再制造技術(shù)在煤礦設(shè)備中的應(yīng)用分析

馬曉燕，宋衛(wèi)軍，項(xiàng) 榆，高衛(wèi)紅

（1.陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西榆林 719300；2.陜北礦業(yè)公司，陜西榆林 719000）

0 引言

再制造技術(shù)的應(yīng)用是基于裝備和產(chǎn)品的全壽命周期，將恢復(fù)廢舊裝備的使用價(jià)值作為目標(biāo)，基于優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材，采用先進(jìn)的技術(shù)，借助產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)組織方式對(duì)廢舊裝備實(shí)施修復(fù)的一系列技術(shù)應(yīng)用。再制造技術(shù)符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展倡導(dǎo)的資源節(jié)約、環(huán)境友好理念。煤礦中的許多裝備如液壓支架油缸、刮板機(jī)都可以采用再制造技術(shù)，為企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 再制造技術(shù)的基本內(nèi)涵

再制造技術(shù)是針對(duì)已報(bào)廢或存在故障的設(shè)備，針對(duì)已發(fā)生磨損的零部件，結(jié)合磨損部位，磨損程度，評(píng)估其修復(fù)價(jià)值，提以其使用壽命，實(shí)現(xiàn)預(yù)期價(jià)值。再制造技術(shù)要保證工藝設(shè)計(jì)的合理性，借助制造技術(shù)的選擇，恢復(fù)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(shù)針對(duì)各類(lèi)失效原因采取相應(yīng)的措施，對(duì)報(bào)廢零部件加以修復(fù)，使其使用壽命得以延長(zhǎng)，提升廢舊零部件的使用價(jià)值。

再制造區(qū)別于制造，制造是對(duì)原材料實(shí)施加工，生產(chǎn)出具有特定功能與作用的產(chǎn)品，而再制造針對(duì)已到達(dá)發(fā)生磨損或已達(dá)到壽命的產(chǎn)品，恢復(fù)其性能與功期恢復(fù)到新品的標(biāo)準(zhǔn)。與制造新品相比，產(chǎn)品采用再制造技術(shù)成本可以降低40%，還可以節(jié)能50%，原材料節(jié)省60%，對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響能降低60%，對(duì)于拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、擴(kuò)大就業(yè)、提升企業(yè)效益有著積極作用。

再制造技術(shù)不同于傳統(tǒng)模式的維修。維修是指為了保證設(shè)備可靠運(yùn)行而采取的維護(hù)修理措施，體現(xiàn)出隨機(jī)性、原位性、動(dòng)態(tài)化、應(yīng)急性的特點(diǎn)。再制造具有制造的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)意義維修加以外延，可以為理解為維修的高級(jí)階段。維修針對(duì)存在故障，難以穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備，多采用更換零部件的方式，難以實(shí)現(xiàn)批量化；零部件在維修后難以保證質(zhì)量、性能完全達(dá)到原有的狀態(tài)。再制造的實(shí)現(xiàn)基于報(bào)廢零部件，采用表面處理的方式進(jìn)行修復(fù)，有利于提升產(chǎn)品性能、延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。

2 煤礦設(shè)備應(yīng)用再制造技術(shù)

2.1 再制造方法的設(shè)計(jì)

煤礦設(shè)備工作條件惡劣，許多設(shè)備的使用壽命較短，再制造技術(shù)的應(yīng)用有利于降低設(shè)備費(fèi)用。廢舊設(shè)備應(yīng)用再制造技術(shù)要考慮到總體設(shè)計(jì)，明確再制造方法，再制造的工藝設(shè)計(jì)，保證設(shè)備再制造后具有最大化的效益。再制造設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)效果。再制造技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是保證質(zhì)量控制效果，其成型技術(shù)與表面技術(shù)是再制造技術(shù)應(yīng)用的核心。

