专利名称：单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法
单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法技术领域
本发明属于矿用支护设备中的单体液压支柱及液压支护设备中的综采支架领域， 尤其涉及一种单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆生产方法。
技术背景
我国是世界上采矿工作面最多，使用顶板支护设备数量最多的国家。由于我国的矿层赋存条件特别复杂，顶板支护设备受到了很大的限制。因而从工作面数量来看，10%的工作面可采用综采支护设备，很少发生顶板事故，而90%的工作面使用单体支护设备，常常发生顶板事故。从回采工作面从业的矿工人数看，综采支护设备工作面从业的矿工人数仅占10%，而单体支护设备工作面从业的矿工人数占有90%。从安全情况看，10%的从业矿工人数是安全或比较安全，而90%从业的矿工是不安全的或随时处于危险状况。从全国矿发生的伤亡事故看，因顶板发生的伤亡人数占所有伤亡人数的40 45%。因而顶板事故是我国煤矿发生事故频率最高的伤亡事故。
我国目前使用的单体支护设备是木支柱、金属摩擦支柱、活塞式液压支柱三种单体支护设备。根据不完全统计，我国所需的各类型单体支护材料或设备大约在400 500 万根，是一个很庞大的市场。但是就现有的三种单体支护材料或设备而言，存在着很大的甚至很严重的安全隐患.木支柱作为一种古老而又简陋的支护材料，其没有初撑力，也没有恒阻降柱的特性，支撑的安全性无法保证，因而存在着可能发生冒顶伤亡事故的安全隐患。并且由于其消耗木材量相当大，会造成各地树林的乱砍乱伐，从而形成严重的生态失衡。
金属摩擦支柱是六十年代发展起来的一种简单的单体支护设备，与木支柱相比可节省大量木材，而且也可复用。但是其不能保证恒阻降柱，支撑力受温度、湿度及操作工人等不可控制的因素影响很多，顶板随时都有发生冒顶伤亡事故的可能。
活塞式液压支柱，如DW型，是八十年发展起来的一种单体支护设备，与前两种单体支柱相比可保证恒阻降柱，支撑力也能得到控制，但是这种支柱也存在着严重的安全隐患。比如由于活塞式液压支柱的技术原理和结构特点，造成了活塞上Y形密封圈的外唇与油缸的内壁表面为高压密封面，当顶板压力加大时，油缸内壁表面直径就会增大，因而造成活塞和油缸之间常常产生内泄漏，造成支柱的虚顶、脱顶、甚至支柱自动倒下等现象，内泄漏发生的很频繁也很广泛，而且是随时随地的。由于是内泄漏，矿工用肉眼是无法发现的， 因而内泄漏是一种无法控制的安全隐患，因而造成了较多的冒顶伤亡事故。
针对我国单体支护设备的现状和存在的安全隐患等问题，DWX型悬浮式液压支柱系列产品出现。DWX型液压支柱的滑动密封点，采用了密封补偿和密封胀紧技术原理。在密封有磨损的情况下，可有效补偿。在支柱高压支撑情况下，可保持密封胀紧状态，大大提高了滑动密封点的密封和安全性能，减少了密封的更换率，降低了维修和维护费用。
但无论是DW型还是DWX型，单体液压支柱常都面临着井下液压支柱腐蚀问题，由于设备拆卸较为困难，出现上述问题后传统方法多难以现场解决，以更换新备件为主，但更换周期长且费用较高。
井下液压支柱或综采支架腐蚀，主要因煤炭含硫，使井下环境呈酸性，对设备存在着严重的腐蚀。腐蚀分为均匀腐蚀和点腐蚀，均匀腐蚀是指物体表面没有经过特殊处理， 整个产品表面发生的腐蚀，点腐蚀是指经过防腐蚀处理的东西由于局部的耐腐蚀层发生破坏，在破坏的部位发生的速度很快地腐蚀，对于DW型，支柱主要采用油缸内表面作为密封面密封，为了防腐蚀，传统方法就在里面镀铜，一般的油缸是加工再镀铜。如果密封面破坏， 密封成问题。因此DW支柱存在着加工困难，镀铜困难，镀铜质量也难保证。对于DWX型，是用活柱的外表面作为密封面，传统方法是在活柱的外表面化学镀镍磷合金，镀层在外加工较在油缸内加工容易。但不管是镀铜还是镀合金，镀层都比较薄，一般是30um。由于点腐蚀的发生，无论是活柱的化学镀层还是油缸的镀铜层，只要出现点腐蚀，很快就会发生很严重的腐蚀现象，造成密封面的破坏。特别是对于DWX型，当活柱升出来后，露在外面环境中，放炮的时候就会有煤渣崩在上面，发生炮崩现象，破坏密封面。
