于飞
【摘 要】针对7LS7型采煤机的调高油缸容易出现漏油等故障的问题,通过分析得出了导向套的O形圈易损坏、导向套的设计宽度不足和活塞杆的实际荷载超出设计值等问题是导致油缸漏油的原因,并针对这些问题提出了导向套分体设计、扩大导向套和降低溢流压力的改进措施,以降低7LS7型采煤机调高油缸在生产中的故障率.
【期刊名称】《机械管理开发》 【年(卷),期】2018(033)006 【总页数】3页(P53-55)
【关键词】调高油缸;导向套;O形圈;分体设计 【作 者】于飞
【作者单位】阳煤一矿掘二队, 山西阳泉045000 【正文语种】中 文 【中图分类】TD421 引言
7LS7型采煤机是我国煤矿企业常用的进口采煤机，具体参数如表1所示。在实际使用中，7LS7型采煤机的液压油缸会经常出现导向套和缸筒因密封失效导致液压油泄露、导向套的防尘圈出现破损发生液压油泄露或者活塞杆的活塞端头发生变形
等故障，这些故障出现频率极高，时常会导致采煤机停工维修，备件消耗速率极快，并且替换件的价格高、供货周期长，对正常生产造成了严重的影响。
表1 7LS7型采煤机相关性能参数总功率/k W 23 45 机体高度/m m 23 11截割电机功率/k W 2×15 0 整机重量/t 14 0牵引电机功率/k W 2×15 0 采高/m 3.0～6.2破碎功率/k W 27 0 调高油缸内径/m m 35 0泵电机功率/k W 55 调高油缸行程/m m 10 20 1 液压油缸的设计缺陷
图1为7LS7型采煤机的内部结构图。该机型的调高油缸设置在牵引部和摇臂的上部，属于上置式布置。在调高油缸的周围安设有伸缩式的异形甲板，可以保护油缸在进行往复运动时避免出现煤块和矸石等落入油缸下部造成部件损坏[1-2]。图2为调高油缸的内部结构图。表2为调高油缸的相关参数。通过对采用7LS7型采煤机的煤矿进行调研，并对更换下来的调高油缸拆解分析得出7LS7型采煤机调高油缸故障率高与如下因素有关：油缸组装时易损坏导向套的O形圈、导向套的设计宽度不足和活塞杆的实际荷载超出设计值。 1.1 导向套的O形圈易损坏 图1 7LS7型采煤机的内部结构图 图2 调高油缸的内部结构图（mm）
表2 调高油缸的相关参数缸筒内径/m m 35 0 收缩后总长/m m 17 15活塞杆外径/m m 17 5 行程/m m 10 20活塞宽度/m m 17 2 工作压力/M P a 20导向套宽度/m m 12 6 溢流压力/M P a 35 图3 导向套和缸筒连接处结构图
图3 为导向套和缸筒连接处结构图。该型号采煤机调高油缸的导向套与缸筒之间通过M380×P螺纹连接，依靠O形圈实现密封。在安装导向套时，通过缓慢旋转导向套使O形圈被压入缸筒预留的合止口处。O形圈在进入预定的位置时需要被
旋转的导向套推着轴向移动A mm，在这个过程中O形圈也会在导向套的带动下与缸筒之间做相对摩擦运动。O形圈在安装过程中发生的摩擦移动距离S计算公式为：
式中：S为O形圈摩擦移动距离，mm；A为O形圈安装过程中发生轴向移动的距离，mm，取15.5 mm；P为M380×P螺纹的螺距，mm，取6mm；R为M380×P螺纹的半径，mm，取376 mm。将数据代入式（1）计算得，对于7LS7型采煤机液压油缸的S为6103 mm，即在安装过程中O形圈再摩擦旋转6.1 m才能进入预设位置。由于螺纹的加工不可避免会存在一定的误差，导致导向套筒与筒缸之间对应的螺纹存在同心度差等，使O形圈在安装摩擦过程中出现扭曲、磨损和拉裂等破坏。再经过一段时间的使用，在安装时已经发生损坏的O形圈就会出现密封失效，导致调高油缸内的液压油发生泄漏。图4为检修时拆卸下来的O形圈实物图，O形圈不规则的断口证明在安装时就已经发生破坏。 图4 已破坏O形圈实物图 1.2 导向套的设计宽度不足
图5 为调高油缸的局部结构图。活塞杆依靠安装在调高油缸有杆侧导向套内部的导向环实现导向的功能。在导向套的内部设有组合密封实现密封缸筒有杆腔。导向套的外侧还设有防尘圈来阻挡活塞杆进行运动时带入的灰尘等杂质，避免这些杂质破坏组合密封。因此，导向套必须设计有导向环、密封装置和防尘圈等部件。如果导向套的设计宽度太大会使油缸的尺寸随之增大，导致导向杆与活塞杆之间发生过多摩擦；若导向套的设计宽度不足又会使导向长度不足，而且在活塞杆全部伸出后的初始挠度增大，对调高油缸的稳定性相当不利。调高油缸的导向长度H应满足如下公式：
