再制造技術在煤礦設備中的應用分析

馬曉燕，宋衛軍，項 榆，高衛紅

（1.陜煤集團神南產業發展有限公司，陜西榆林 719300；2.陜北礦業公司，陜西榆林 719000）

0 引言

再制造技術的應用是基于裝備和產品的全壽命周期，將恢復廢舊裝備的使用價值作為目標，基于優質、高效、節能、節材，采用先進的技術，借助產業化生產組織方式對廢舊裝備實施修復的一系列技術應用。再制造技術符合當前社會發展倡導的資源節約、環境友好理念。煤礦中的許多裝備如液壓支架油缸、刮板機都可以采用再制造技術，為企業帶來很大的經濟效益。

1 再制造技術的基本內涵

再制造技術是針對已報廢或存在故障的設備，針對已發生磨損的零部件，結合磨損部位，磨損程度，評估其修復價值，提以其使用壽命，實現預期價值。再制造技術要保證工藝設計的合理性，借助制造技術的選擇，恢復零部件的功能，再制造后零部件在使用中可以替換新品。再制造技術針對各類失效原因采取相應的措施，對報廢零部件加以修復，使其使用壽命得以延長，提升廢舊零部件的使用價值。

再制造區別于制造，制造是對原材料實施加工，生產出具有特定功能與作用的產品，而再制造針對已到達發生磨損或已達到壽命的產品，恢復其性能與功期恢復到新品的標準。與制造新品相比，產品采用再制造技術成本可以降低40%，還可以節能50%，原材料節省60%，對于環境產生的負面影響能降低60%，對于拉動經濟增長、擴大就業、提升企業效益有著積極作用。

再制造技術不同于傳統模式的維修。維修是指為了保證設備可靠運行而采取的維護修理措施，體現出隨機性、原位性、動態化、應急性的特點。再制造具有制造的特點，將傳統意義維修加以外延，可以為理解為維修的高級階段。維修針對存在故障，難以穩定運行的設備，多采用更換零部件的方式，難以實現批量化；零部件在維修后難以保證質量、性能完全達到原有的狀態。再制造的實現基于報廢零部件，采用表面處理的方式進行修復，有利于提升產品性能、延長產品的使用壽命。

2 煤礦設備應用再制造技術

2.1 再制造方法的設計

煤礦設備工作條件惡劣，許多設備的使用壽命較短，再制造技術的應用有利于降低設備費用。廢舊設備應用再制造技術要考慮到總體設計，明確再制造方法，再制造的工藝設計，保證設備再制造后具有最大化的效益。再制造設計要考慮到多種影響因素，如工藝方法的選擇要保證廢舊零部件易于拆卸及分析再制造后的經濟效果。再制造技術應用的關鍵是保證質量控制效果，其成型技術與表面技術是再制造技術應用的核心。

2.2 設備無損拆解技術與清洗技術的應用

（1）要依據煤礦設備的裝配特點研究無損拆解方案，還要考慮到設備運行條件、使用性能要求、零部件材料的特點，明確拆解的要點。

（2）還要研究清潔工藝。再制造零部件的清潔要基于高效、清潔，降低對環境的負面影響，還要保證低成本。當前技術的應用包括結構的建模、受力分析、分析產品結構。再制造技術下的修復要盡可能實現無損拆解，盡量采用非化學清洗方法去除部件表面的污染物。當前主流的清洗方法包括軟質磨料噴砂、高壓水射流清洗、超聲清洗等。

（3）煤礦企業應用再制造技術多用于采煤機、刮板輸送機中部、槽液壓支架等，還可以應用于產品價值高、長期使用易磨件，如針對結構復雜、有多種零部件的采煤機箱體也可以應用于立柱千斤頂、減速器齒軸、電動機轉子等關鍵零部件。

（4）制造工藝路線的確定要結合零部件運行中的工作狀態與使用特點，結合零部件材質的特點，確定處理工藝，為零部件再制造修復創造有利的條件。

2.3 零部件的檢測與剩余價值評估

針對再制造技術的應用，要檢測廢舊設備，檢測要結合軸類、盤類、齒類、轉子、薄壁類等零部件的使用特點，分析其磨損、變形程序，還要確定存在的缺陷，如裂紋、焊縫開裂應力變化等，確定其受損程度；使用有限元分析軟件加以綜合分析，如Ansys、MSC-Fitigue 軟件，評估后續使用壽命，依據數據庫中典型零部件的評價標準，能明確定產品的應力部位，并預估剩余壽命。當前，已經有多家公司開發出剩余壽命評估模型用于產品的再制造，為方案的確定提供了有價值的依據。

2.4 關鍵設備的診斷

隨著設備管理方式的轉變，設備維護保養更傾向于主動預防性維修。特別是當前煤礦設備在向著機電液一體化、智能化的方向發展，需要借助先進、可靠、綜合性的故障診斷技術。故障診斷技術應用于煤礦的關鍵部件，可以準確分析出運行過程中存在的故障隱患，分析其可靠性，為再制造方案的選擇、修復時間的確定提供直接依據。

