工程機械再制造及其關(guān)鍵技術(shù)探究

劉洪亮

摘 要：作為近幾年新興技術(shù)，再制造工程技術(shù)在節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)成本等方面優(yōu)勢顯著。其技術(shù)應(yīng)用主要是以產(chǎn)品全壽命周期為依據(jù)，對廢舊機械借助先進技術(shù)手段進行二次利用，實現(xiàn)對其機械作用與價值的最大化體現(xiàn)。文章從工程機械再制造技術(shù)概念與特點的分析入手，總結(jié)在節(jié)能減排中應(yīng)用再制造技術(shù)的價值，在此基礎(chǔ)上闡明機械再制造中關(guān)鍵技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：再制造;節(jié)能減排;關(guān)鍵技術(shù);工程機械

中圖分類號： TH16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）04-0060-03

0 引言

工程機械的應(yīng)用涉及到水利、公路、港口、建筑、國防、電力等工程領(lǐng)域，而正因工程機械的應(yīng)用范圍廣，且分布數(shù)量大，為再制造工程的發(fā)展創(chuàng)設(shè)良好空間。作為現(xiàn)階段機械制造領(lǐng)域的重點研究學(xué)科，再制造技術(shù)的應(yīng)用存在低成本、環(huán)保、效益高等優(yōu)勢特點，能夠以較低的成本來恢復(fù)機械的性能與質(zhì)量，促使其運行年限得到延長。同時，再制造技術(shù)的合理應(yīng)用，有助于其產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排目標的達成。所以加大對再制造關(guān)鍵技術(shù)的研究，對于推動我國社會可持續(xù)化建設(shè)有著重要影響。

1 再制造概念及其特色分析

再制造技術(shù)一經(jīng)提出便受到世界各國的高度關(guān)注，美國于1990年代提出3R體系，其體系中囊括再制造、再循環(huán)、再利用概念;日本以環(huán)保技能為立足于，提出涵蓋再循環(huán)、減量化以及再利用概念的3R體系;而中國則是依據(jù)對其他國家發(fā)展經(jīng)驗的分析，結(jié)合我國國情提出涵蓋再循環(huán)、再利用、減量化、再制造的4R體系。所謂再制造，是指依據(jù)全壽命周期為依據(jù)，在明確性能提升目標的前提下采用先進技術(shù)進行廢舊機械的恢復(fù)與改造，在符合環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的標準下發(fā)揮出廢舊機械的最大價值與作用。換言之，再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就是借助高新技術(shù)進行廢舊機械的改造與修復(fù)[1]。為確保其再制造行業(yè)的長久化發(fā)展，其特征確定為：以50%成本進行機械的改造與修復(fù)，且修復(fù)后其節(jié)能效果需控制在60%以上;修復(fù)后機械性能需要與新產(chǎn)品機械性能持平，或性能質(zhì)量要優(yōu)越于新產(chǎn)品;機械再制造節(jié)材效果需要控制在70%以上;機械再制造需將對環(huán)境造成的影響控制到最低。

分析國內(nèi)外再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，主要借助對尺寸修理、換件修理方法的應(yīng)用來達到機械性能恢復(fù)的目的[2]。其中換件修理方法的應(yīng)用主要是以全面的零件進行機械損壞、損傷的零件進行替換;尺寸修理則是以相關(guān)零件使用標準為基準，進行零件表面尺寸修復(fù)、改造，將修復(fù)后的零件尺寸控制在標準范圍內(nèi)，進而達到機械再制造的目的。以缸套-活塞環(huán)零件為例，利用鏜缸方法將磨損的零件進行原尺寸精度的恢復(fù)，結(jié)合對大尺寸活塞環(huán)的應(yīng)用來完成對機械的改造。縱觀我國機械再制造領(lǐng)域的發(fā)展，主要是依據(jù)對自動化表面、納米表面等技術(shù)的應(yīng)用進行機械改造恢復(fù)，以期在較低成本的條件下，進行機械設(shè)備性能的恢復(fù)與提升，并達到降低能耗、提升節(jié)能效果的目的。相較于其他國家發(fā)展，目前我國再制造技術(shù)水平已經(jīng)達到世界先進水平[3]。

2 節(jié)能減排中再制造技術(shù)的貢獻

產(chǎn)品費用成本需要以全壽命周期來定義，即從機械產(chǎn)品論證設(shè)計到報廢整個過程涉及的費用[4]。而在以往機械產(chǎn)品成本研究過程中，其研究重點主要放在機械論證、設(shè)計以及制造環(huán)節(jié)[5]。

