全自動機械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

孫富森

（廣西機械工業(yè)研究院有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000）

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，許多先進技術(shù)都被應(yīng)用到了工業(yè)領(lǐng)域中來。在我國當(dāng)前社會經(jīng)濟發(fā)展進程中，機械制造業(yè)始終是不可缺少的一部分。通過對機械行業(yè)進行深入分析可知，當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展已進入自動化階段，其中自動機械設(shè)備是實現(xiàn)此目標(biāo)的關(guān)鍵所在。當(dāng)前在我國許多大中型企業(yè)中，已廣泛應(yīng)用了全自動機械設(shè)備，在全自動機械設(shè)備中，高壓水射流技術(shù)是其中較為先進的一種技術(shù)手段，高壓水射流技術(shù)相比于傳統(tǒng)機械設(shè)備而言具有許多優(yōu)勢，如自動化程度高、工作效率高等優(yōu)點。在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)實際應(yīng)用中，高壓水射流技術(shù)主要涉及了兩大技術(shù)方向，即射流能量控制和射流形狀控制技術(shù)。在當(dāng)前高壓水射流技術(shù)具體應(yīng)用過程中，主要以水為介質(zhì)進行壓力輸送、混合、冷卻以及切割等過程，同時，通過運用這種方式進行機械制造過程也可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，受到了工業(yè)企業(yè)單位的高度關(guān)注和重視。

1 全自動機械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)的使用優(yōu)勢

在我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，高壓水射流技術(shù)清洗技術(shù)的使用越來越普遍，其中在制糖、化工、造紙、玻璃生產(chǎn)、機械生產(chǎn)等領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，高壓水射流清洗技術(shù)是通過高壓水柱對物體表面進行噴射，對物體表面及內(nèi)部的污垢及殘留物都可以有效的清除，而不會損壞物體組織和結(jié)構(gòu)，高壓水射流清洗對被清洗物不會造成二次污染，同時對不同形狀物體的清洗效果顯著，高壓水射流技術(shù)具有較高的安全性，操作安全可靠，設(shè)備維修、操作使用方便、運行費用低等優(yōu)勢[1]。目前高壓水射流技術(shù)主要用于機械行業(yè)和食品工業(yè)，由于其自身特點決定了高壓水射流清洗技術(shù)在制糖、化工等行業(yè)應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢及高效節(jié)能效果，具體如下。

在機械行業(yè)設(shè)備清洗中，高壓水射流在對機械設(shè)備的機械加工方面具有獨特的優(yōu)勢及高效節(jié)能效果。高壓射流清洗對工業(yè)上各種復(fù)雜型面、異型結(jié)構(gòu)的機械設(shè)備進行徹底清洗具有獨特的優(yōu)勢和作用，是一種能替代傳統(tǒng)工藝的新型高效清潔技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域已擴展到石油煉化、石化等行業(yè)。

1.食品工業(yè)：食品加工是以生物化學(xué)為主的過程，其在生產(chǎn)流程中難免會有一些殘渣遺留在設(shè)備及管道中，這就需要利用相應(yīng)技術(shù)來清除食品中殘留殘渣[2]。而采用水射流清洗機的原理是利用射流量大于液體流動速度與壓強時產(chǎn)生強大沖擊力，可以將殘留物完全沖掉。

2.石油煉化：是通過改變原油組成來達到提高汽油質(zhì)量的目的。而在使用高壓水射流清洗進行油污處理時，首先需要根據(jù)油污性質(zhì)制定相應(yīng)解決方案；然后根據(jù)油污特性來確定相應(yīng)解決方案；之后利用高壓水射流清洗機來進行清理工作；再通過一定設(shè)備進行清理作業(yè)之后，就可以完成油處理過程。

3.機械工業(yè)：在機械行業(yè)中運用過此項技術(shù)后，其可以對各種復(fù)雜型面、異型結(jié)構(gòu)的機件進行徹底清洗，達到理想效果。