因此，能耐腐蚀，防炮崩的单体液压支柱或综采支架立柱是目前所需。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，使单体液压支柱或综采支架在使用过程中不仅耐腐蚀、防炮崩，且使用时间长、维修成本低，还具有方法简单、生产成本低的优点。
本发明中解决技术问题的一种单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于包括以下步骤步骤(I):选择原料以无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚氨酯弹性体为复合层材料；步骤(2):无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度110-130°C、烘干时间1-2小时；步骤(3):热塑性聚氨酯弹性体经过干燥，烘干温度80-120°C、烘干时间2-4小时； 步骤(4):通过注塑成型使步骤(3)中干燥后的热塑性聚氨酯弹性体注塑在步骤(2)中烘干后的无缝钢管表面形成一层复合层，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
其中，所述无缝钢管为27SiMn无缝钢管；热塑性聚氨酯弹性体为聚酯类、聚醚类， 即热塑性聚酯聚氨酯弹性体、热塑性聚醚聚氨酯弹性体。
所述热塑性聚酯聚氨酯弹性体注塑方式中，注塑压力65kg、流速25%、温度 205 - 2200C ;所述热塑性聚醚聚氨酯弹性体注塑方式中，注塑压力65kg、流速25%、温度 200 — 215 。
所述涂胶过程中胶为TPU专用单组份溶剂型胶粘剂。
所述热塑性聚氨酯弹性体需经除湿干燥,含水量<300ppm(mg/kg)。
本发明中，下料即用锯床把无缝钢管按尺寸要求锯截；机械加工是用车、铣、刨、磨对无缝钢管加工成一定尺寸，一定粗糙度的零部件；另外，抛丸是用抛丸机清理无缝钢管表面上的如锈等污物，使其露出金属光泽；加工螺旋状槽即用车床在无缝钢管外表面加工出螺旋状的槽；抛光就是注塑完成后通过抛光设备对其进行打磨，提高表面的光洁度；注塑成型过程中一般使用螺杆式注射机来完成，也可用挤出成型方式。
本发明中的热塑性聚氨酯弹性体(Thermoplastic polyurethane),以下简称 TPU,是介于橡胶和塑料的一类高分子材料，可加热塑化，化学结构上没有或很少交联，其分子基本是线性的，然而却存在一定的物理交联。
热塑性聚氨酯弹性体即TPU的主要特性有硬度范围广、有好的弹性、抵抗变形，刻痕和划伤的能力和耐磨性；承载能力、抗冲击性及减震性能突出。TPU的玻璃态转变温度比较低,在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。且耐油、耐水、耐霉菌,再生利用性好。
尽管TPU具有适合作为矿用单体液压支柱或综采支架立柱密封面使用的诸多优点，但在实际使用过程中却有很难克服的技术问题，如该种材料与金属材料的结合力不好， 较差的附着能力会容易出现复合层从基体材料上脱离等。具体分析如下一是包合力，TPU本身具有优良的性能，但是和钢铁的包合力不好；二是加工性方面， 加工温度窄，温度太高料分解变黄；三是水份控制，烘干不完全，环境影响都会使材料吸水， 在注塑时会使产品表面出现气泡；四是注不满。
首先针对包合力钢表面和TPU出现的结合问题，先是想到车槽和滚花来解决，但效果不明显，又考虑到TPU是熔融状态包支柱，一个热一个冷，热突然遇冷，必然凝结，所以想到给支柱加温。经过加温的支柱和TPU的包合力增强；并还可以通过加胶黏剂来解决这个问题。
二是加工性TPU的加工主要由水份控制和加工温度调节，TPU的加工条件相对于其他高分子材料比较窄，主要体现在水份控制和加工温度上。TPU加工温度可调节，越低越好。加工温度太高，又因原料注塑过程中在螺杆里面放太久会造成料碳化分解，物性下降， 因此要特别注意加工工艺的控制。
三是水份水份控制是TPU加工前期最主要的要求，TPU中含水量小于300ppm(mg/ kg)。TPU本身有非常强的吸水性，其吸水性能不亚于干燥剂。经烘干过的TPU粒子暴露在空气中15分钟，必须重新烘干才能加工。水份过高加工过程中会出现气泡和表面不光滑。 加料后期，因有一定时间或空气湿度大，样料经过烘干加入料斗之后会吸水，导致表面出现气泡。增加除湿步骤使后期样料在料斗吸水降低。
在活柱或活塞杆表面加工螺旋状槽或涂胶，前者可以使注塑层深入到槽里面，防止复合层脱落；后者增加一个金属材料与TPU之间的过渡层，增强结合力。