2.5 再制造技術的選擇

不同煤礦設備涉及到不同類別的關鍵零部件，經過無損檢測、評估分析剩余壽命之后，要結合其特點選擇再制造工藝方法，如采用等離子熔覆、激光熔覆、高速電弧噴涂、納米復合電刷鍍等技術。再制造技術的選擇要結合設備的特點、材料、結構、使用環境等，綜合分析后確定煤礦軸類、箱體類零部件失效后最佳的工藝方法，以保證再制造工藝的合理性。

3 再制造技術在煤礦設備中的應用案例

煤礦設備報廢的主要原因是設備部分零部件發生磨損，而設備的其他零部件依然完好，具有使用價值。某煤礦企業存在大量的液壓支架，局部易發生磨損導致油缸失效，可以發揮再制造技術的優勢，油缸鍍層選擇了刷鍍工藝修復。再制造工藝應用電解工藝的原理是電解液中存在大量的金屬離子，通電會受到電極作用。電解液中的零件表面上會發生還原反應，金屬原子后會沉積于表面，形成具有一定厚度的鍍層。具體流程如下：

（1）清洗：對存在缺陷油的缸筒拆檢，徹底清洗活柱、中缸的表面，檢查失效形式。

（2）檢測：采用渦流檢測，以確定應力集中部位。依據標準GB/T 30565—2014，儀器型號TYC-01，探頭為差動式探頭，校準試塊HS-3，檢測頻率為200 kHz，檢測靈敏度為0.5 mm，通孔信號相位為10°，探頭周向掃查，掃查速度小于20 m/min。檢測共發現19 處應力集中，提示發生了早期磨損。

（3）設計修復工藝：設計修復工藝依據損壞程度，編制工藝規程、工藝技術參數。缺陷深度大于0.5 mm 的部分先進行冷焊打底，在修磨后實施電刷鍍修復。磨損深度如果大于0.5 mm，可以采用直接電刷鍍的方式進行修復。冷焊前先要對有缺陷部位進行打磨處理，要注意徹底去除表面的疲勞層，然后徹底清理干凈。堆焊中要力求無氣孔、夾渣等，保證焊接后無缺陷。焊后要對堆焊表面加以修磨，修復要注意保證曲線與工件原設計尺寸一致性，還要保證粗糙度。修磨檢驗合格后進行電刷鍍，表面電刷鍍前先要對表面進行預處理，可以使用丙酮徹底清洗表面，非鍍面要進行遮蔽，然后進行電凈、水洗、活化、鍍底鎳、恢復鍍厚、打磨。

表面打磨是為了有效去除表面上的毛剌及疲勞層，保證待鍍表面的平整、光滑。打磨至露出金屬基體，這樣鍍層與基體結合才可以保證效果。電凈處理要去除打磨后工件殘留的鐵屑與油污，以保證表面潔凈無油污。為了保證后續鍍層與基體可以緊密結合，先進行預鍍，底層鎳鍍要保證表面均勻。然后再次刷鍍層增加厚度。鍍層要保證硬度、耐磨、耐腐，具有一定的強度。電流23～25 A，持續時間1～2 min。鍍后用自來水徹底清洗沖刷，保證電刷鍍表面和鄰近部位不能有殘留物，然后用壓縮空氣吹干，尺寸檢查合格后涂防銹上防銹油。

再制造后，液壓支架通過電刷鍍工藝實現了功能恢復，磨損部位得以修復，綜合效果明顯。實踐表明，采用電刷鍍技術修復煤礦設備修復具有投資少、操作方便、快捷、鍍層穩定性好、沉積快、結合強度高等多方面優勢，這修復方法可以廣泛用于多種零部件的修復，具有廣闊的適用范圍。此外，此方法還體現出對環境污染程度小、省水、省電等優勢，可用機械維修中，特別是修復成本僅為新品的10%，具有良好的經濟效益與潛在價值。

4 建議

（1）煤礦企業在設備管理中要轉變原有的思維，要意識到現代科技進步對于設備再制造的推動作用，要結合實際規劃選擇再制造方法，以保證技術的實用性。

（2）設備再制造工程要與科技創新相結合，發揮新材料、新工藝、新技術的優勢，以推動再制造工程的實現，以降低煤礦企業設備的維護支出。再制造產品還要加強質量檢測，以保證產品的可靠性。

（3）再制造工程在企業的應用要發揮產、學、研結合的推動作用。煤炭企業要與科研院所、再制造專業機構展開合作，基于互利互惠的合作模式，實現風險利益共擔，通過合作實現共贏。

5 結束語

借助再制造技術對煤礦機械設備零部件實施修復是一項具有綜合效果的優勢產業。借助表面處理技術可以將廢舊的零部件加以修復，體現出工藝可靠，易于實施，操作簡便，能源消耗低、修復快捷、方便等優勢。修復過程體現出綠色、環保、節能、節時等特點。針對煤礦設備，要結合再制造技術的應用，要不斷研究新的方法，以最大限度實現廢舊零部件再回收、再利用、再制造，以實現經濟效益、社會效益、環境效益。