2 全自動機械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)工作中的具體應(yīng)用

2.1 在玻璃生產(chǎn)中的具體使用方法

玻璃切割設(shè)備通常是在使用高壓水射流切割技術(shù)時使用的，例如：在玻璃生產(chǎn)中，可以采用水射流來對板材進行切割，從而實現(xiàn)批量生產(chǎn)，如果玻璃企業(yè)中的材料較為昂貴且種類較多，還可以采用水射流來對大型板材進行切割。水射流的使用主要是針對那些具有較高工藝要求并且具有較高生產(chǎn)效率和高質(zhì)量特點的大型板式加工設(shè)備。如果該行業(yè)需要大量生產(chǎn)、需要進行批量制造或者是需要進行大面積處理的情況下，則可以采用水射流來對大型板材進行切割。此外，由于玻璃是一種非晶態(tài)物質(zhì)，因此在加工過程中也可以對其進行處理，比如在玻璃切割過程中，采用高壓水射流來對其進行切割加工時，能夠達到十分理想的效果[3]。根據(jù)玻璃廠的生產(chǎn)工作實際需要，通過技術(shù)改造，把機械設(shè)備、自動化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)結(jié)合起來，形成一套完整的自動生產(chǎn)線，主要工作流程包含以下幾個方面：

1.機械設(shè)備的改造：由于玻璃生產(chǎn)線中有各種不同型號、不同規(guī)格的設(shè)備，為了更好地適應(yīng)各種不同型號、不同規(guī)格的玻璃生產(chǎn)，需要對這些設(shè)備進行改造，將機械設(shè)備由原來的手動控制方式改造為自動控制方式，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2.自動化控制系統(tǒng)的改造：主要包括自動上下料系統(tǒng)、自動噴吹系統(tǒng)、自動控制和顯示系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，以達到最佳的效果。

3.高壓水射流技術(shù)在玻璃廠中應(yīng)用：傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線采用的是人工操作方式，工人操作不方便，勞動強度大；采用高壓水射流技術(shù)后，采用機械設(shè)備帶動高壓泵工作，工人在控制室中根據(jù)要求控制和調(diào)節(jié)設(shè)備運行即可；另外通過自動化控制系統(tǒng)可隨時觀察到設(shè)備運行情況，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障。

4.自動化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢：傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線采用手動控制方式，工人在控制室中根據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)備運行狀況，勞動強度大；采用高壓水射流技術(shù)后可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程；另外通過自動化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)相結(jié)合可對生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進行及時記錄、處理和顯示[4]。傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線人工操作方式存在的不足主要表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)漏料、漏玻璃現(xiàn)象；采用高壓水射流技術(shù)后可以有效避免出現(xiàn)漏料、漏玻璃現(xiàn)象，同時可以減少生產(chǎn)過程中能源消耗。

2.2 在制糖、化工領(lǐng)域列管式加熱器清洗工作中的使用

針對制糖、化工等領(lǐng)域存在的列管式加熱器用高壓水射流進行清洗時，普遍采用人工操作，工人勞動強度大，清罐質(zhì)量不佳，存在較大的安全生產(chǎn)隱患等問題，研發(fā)一套特種高壓清洗機器人智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)清罐不需要人工直接操作高壓水管，達到提高生產(chǎn)效率、提升清洗質(zhì)量、保障員工安全。關(guān)鍵技術(shù)涉及關(guān)節(jié)式機器人技術(shù)、機器人控制技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。本項目解決的主要關(guān)鍵技術(shù)有：第一，分析特種高壓清洗機器人在糖廠、化工、冶金等行業(yè)工作時遇到的各種特殊環(huán)境導(dǎo)致影響機器人正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵原因和參數(shù)，并根據(jù)調(diào)查分析的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行詳細(xì)的方案設(shè)計，最終研發(fā)出關(guān)節(jié)式高壓清洗機器人使上述問題得到解決。第二，解決原高壓清洗機器人在客戶處實施時必須新開人孔的問題，通過使用關(guān)節(jié)式機器人技術(shù)，取消了導(dǎo)軌滑塊，齒輪齒條，主機和傳動臂沒有直接的機械傳動關(guān)系，只是作為一個固定連接，可以使主機和傳動臂分開進行入罐，保證了設(shè)備的小型化、模塊化[5]。第三，解決清洗機器人的電控系統(tǒng)在高溫高濕蒸發(fā)罐內(nèi)容易進水導(dǎo)致設(shè)備頻繁故障的問題，將各類控制元件罐外放置（PLC、驅(qū)動器等），使原先容易因水氣浸泡的電器遠離故障源，從而消除電氣元件故障，并且強電弱電控制元件隔離安裝，防止相互電磁干擾，保證了運行的穩(wěn)定性。（如圖1）