活柱或活塞杆在生产过程中，大尺寸的活柱与TPU材料注塑成型难度大，大尺寸工件复合TPU材料具有一定的难度，本发明中通过对材料的除湿干燥及工件预热解决。
本发明中的在活柱或活塞杆上的注塑层，在保证一定硬度的基础上具有良好的弹性；活柱耐腐蚀，耐磨、防炮崩，是一种理想的采煤工作面支护的环保型产品。
本发明中的活柱或活塞杆维修方便，把I. 5 一 3毫米的注塑层用车床车掉，在注塑上一层即可。如果在井下，如果复合层破坏的不严重，清理一下破坏的密封面，涂上专用粘合剂，粘合剂凝固后，锉刀挫一下，砂纸打磨光滑，即可。
本发明的生产方法简单易行，涂层厚度又不受限制。另外，注塑层针对单体液压支柱或综采支架立柱活塞具有优异的附着力，具有耐油、耐水、耐腐蚀、防炮崩的性能，在较高硬度下良好弹性的特点，且易于修复。本发明中的产品不但能够满足上述工况下的生产使用要求，同时，确保了修复后的密封性能，保证了煤矿企业的正常生产，避免设备的浪费。
图I为本发明中的方法流程图具体实施方式
实施例I以27SiMn无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚酯聚氨酯弹性体为复合层；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度120°C、烘干时间I. 5小时，成A备用，涂胶过程中胶为TPU专单组份溶剂型胶粘剂；热塑性聚氨酯弹性体经过干燥后成B备用，烘干温度95°C、烘干时间3小时，热塑性聚氨酯弹性体经除湿干燥，含水量290ppm(mg/kg);将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
其中，注塑压力65kg、流速25%、温度215°C。
下料即用锯床把无缝钢管按尺寸要求锯截；机械加工是用车、铣、刨、磨对无缝钢管加工成一定尺寸，一定粗糙度的零部件；另外，抛丸是用抛丸机清理无缝钢管表面上的如锈等污物，使其露出金属光泽；加工螺旋状槽即用车床在无缝钢管外表面加工出螺旋状的槽；抛光就是注塑完成后通过抛光设备对其进行打磨，提高表面的光洁度；注塑成型过程中一般使用螺杆式注射机来完成，也可用挤出成型方式。
所用材料可在市场上购买。
实施例2以27SiMn无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚醚聚氨酯弹性体为复合层材料；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度120°C、烘干时间I. 5小时，成A备用，涂胶过程中胶为TPU专用单组份溶剂型胶粘剂；热塑性聚氨酯弹性体经过干燥后成B备用，烘干温度95°C、烘干时间3小时，热塑性聚氨酯弹性体经除湿干燥，含水量290ppm(mg/kg);将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
其中，注塑压力65kg、流速25%、温度210°C。
下料、机械加工、抛丸等步骤操作同实施例I。实施例3以27SiMn无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚醚聚氨酯弹性体为复合层材料；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度130°C、烘干时间I小时，成A备用，涂胶过程中胶为TPU专用单组份溶剂型胶粘剂；热塑性聚氨酯弹性体经过干燥后成B备用，烘干温度80°C、烘干时间4小时，热塑性聚氨酯弹性体经除湿干燥， 含水量280ppm(mg/kg);将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光， 即得活柱或活塞杆成品。
其中，注塑压力65kg、流速25%、温度215°C。
下料、机械加工、抛丸等步骤操作同实施例I。
实施例4以27SiMn无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚酯聚氨酯弹性体为复合层材料；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度110°C、烘干时间2小时，成A备用，涂胶过程中胶为TPU专用单组份溶剂型胶粘剂；热塑性聚氨酯弹性体经过干燥后成B备用，烘干温度120°C、烘干时间2小时，热塑性聚氨酯弹性体经除湿干燥，含水量270ppm(mg/kg);将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