2.2 設(shè)備無(wú)損拆解技術(shù)與清洗技術(shù)的應(yīng)用

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

（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(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，還要保證低成本。當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)的建模、受力分析、分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。再制造技術(shù)下的修復(fù)要盡可能實(shí)現(xiàn)無(wú)損拆解，盡量采用非化學(xué)清洗方法去除部件表面的污染物。當(dāng)前主流的清洗方法包括軟質(zhì)磨料噴砂、高壓水射流清洗、超聲清洗等。

（3）煤礦企業(yè)應(yīng)用再制造技術(shù)多用于采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)中部、槽液壓支架等，還可以應(yīng)用于產(chǎn)品價(jià)值高、長(zhǎng)期使用易磨件，如針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有多種零部件的采煤機(jī)箱體也可以應(yīng)用于立柱千斤頂、減速器齒軸、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵零部件。

（4）制造工藝路線的確定要結(jié)合零部件運(yùn)行中的工作狀態(tài)與使用特點(diǎn)，結(jié)合零部件材質(zhì)的特點(diǎn)，確定處理工藝，為零部件再制造修復(fù)創(chuàng)造有利的條件。

2.3 零部件的檢測(cè)與剩余價(jià)值評(píng)估

針對(duì)再制造技術(shù)的應(yīng)用，要檢測(cè)廢舊設(shè)備，檢測(cè)要結(jié)合軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、齒類(lèi)、轉(zhuǎn)子、薄壁類(lèi)等零部件的使用特點(diǎn)，分析其磨損、變形程序，還要確定存在的缺陷，如裂紋、焊縫開(kāi)裂應(yīng)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(píng)估后續(xù)使用壽命，依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中典型零部件的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能明確定產(chǎn)品的應(yīng)力部位，并預(yù)估剩余壽命。當(dāng)前，已經(jīng)有多家公司開(kāi)發(fā)出剩余壽命評(píng)估模型用于產(chǎn)品的再制造，為方案的確定提供了有價(jià)值的依據(jù)。

2.4 關(guān)鍵設(shè)備的診斷

隨著設(shè)備管理方式的轉(zhuǎn)變，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)更傾向于主動(dòng)預(yù)防性維修。特別是當(dāng)前煤礦設(shè)備在向著機(jī)電液一體化、智能化的方向發(fā)展，需要借助先進(jìn)、可靠、綜合性的故障診斷技術(shù)。故障診斷技術(shù)應(yīng)用于煤礦的關(guān)鍵部件，可以準(zhǔn)確分析出運(yùn)行過(guò)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(fù)時(shí)間的確定提供直接依據(jù)。

2.5 再制造技術(shù)的選擇

不同煤礦設(shè)備涉及到不同類(lèi)別的關(guān)鍵零部件，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)、評(píng)估分析剩余壽命之后，要結(jié)合其特點(diǎn)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(fù)合電刷鍍等技術(shù)。再制造技術(shù)的選擇要結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn)、材料、結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境等，綜合分析后確定煤礦軸類(lèi)、箱體類(lèi)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(shù)在煤礦設(shè)備中的應(yīng)用案例

煤礦設(shè)備報(bào)廢的主要原因是設(shè)備部分零部件發(fā)生磨損，而設(shè)備的其他零部件依然完好，具有使用價(jià)值。某煤礦企業(yè)存在大量的液壓支架，局部易發(fā)生磨損導(dǎo)致油缸失效，可以發(fā)揮再制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，油缸鍍層選擇了刷鍍工藝修復(fù)。再制造工藝應(yīng)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(huì)受到電極作用。電解液中的零件表面上會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，金屬原子后會(huì)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(duì)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(cè)：采用渦流檢測(cè)，以確定應(yīng)力集中部位。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30565—2014，儀器型號(hào)TYC-01，探頭為差動(dòng)式探頭，校準(zhǔn)試塊HS-3，檢測(cè)頻率為200 kHz，檢測(cè)靈敏度為0.5 mm，通孔信號(hào)相位為10°，探頭周向掃查，掃查速度小于20 m/min。檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)19 處應(yīng)力集中，提示發(fā)生了早期磨損。