图5 调高油缸局部结构图
式中：H为活塞支撑面中点与导向环滑动面中点之间的距离，mm；S为最大工作行程，mm，取1020 mm；D为调高缸筒的内径，mm，取350 mm。将数据代入式（2）计算得，调高油缸的导向长度H至少应为226 mm，而7LS7型采煤机调高油缸的实际导向长度为120 mm，相对计算值严重偏小。活塞与导向套的宽度不足是调高油缸的导向长度不足的直接原因[3]。调高油缸的实际导向长度不足会使油缸在伸出过程不能很好的导向，从而活塞杆对防尘圈和组合密封造成挤压，最终使其密封失效漏油。 1.3 活塞杆的弯曲承载力不足
若调高油缸的支撑长度（1318 mm）大于活塞杆半径（87.5 mm）的10倍时，应对活塞杆的弯曲稳定性进行校核。根据调高油缸的实际工作特征，假定其受力在轴线上，通过如下公式进行验算：
式中：Fz为作用在调高油缸上的许用轴向力，N；M为实际弹性模量，MPa，取1.8×105MPa；L为活塞杆截面的惯性距，m4，取4.63×10-6m4；δ为安全系数，取值范围为3.5～6.0，取3.5；γ为液压油缸的导向系数，通过查表取0.6587；Lz为调高油缸的支撑长度，m，取1.318 m。将数据代入式（3）计算得，作用在调高油缸上的许用轴向力Fz为3.118×106N。由于其为上置式调高油缸，因此在采煤机处于卧底状态时，活塞杆会从油缸中全部伸出，此刻活塞杆处于弯曲稳定性最差的状态。液压系统的安全阀在活塞杆将要全部伸出时打开，此时油缸内的瞬间压力快要达到安全阀溢流压力35 MPa，这个时候调高油缸推力Ft的计算公式为：
式中：Ft为调高油缸推力，N；PM为安全阀溢流压力，MPa，取35 MPa；r为调高油缸的缸筒大腔半径，mm，取175 mm。经过计算可知，调高油缸推力Ft
为3.3367×106N，大于作用在调高油缸上的许用轴向力Fz为3.118×106N，因此活塞杆会处于不稳定的状态，一旦遇到工作面底板较为坚硬等恶劣环境时，极易引起活塞杆折断。 2 改进优化
2.1 采用导向套分体设计
针对在安装导向套时易损伤O形圈的缺陷，采用导向套分体设计，设计的结构如图6所示。设计的分体式导向套的O形圈直接压入缸筒内侧预设的合止口处，通过外侧的螺纹和8-M16×60螺钉进行固定，来避免在装配的时候O形圈就已经被损坏的缺陷。
图6 分体式导向套结构图 2.2 扩大导向套
导向套因宽度不足造成活塞杆挤压防尘圈和组合密封而漏油，但调高油缸所处的位置限制无法对牵引部与摇臂的连接关系进行改造。经过理论计算，只能对活塞杆连接头后部进行改造。对于导向套增加10 mm的宽度，并把活塞杆连接头后部杆直径缩小10 mm。图7为改进后的导向套。 2.3 降低溢流压力
增加导向套宽度可以缓解由于抬高油缸大行程导致的活塞杆达到的失稳状态，还可以增加活塞杆的杆径来提高活塞杆的失稳临界下限或者降低调高油缸溢流阀的安全溢流压力来减小调高油缸推力到活塞杆的失稳临界下限以下。但是若采用增加活塞杆直径的方法会导致油缸小腔的推力减小。因此决定采用将调高油缸溢流阀的安全溢流压力从35 MPa降至32 MPa来避免活塞杆出现失稳的问题。 图7 改进后的导向套 3 现场应用
将经过改进的调高油缸安装到某矿7LS7型采煤机上，在3个月的现场试验期间，
没有出现因导向套和缸筒的密封失效导致液压油泄露或者活塞杆的活塞端头发生变形等故障。因此经过改进的调高油缸稳定可靠，用于密封的O形圈寿命有效延长，并且优化后的油缸未影响到采煤机的生产使用，基本达到了对7LS7型采煤机调高油缸的改进目标。 4 结论
经过采用导向套分体设计、扩大导向套和降低溢流压力等改进优化之后的调高油缸在实际使用中未出现漏油的问题，弥补了原有设计的缺陷，降低了7LS7型采煤机调高油缸的维修成本。 参考文献
【相关文献】
[1]任飞.神东煤炭集团JOY7LS8大采高采煤机摇臂调高油缸损坏原因分析及改进措施[J].电子世界，2014（17）：11-14.
[2]李娟，辛致远，马宇航.大功率采煤机调高油缸断裂原因分析和解决措施[J].煤矿机电，2013（3）：122-123.
[3]王兴东，王泽鹏.井下矸石连续充填旧巷的机械化工艺[J].铁法科技，2011（2）：11-16.
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