体焊接完毕后，对结构件进行抛丸除飞溅物、除锈，表面除锈等级达到Sa2.5级。一是可以提高工件涂漆吸附能力，二是通过抛丸高频冲击对焊缝残余应力进行二次消除释放。详细规定见表1。

表1 钢铁表面除锈方法及除锈等级

2.6 结构件涂装要求

（1）通常条件下，涂漆工序施工环境湿度不得高于85%，温度不得低于5℃。晋北冬季施工时，一般选择低温环境施工，并选择易固化的油漆。

（2）降水、雾天气及风力超过4级时，不得室外施工。工件表面出现结霜、结雾状况时，不得施工。

（3）施工场地应保持空气流畅、干燥，涂装及固化过程中避免粉尘或其他异物接触。

（4）涂装工序应避免或者采取的措施：

①喷涂施工时，应对产品不需涂装的部位进行遮盖，防止误涂；

②两种不同颜色的涂层交界处，其界面必须明显、整齐；

③对焊后或装配后无法涂装的结构件部位，应在焊前或装配前涂漆；

④对于边、角、夹缝等部位要先刷漆，然后再大面涂装；

⑤对加工、焊接、安装过程损坏的漆膜应采取除旧漆后修补的措施，较小损坏部位修补面积应比损坏面积大1倍以上，较大损坏部位修补面积应比损坏部位边缘宽50mm。

[1]魏鹏.放顶煤高端液压支架结构件制造工艺研究[J].机械管理开发，2014(4)：24.

[2]于海涌，吴凤东，孟金锁，等.放顶煤工作面支架受力特征及分析[J].煤炭学报，1995(5)：25.

[3]刘金玉.特厚煤层放顶煤液压支架结构件制造工艺的研究[J].煤矿机电，2013(2)：86.

[4]王笑天.金属材料学[M].西安：西安交通大学出版社，1989.

[5]赵忠刚，曹文明，虞长江.高端液压支架结构件制造工艺的先进性分析［J］.科技资讯，2012（04）：34.

Mechanism PartManufacturing Process of Hydraulic Support thatWorking Resistance is Greater than 10 000 kN

LiHua

In view ofmass production of hydraulic support that working resistance is greater than 10 000 kN or support height ismore than 4 m in our factory in recent years,in the production process,from the every processe of material selection of mechanism part,blanking requirement,grouping point and molding,surface shot derusting, coating process of mechanism part and so on,manufacturing process specification is formulated and strictly implemented,it achieves the desired purpose.

hydraulic support;mechanism partmanufacturing;blanking;grouping point and molding;relieving welding stress;boring;surface shot derusting;coating process

TH16

A

1000-4866（2015）01-0021-03

2014-10-11

厉华，女，1972出生，2010年毕业于太原理工大学，现在大同煤矿集团机电装备中央机厂技术中心工作，工程师。