其中，注塑压力65kg、流速25%、温度220°C。
下料、机械加工、抛丸等步骤操作同实施例I。
实施例5以27SiMn无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚酯聚氨酯弹性体为复合层材料；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状方法槽或涂胶后烘干，烘干温度115°C、 烘干时间1. 8小时，成A备用，涂胶过程中胶为单组份溶剂型胶粘剂；热塑性聚氨酯弹性体经过干燥后成B备用，烘干温度100°C、烘干时间3. 5小时，热塑性聚氨酯弹性体经除湿干燥，含水量285ppm(mg/kg);将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
其中，注塑压力65kg、流速25%、温度205°C。
下料、机械加工、抛丸等步骤操作、原料同实施例I。
性能比较表
权利要求
1.单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法,包括,其特征在于包括以下步骤 步骤(I):以无缝钢管为活柱或活塞杆基体，热塑性聚氨酯弹性体为复合层材料； 步骤(2):无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，烘干温度110-13CTC、烘干时间1-2小时；步骤(3):热塑性聚氨酯弹性颗粒体经过干燥，烘干温度80-120°C、烘干时间2-4小时； 步骤(4):通过注塑成型使步骤(3)中干燥后的热塑性聚氨酯弹性体注塑在步骤(2)中烘干后的无缝钢管表面形成一层复合层，抛光，即得活柱或活塞杆成品。
2.根据权利要求I中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于无缝钢管为27SiMn无缝钢管。
3.根据权利要求I中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于热塑性聚氨酯弹性体为热塑性聚酯聚氨酯弹性体、热塑性聚醚聚氨酯弹性体。
4.根据权利要求3中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于所述热塑性聚酯聚氨酯弹性体注塑方式中，注塑压力65kg、流速25%、温度 205-220 °C。
5.根据权利要求3中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于所述热塑性聚醚聚氨酯弹性体注塑方式中，注塑压力65kg、流速25%、温度200-215。。。
6.根据权利要求4-5任一项中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在注塑厚度为I. 5-3mm。
7.根据权利要求I中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于所述涂胶过程中胶为TPU专用单组份溶剂型胶粘剂。
8.根据权利要求I中所述的单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于所述热塑性聚氨酯弹性体需经除湿干燥，含水量<300ppm。
全文摘要
本发明属于矿用支护设备中的单体液压支柱及液压支护设备中的综采支架生产领域，尤其涉及一种单体液压支柱中活柱或综采支架立柱活塞杆的生产方法，其特征在于选择以无缝钢管为活柱或活塞杆基体、热塑性聚氨酯弹性体为复合层材料；无缝钢管依次经过下料、机械加工、抛丸、加工螺旋状槽或涂胶后烘干，成A备用；热塑性聚氨酯弹性体颗粒经过干燥后成B备用；将B通过注塑成型方式注塑在A的表面形成一层复合层后，抛光，即得活柱或活塞杆成品。本发明中单体液压支柱或综采支架立柱在使用过程中不仅耐腐蚀、防炮崩，相应使用时间长、维修成本低，而且具有方法简单、生产成本低的特点。
文档编号E21D15/51GK102979538SQ20121052054
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者王学伟, 张永军 申请人:北川万德福机电产品研发实验室