機械產(chǎn)品的再制造屬于對其生命周期的延伸，或者是為廢舊機械重新規(guī)劃生命周期，在保證其機械發(fā)揮出應(yīng)有的功能與作用基礎(chǔ)上，達到壽命延長的目的[6]。與此同時，再制造技術(shù)的合理應(yīng)用可以實現(xiàn)對環(huán)境的友好型建設(shè)，并通過資源節(jié)約來推動再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。縱觀現(xiàn)階段機械再制造技術(shù)的應(yīng)用，在節(jié)能降耗方面起到以下作用：①材料與能耗節(jié)約。以某再制造企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計為例，某品牌發(fā)動機若再制造量達到5 萬臺/年，其回收附加值可超過16億元，其金屬節(jié)省量將超過3.83萬 t，節(jié)電方面可可實現(xiàn)對7 200 萬 kw·h的節(jié)省，在二氧化碳排放方面，可以減少將近3 000 t的排放量。由此體現(xiàn)出，再制造技術(shù)的合理應(yīng)用有助于降低材料與能源消耗。②機械運維費用縮減。以某自修復(fù)添加劑的應(yīng)用為例，若將該添加劑應(yīng)用于1000輛某型號重型卡車中，可以實現(xiàn)柴油使用量減少800 t/年，換算為成本費用，即每年企業(yè)可縮減成本投入超過400萬元;在潤滑油節(jié)省方面，可實現(xiàn)每年節(jié)約潤滑油使用量超過50萬t，即在潤滑油成本投入方面可以縮減超過60萬元。此外，該技術(shù)的應(yīng)用能夠起到維修成本降低的效果。

而在環(huán)境污染控制方面，再制造技術(shù)的合理應(yīng)用可以做到：①環(huán)境污染控制。以往廢舊機械相關(guān)零部件會通過回爐等方式進行處理，在處理過程中不可避免會對環(huán)境造成污染。而借助再制造技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)令零部件轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械改造所需的“毛坯”，實現(xiàn)對二次污染的有效避免;針對部分零部件的再制造，在近凈成形機理的作用下，其零部件無需二次進行鑄造、焊接等操作，進而實現(xiàn)對能源利用的減少，并避免后續(xù)二次加工環(huán)節(jié)開展所造成的環(huán)境污染。②固體垃圾減少。廢舊機械可能存在排放標準不達標的問題，而通過對再制造技術(shù)的合理應(yīng)用，可以以“歐Ⅱ”排放標準來取代以往的“歐Ⅰ”標準，實現(xiàn)對固體污染物排放的有效控制。

3 工程機械再制造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 納米表面工程技術(shù)

納米技術(shù)的誕生屬于科技領(lǐng)域變革性發(fā)展的關(guān)鍵所在，得益于納米技術(shù)與再制造理念的融合，促使現(xiàn)階段我國再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展涉及到以下幾種納米技術(shù)的應(yīng)用。

3.1.1 納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)

將納米陶瓷顆粒融合到電刷鍍液中，通過基體金屬與納米顆粒的牢固結(jié)合，促使電刷鍍液的性能因納米顆粒而得到顯著優(yōu)化與提升。將納米顆粒符合電刷鍍技術(shù)應(yīng)用于曲軸、連桿等發(fā)動機關(guān)鍵部位中，可以實現(xiàn)對零件抗疲勞、耐高溫等性能的提升。

3.1.2 納米熱噴涂技術(shù)

納米熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用主要是依托于現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用，將具噴涂納米結(jié)構(gòu)的顆粒粉末應(yīng)用其中，并結(jié)合對等離子噴涂設(shè)備的開發(fā)，促使其再制造質(zhì)量得到提升。依托于納米熱噴涂技術(shù)的有效應(yīng)用，進行金屬陶瓷涂層、納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層的制備，涂層組成主要包括亞微米晶與納米晶，能夠在提升零件強度的同時，確保其致密性等性能得到顯著優(yōu)化。

3.1.3 納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用主要是以摩擦化學(xué)作用為原理，通過對固態(tài)修復(fù)膜（存在自修復(fù)、減摩潤滑等功能）的形成來實現(xiàn)對零件磨損的有效修復(fù)。并且該技術(shù)的應(yīng)用可以以機械不解體、不停機為前提，同樣可以取得較為顯著的修復(fù)、減摩效果。以6缸吉普車為例，將自修復(fù)添加劑技術(shù)應(yīng)用于該吉普車零件中，在各方面條件正常的條件下進行耐久性試驗，結(jié)果表明應(yīng)用該技術(shù)后，吉普車發(fā)動機效率相較于以往至少提升6%左右，在保證其運行質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)對車輛油耗的降低。另外，將該材料應(yīng)用于某市公交運營車輛，其試驗總里程控制在15 000 km，試驗后得出此技術(shù)應(yīng)用可以提升其發(fā)動機2%～5%的輸出功率，其能耗節(jié)約3%～5%，尾氣排放降低約為30%～50%。

