淺析掘進機再制造清洗技術應用

趙 斌

(中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100)

隨著我國城市發展和基礎建設不斷擴大，配套隧道施工的掘進機設備數量也越來越多，目前國內市場掘進機保有量已超過2 000臺，掘進機生產主機廠商和部分施工單位都大量保有掘進機設備，對設備的翻新利用所涉及的再制造技術，目前已基本形成各自的一定技術體系，但對其應用情況和對生產效率的影響，需要進一步分析。

掘進機產品從施工隧道出來后，其零部件表面清洗是整機再制造的第一道也是非常重要的工序，對其檢測零件表面尺寸精度、判定形狀、位置精度、表面粗糙度、相關性能、磨蝕磨損及黏著情況等失效形式，起著重要作用，因其產品部件重量和外形尺寸非常大，也是批量再制造生產的瓶頸工序，是掘進機再制造生產的基礎。零部件表面清洗的質量，影響再制造加工及裝配，對再制造產品的質量具有非常重要的影響。

1 掘進機再制造清洗技術概述

1.1 掘進機再制造清洗技術

掘進機再制造清洗技術在整機再制造技術體系中占有非常重要的地位，具體是采用機械、物理、化學和電化學等方法清除產品或零部件表面的各種污物(灰塵、油污、水垢、積炭、舊漆層和腐蝕層等)的技術過程。表面的清洗對零部件表面形狀及性能鑒定的準確性、再制造產品質量和服役壽命均具有重要影響[1]。

1.2 清洗技術的意義

掘進機產品零件的磨損與腐蝕失效是導致產品運行性能下降的重要因素之一，采用高效的表面工程技術，將可以實現失效件的表面尺寸及性能的恢復或提升，從而改變當前以尺寸修復法和換件法為主的掘進機再制造產業生產模式，提高廢舊產品零部件的利用率，提升企業生產效益[2]。

2 再制造清洗技術分類

2.1 再制造清洗工藝介紹

1)壓力清洗工藝。

最常見應用各種方式的壓力，如高壓沖洗、中壓沖洗、混合介質沖洗、負壓吸附等，可以產生較好的清洗力，去除表面污漬。

高壓噴射清洗原理：通過噴嘴把加壓(一般為10 MPa以上)的清洗液噴射出來，用以沖擊清洗物表面，使液體高速運動產生的沖擊力及流體在清洗對象表面流動，使部件表面達到清潔目的，高壓噴射流體流量越大，噴射流體的速度越高，形成的噴射壓力也越大，清洗效果與噴射距離等也有關系[3]，需要在實際應用中明確其工藝參數。

2)浸液清洗工藝。

掘進機出洞及拆解過程中，有許多連接件、機工件，可將待清洗對象侵入在專用清洗液中浸泡、濕潤而達到洗凈的目的。該工藝在清洗和沖洗時，需在不同洗槽中進行，可采用通過式或反復式。分多次進行的浸泡清洗可以使工件表面達到較高的潔凈度，適用于對數量多、表面處理要求高的小件清洗對象進行清洗。

3)摩擦清洗工藝。

掘進機施工中有殘留一些水泥漿塊、泥塊等一些不易去除的污垢，使用摩擦的方法往往能取得較好的效果。如在盾體、刀盤外表面，向表面噴射清洗液的同時，可以使用砂子、鋼丸，可以更加有效地去除表面異物。使用磨機對砂漿罐內壁進行摩擦式清理，配合用鋼絲刷擦拭，能取得更好的清理、清洗效果。

2.2 化學清洗工藝

掘進機施工過程中，其大量管道內部易殘留泥漿、污垢等異物，不便使用其他辦法清洗，這時適合使用化學清洗工藝，利用化學試劑與污垢發生化學反應，使污垢解離并溶解分散到清洗液中。借助清洗劑對物體表面污染物或覆蓋層進行化學轉化、溶解、剝離，以達到清洗的目的[4]。化學清洗一般分為酸洗、水沖洗、鈍化3個步驟，其中酸洗是化學清洗的核心過程，鈍化是保證清洗后構件表面防銹能力的關鍵[5]。

2.3 高頻震動(超聲波)清洗技術

高頻震動清洗技術主要為超聲波清洗技術，由電磁振蕩器、超聲波發生器和清洗槽組成。電磁振蕩器產生的單頻率簡諧電信號(電磁波)通過超聲波發生器轉化為同頻超聲波，通過清洗介質傳遞到清洗對象，換能器是將超聲波發生器提供的電信號轉換為機械振動，直接用機械方法使物體振動而產生超聲波。超聲波清洗工藝參數主要包括振動頻率、功率密度、清洗液溫度和清洗時間等，對于掘進機核心部件主驅動的精密零件，可以采用該方法取得較好的清洗效果并保證清潔度[6]。超聲波清洗原理如圖1所示。