（3）設(shè)計(jì)修復(fù)工藝：設(shè)計(jì)修復(fù)工藝依據(jù)損壞程度，編制工藝規(guī)程、工藝技術(shù)參數(shù)。缺陷深度大于0.5 mm 的部分先進(jìn)行冷焊打底，在修磨后實(shí)施電刷鍍修復(fù)。磨損深度如果大于0.5 mm，可以采用直接電刷鍍的方式進(jìn)行修復(fù)。冷焊前先要對(duì)有缺陷部位進(jìn)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(wú)氣孔、夾渣等，保證焊接后無(wú)缺陷。焊后要對(duì)堆焊表面加以修磨，修復(fù)要注意保證曲線與工件原設(shè)計(jì)尺寸一致性，還要保證粗糙度。修磨檢驗(yàn)合格后進(jìn)行電刷鍍，表面電刷鍍前先要對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理，可以使用丙酮徹底清洗表面，非鍍面要進(jìn)行遮蔽，然后進(jìn)行電凈、水洗、活化、鍍底鎳、恢復(fù)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(jié)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(wú)油污。為了保證后續(xù)鍍層與基體可以緊密結(jié)合，先進(jìn)行預(yù)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(qiáng)度。電流23～25 A，持續(xù)時(shí)間1～2 min。鍍后用自來(lái)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(guò)電刷鍍工藝實(shí)現(xiàn)了功能恢復(fù)，磨損部位得以修復(fù)，綜合效果明顯。實(shí)踐表明，采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)煤礦設(shè)備修復(fù)具有投資少、操作方便、快捷、鍍層穩(wěn)定性好、沉積快、結(jié)合強(qiáng)度高等多方面優(yōu)勢(shì)，這修復(fù)方法可以廣泛用于多種零部件的修復(fù)，具有廣闊的適用范圍。此外，此方法還體現(xiàn)出對(duì)環(huán)境污染程度小、省水、省電等優(yōu)勢(shì)，可用機(jī)械維修中，特別是修復(fù)成本僅為新品的10%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與潛在價(jià)值。

4 建議

（1）煤礦企業(yè)在設(shè)備管理中要轉(zhuǎn)變?cè)械乃季S，要意識(shí)到現(xiàn)代科技進(jìn)步對(duì)于設(shè)備再制造的推動(dòng)作用，要結(jié)合實(shí)際規(guī)劃選擇再制造方法，以保證技術(shù)的實(shí)用性。

（2）設(shè)備再制造工程要與科技創(chuàng)新相結(jié)合，發(fā)揮新材料、新工藝、新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以推動(dòng)再制造工程的實(shí)現(xiàn)，以降低煤礦企業(yè)設(shè)備的維護(hù)支出。再制造產(chǎn)品還要加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)，以保證產(chǎn)品的可靠性。

（3）再制造工程在企業(yè)的應(yīng)用要發(fā)揮產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的推動(dòng)作用。煤炭企業(yè)要與科研院所、再制造專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)展開(kāi)合作，基于互利互惠的合作模式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)利益共擔(dān)，通過(guò)合作實(shí)現(xiàn)共贏。

5 結(jié)束語(yǔ)

借助再制造技術(shù)對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備零部件實(shí)施修復(fù)是一項(xiàng)具有綜合效果的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。借助表面處理技術(shù)可以將廢舊的零部件加以修復(fù)，體現(xiàn)出工藝可靠，易于實(shí)施，操作簡(jiǎn)便，能源消耗低、修復(fù)快捷、方便等優(yōu)勢(shì)。修復(fù)過(guò)程體現(xiàn)出綠色、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)時(shí)等特點(diǎn)。針對(duì)煤礦設(shè)備，要結(jié)合再制造技術(shù)的應(yīng)用，要不斷研究新的方法，以最大限度實(shí)現(xiàn)廢舊零部件再回收、再利用、再制造，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益。