3.2 自動化表面工程技術(shù)

再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著巨大的潛力空間，而要想進一步推動再制造產(chǎn)業(yè)的長久化、現(xiàn)代化發(fā)展，需要借助對自動化技術(shù)的應(yīng)用來取代以往人工操作。在此背景下，將自動化技術(shù)應(yīng)用于再制造領(lǐng)域，實現(xiàn)對以下關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用：

3.2.1 自動化電弧噴涂技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用主要是以編程技術(shù)為支撐，預(yù)先進行噴涂路徑的規(guī)劃，其操作機按照設(shè)定路線利用噴槍開展自動化噴涂作業(yè)。目前該技術(shù)常用于重載汽車曲軸箱體、發(fā)動機缸體等零件的再制造。以發(fā)動機箱體再制造為例，由以往的手工操作1.5 h縮減至自動化噴涂20 min，其作業(yè)效率得到顯著提升。同時，得益于自動化噴涂技術(shù)的有效應(yīng)用，針對缸體、曲軸等零部件的再制造材料消耗量得到大幅度縮減，且相較于零部件新品材料，再制造價格僅占據(jù)10%左右。

3.2.2 自動化納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)

以往施工刷鍍作業(yè)開展極易出現(xiàn)無法連續(xù)供給、鍍覆過程無法全面管控等問題，而借助自動化技術(shù)的融合應(yīng)用，開發(fā)出自動化電刷鍍設(shè)備。在實際作業(yè)期間，該設(shè)備的應(yīng)用能夠做到對發(fā)動機連桿4～6個的一次性連，且作業(yè)效率方面由以往60 min降低至自動化刷鍍的5 min。以連桿新產(chǎn)品為參照，再制造的連桿價格僅有新品價格的10%左右，且材料消耗量僅控制在新品的10%以內(nèi)。

3.2.3 半自動化微束等離子弧熔覆技術(shù)

以往零件修復(fù)作業(yè)的開展，因某些因素的影響導(dǎo)致中小型零部件作業(yè)極易出現(xiàn)變形問題。而依托于自動化技術(shù)應(yīng)用誕生的微束等離子弧，能夠做到對零部件變形問題的有效抑制，并在零部件交變荷載、抵抗能力等方面，通過對基材與覆熔層的結(jié)合實現(xiàn)其性能的優(yōu)化與提升。

3.3 虛擬制造技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢特點而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域行業(yè)中，現(xiàn)階段再制造領(lǐng)域中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用取得一定成效。如在產(chǎn)品開發(fā)期間可以借助該技術(shù)的應(yīng)用構(gòu)建虛擬化場景，并以虛擬化場景為載體進行產(chǎn)品論證、設(shè)計、制造等過程的模擬，通過的相關(guān)模擬參數(shù)的獲取實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)化。通過對虛擬制造技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠幫助相關(guān)人員了解在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)品的實際參數(shù)情況與性能質(zhì)量，進而為零部件的再制造過程優(yōu)化提供幫助。在現(xiàn)階段工程機械再制造過程中，依托于虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行零部件的三維設(shè)計，可通過虛擬模型構(gòu)建幫助相關(guān)人員進行產(chǎn)品參數(shù)、性能的綜合分析與優(yōu)化。

3.4 智能制造技術(shù)

智能制造技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)對再制造環(huán)節(jié)、流程的簡化，通過對人類思維的模擬、拓展，進一步推動我國工業(yè)制造領(lǐng)域朝著智能化的方向持續(xù)發(fā)展。通過對再制造過程進行智能技術(shù)的融合，能夠進一步提升再制造技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)能力，并合理拓展再制造技術(shù)的應(yīng)用范圍。

3.5 無損檢測技術(shù)

工程機械再制造中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用主要是以不損傷零部件性能結(jié)構(gòu)為前提，采用相關(guān)技術(shù)進行零部件熱、電、聲、磁等方面的監(jiān)測，進而做到對零部件缺陷問題的有效探測。依據(jù)零部件類型不同，采用相契合的無損檢測技術(shù)，可以做到對部件缺陷位置、類型、大小、性質(zhì)等情況的全面評價，并在此基礎(chǔ)上定量分析零部件強度與缺陷之間存在的關(guān)聯(lián)，確定零部件剩余壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，得益于再制造低消耗、低污染、高效益等優(yōu)勢特點，促使再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來新的契機。通過對再制造產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，能夠在推動工業(yè)制造領(lǐng)域技術(shù)革新的同時，為我國生態(tài)治理工作的開展提供助力。

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