面對掘進過程中的劇烈振動,液壓油缸的連接部件如何保障長期可靠?
掘進機在隧道、礦井等工程中作業(yè)時,常面臨巖層破碎、刀盤切割等引發(fā)的劇烈振動。這種振動不僅來源于掘進過程中的機械沖擊(如刀具與巖石碰撞),還包括設備行走、換向動作及圍巖不均勻受力產(chǎn)生的動態(tài)載荷。作為掘進機核心執(zhí)行元件,液壓油缸的連接部件(如缸體與機架固定結構、活塞桿與負載連接部位、導向套與缸筒配合等)在長期振動環(huán)境下易出現(xiàn)松動、磨損或疲勞損傷,進而影響油缸的密封性能、運動精度及整體可靠性。如何保障連接部件在劇烈振動下的長期穩(wěn)定,是行業(yè)關注的重點問題之一。本文結合實際應用場景,梳理當前掘進機液壓油缸連接部件的防護與優(yōu)化方向。

一、劇烈振動對液壓油缸連接部件的主要影響
振動環(huán)境對油缸連接部件的損害主要體現(xiàn)在以下方面:
(一)機械松動與間隙增大
螺栓連接松動:油缸缸體與掘進機機架通常通過高強度螺栓固定,振動會導致螺栓預緊力逐漸衰減(如高頻振動引發(fā)螺紋摩擦損耗),使缸體與安裝面之間產(chǎn)生間隙,影響負載傳遞的穩(wěn)定性;
配合間隙異常變化:活塞桿與導向套、缸筒與端蓋等配合部位的間隙,在振動作用下可能因微動磨損或彈性變形而逐漸增大,導致活塞桿運動偏斜或卡滯;
焊接部位疲勞:部分油缸采用焊接式結構(如缸筒與法蘭盤連接),振動產(chǎn)生的交變應力會加速焊縫處的疲勞裂紋萌生,嚴重時可能導致連接失效。
(二)密封與運動性能下降
密封件異常磨損:振動會使活塞桿與密封件(如Yx形圈、防塵圈)之間產(chǎn)生相對滑動或偏磨,破壞密封唇口的完整性,導致油液泄漏風險增加;
活塞桿運動抖動:若連接部件(如負載連接頭與活塞桿的接頭)因振動松動,活塞桿在推進或回退時可能出現(xiàn)微小位移偏差,影響掘進精度(如鉆孔位置偏移);
導向結構失效:導向套與活塞桿的配合精度在振動中易受影響,若導向套固定螺栓松動,可能導致活塞桿運動時摩擦阻力不均,甚至引發(fā)局部卡死。
(三)疲勞損傷累積
連接件材料疲勞:長期振動會使螺栓、螺母、焊接接頭等金屬部件承受循環(huán)交變載荷,導致材料微觀裂紋擴展,*終引發(fā)斷裂或變形;
彈性元件失效:部分油缸采用彈簧墊圈、橡膠減震墊等彈性元件輔助固定,振動會加速這些元件的壓縮**變形或老化,降低其減震與防松效果。
二、當前行業(yè)采用的可靠性保障策略
(一)連接結構優(yōu)化設計
高強度螺栓防松設計:油缸缸體與機架的固定優(yōu)先采用高強度螺栓(如10.9級或12.9級合金鋼螺栓),并通過“預緊力控制+防松措施”雙重保障。預緊力需根據(jù)油缸工作載荷計算(通常為螺栓材料屈服強度的70%-80%),確保初始連接緊密;防松措施包括使用彈簧墊圈、雙螺母鎖緊、螺紋膠(如樂泰243)或螺栓頭部開槽+鋼絲防松;
焊接結構強化:對于焊接式連接部位(如缸筒與法蘭盤),采用多層多道焊工藝,控制焊接熱輸入以避免材料性能下降;焊后進行退火處理(消除焊接殘余應力),并在焊縫表面涂抹防銹漆或增加防護板,減少振動引起的疲勞裂紋風險;
浮動式連接設計:部分油缸采用浮動接頭或球鉸結構連接活塞桿與負載(如掘進機推進梁),允許活塞桿在一定角度內(nèi)偏轉(zhuǎn),避免因安裝偏差或振動導致的附加彎矩,降低連接部位的應力集中。
(二)減震與緩沖措施
減震墊集成:在油缸缸體與機架的安裝面之間加裝橡膠減震墊或金屬彈簧減震器,通過彈性變形吸收振動能量,減少振動傳遞至油缸內(nèi)部的強度;減震墊的剛度需根據(jù)振動頻率調(diào)整(通常選擇與振動主頻錯開的剛度范圍);
導向套抗震固定:導向套與缸筒的固定螺栓采用加長螺桿+防松螺母,并在螺栓頭部與缸筒之間增加墊片(如聚四氟乙烯墊片),降低振動引起的螺栓松動概率;部分設備在導向套外側增設減震環(huán),減少活塞桿運動時對導向套的沖擊;
液壓系統(tǒng)阻尼匹配:通過調(diào)整液壓油的粘度(選擇中高粘度油液)或增設阻尼孔(在油缸進油/回油油路中設置小孔節(jié)流結構),降低油缸動作時的沖擊響應,間接減少振動對連接部件的影響。
(三)材料與表面處理強化
連接件材料升級:關鍵連接部件(如固定螺栓、導向套)選用高強度、耐疲勞的材料(如42CrMo、35CrNiMo),并通過調(diào)質(zhì)熱處理(硬度220-260HBW)或表面淬火提升其抗疲勞性能;
表面防護處理:螺栓、螺母等金屬件表面進行鍍鋅、發(fā)黑或達克羅處理,提高其抗腐蝕與耐磨能力,避免因振動摩擦導致的表面損傷;焊接部位涂抹耐磨涂層(如碳化鎢涂層),減少微動磨損對焊縫的破壞。
三、維護與監(jiān)測中的關鍵措施
除設計優(yōu)化外,日常維護中的主動防護同樣重要:
定期緊固檢查:每班作業(yè)后(或根據(jù)振動強度調(diào)整),使用扭矩扳手檢查油缸固定螺栓的預緊力是否符合要求(如扭矩衰減超過20%需重新緊固);重點關注振動敏感部位(如缸體與機架連接點、活塞桿接頭);
密封與磨損監(jiān)測:每200-300小時作業(yè)后,檢查活塞桿密封件(如Yx形圈、防塵圈)是否因振動偏磨而泄漏,觀察導向套與活塞桿的配合間隙是否異常增大;
連接結構狀態(tài)評估:定期檢查焊接部位是否有裂紋(可通過目視或超聲波探傷),減震墊是否老化(如橡膠出現(xiàn)裂紋或彈性下降需更換),確保防護結構始終有效。

結語
掘進機液壓油缸連接部件在劇烈振動下的可靠性,依賴于“結構設計-減震措施-材料強化-維護監(jiān)測”的系統(tǒng)性保障。通過優(yōu)化螺栓防松設計、集成減震結構、升級連接件材料,并結合定期的檢查與緊固,可有效降低振動對油缸連接穩(wěn)定性的影響,延長設備在復雜工況下的使用壽命。行業(yè)用戶可根據(jù)實際掘進環(huán)境(如振動頻率、振幅大小)的特點,針對性調(diào)整防護策略,確保油缸長期可靠運行。
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