圖1 超聲波清洗原理圖

2.4 激光清洗工藝

掘進機設備組成復雜，施工后不少部件機械加工面處于銹蝕狀態，可以使用激光清洗工藝，激光清洗機可以發射具有高能量的扇形光束，聚焦激光可形成100～300 W/cm2功率密度的照射能力，當把激光束聚焦于機械加工件表面10 mm左右時，在極短時間內把光能變成熱能，將表面的污垢熔化，達到去除銹蝕的效果，主要機制包括熱膨脹、氣化、燒蝕、爆炸等，可在不熔化金屬、木材的前提下把表面的銹垢和異物除去，而且能防止基材銹蝕并大大提高金屬材料的防腐蝕性能[7]。

3 掘進機典型部件清洗技術應用

3.1 大部件表面清洗

掘進機設備大部件主要包括刀盤、盾體、螺旋機、拼裝機、后配套臺車等[8]，在隧道施工出洞后，已處于拆解狀態，由運輸車輛裝載至清洗場地，其結構件表面有大量的油污、泥渣等，一般配備高壓清洗機、水刀砂清洗機，對其表面進行沖洗，沖洗壓力設置在35～50 MPa，可以對表面進行有效沖洗。

需要注意的是，清洗的同時會造成沖洗液(主要為水)污染，清洗場地需要設置有沉淀池或水過濾裝置，為節約用水，降低生產成本，一般采用水循環過濾系統，配置泥水分離器等系列設備設施。

3.2 精密小件清洗

可采用通過式超聲波清洗設備(見圖2)，主要作業流程包括上料、超聲清洗、噴淋漂洗、瀝干、烘干、下料等工序。清洗參數主要包括清洗時間300 s、清洗溫度(50±5) ℃、超聲頻功率及頻率12 kW/28 kHz，清洗介質為混合水溶液。全過程程序自動設置，生產節拍最快可達到15 min/組，主要清洗對象為掘進機液壓閥塊、雙頭螺柱、小齒輪組件等數量多的小件。

圖2 通過式超聲波清洗機

3.3 激光清洗機

掘進機產品部分工件呈不規則形狀，并且部分工件隨部件連接不易拆解，當其需要除銹清洗時，常規辦法往往是拆除后清洗，而使用激光清洗機技術，可以處理存在復雜架構的工件，許多縫隙等不易清洗的部位也可以達到清洗的目的。手持式激光清洗機除銹作業如圖3所示。

激光清洗技術仍舊存在設備價格昂貴、測速試驗冗長等弱點，然而，掘進機產品再制造過程中，業內人員已經看到其技術在量化生產中的巨大作用和技術強項。

3.4 散熱器在線清洗

板式散熱器作為掘進機設備水循環系統中重要的部件，循環水在散熱過程中易產生水垢，其再制造生產的清洗工序必不可少，現有技術通常做法是人工拆解板式散熱片，將許多散熱片平鋪開利用人工進行刷洗，以達到清除表面污垢的目的。

圖3 手持式激光清洗機除銹作業

因此，可制作循環通過式清洗裝置，實現對散熱器通過在線運行清洗，可以大大提高清洗效率和質量，通過裝有清洗液的溶液罐，與散熱器進水口連接，啟動泵對內部進行清洗液循環，出水口安裝出口檢測器，在線檢測清洗效果，達到省去人工拆解、清洗、組裝等工序，快捷有效對部件實現清洗效果，并且保證清洗質量。板式散熱器通過式清洗原理如圖4所示。

圖4 板式散熱器通過式清洗原理

4 掘進機再制造清洗技術發展趨勢

掘進機再制造清洗過程是典型的勞動密集型崗位，作業勞動強大，作業環境差。隨著掘進機再制造規模的擴大和對生產效率的要求越來越高，對低運行成本的清洗系統的需求不斷增加，促進了自動化清洗技術在再制造清洗行業中的應用。目前已經有很多自動化清洗技術的應用實例。這種技術的集中應用表現在清洗生產線、清洗機器人的開發和研制。因此，清洗的自動化已經成為清洗技術發展的趨勢[9]。

5 結語

掘進機再制造清洗技術的高效應用可有效降低資源浪費。在不同的清洗技術支持下，以最小的生產成本獲得最大的經濟效益[10]。通過上述結論，大型工程機械結構件可通過高壓沖洗技術快速完成清洗，精密小型復雜零件在超聲波、激光清洗等先進的清洗技術下可煥然一新，過濾器、散熱器等零部件可使用在線循環清洗完成內部除垢除銹，恢復其使用性能。大型工程施工機械可根據各部件尺寸、材質等不同屬性參考上述清洗技術，快速高效地完成清洗作業任務。上述清洗技術可向其他大型施工機械、隧道設備等方向推廣應用。