圖1 高壓清洗機器人

在當(dāng)前高壓水射流相關(guān)應(yīng)用過程中，其關(guān)鍵影響因素是壓力大小和速度快慢的問題，為了實現(xiàn)水射流系統(tǒng)穩(wěn)定工作，需要確保設(shè)備壓力處于合適狀態(tài)下，當(dāng)高壓水射流在較大壓力下可實現(xiàn)較高流速的產(chǎn)生，這對水射流系統(tǒng)影響很小。為進一步提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和安全性，在該情況下還需結(jié)合不同材質(zhì)進行具體分析，此外，在實際工作過程中如果發(fā)現(xiàn)壓力過高應(yīng)及時進行降低調(diào)節(jié)，從而確保系統(tǒng)正常運行。同時高壓水射流相關(guān)工藝還需對噴嘴進行優(yōu)化設(shè)計、改進工作性能。隨著高壓水射流相關(guān)技術(shù)水平的不斷提高及其自身特點的不斷改變，如：流量可調(diào)范圍擴大等，在本次項目開展過程中，技術(shù)創(chuàng)新工作方面表現(xiàn)在以下兩點：第一，在高壓清洗領(lǐng)域創(chuàng)新地利用機器人關(guān)節(jié)臂技術(shù)設(shè)計了關(guān)節(jié)式高壓清洗機器人，避免了使用導(dǎo)軌、滑塊、齒輪和齒條等傳動形式在特定環(huán)境內(nèi)容易出故障的弊端。第二，在機器視覺找孔過程中，創(chuàng)新地運用了光學(xué)矯正和空間多次定位的方法提高清洗機器人找孔速度和找空準(zhǔn)確性，并在完成所有孔數(shù)據(jù)的獲取后，通過最優(yōu)擬合算法，對所有的孔按最優(yōu)路徑進行清洗控制。

2.3 在工業(yè)生產(chǎn)焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)焊接領(lǐng)域中，水射流技術(shù)是其中最為重要的一種技術(shù)手段，該領(lǐng)域涉及的高壓水射流壓力范圍較大，可實現(xiàn)對許多金屬材料的高效焊接。高壓水射流焊接技術(shù)，主要是指在高速水流狀態(tài)下，通過射流裝置形成一種能量密度高、焊接質(zhì)量好的新型壓力焊工藝，它廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。在高速水射流條件下，水與金屬之間的碰撞可以產(chǎn)生許多物理和化學(xué)效應(yīng)，因此對于焊接材料而言具有較大好處，在進行高強度、低硬度材料的焊接時，采用高壓水射流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高效焊接。高壓水射流技術(shù)，主要是通過高速水射流裝置產(chǎn)生的流體壓力來實現(xiàn)對工件進行切割加工的一種先進手段，通過對大量工業(yè)試驗可知，利用高壓水射流技術(shù)可以有效切割出形狀復(fù)雜或者具有一定弧度的工件。在進行該工藝處理時需要根據(jù)實際要求控制水流量、水流量以及噴嘴壓力等參數(shù)。高壓水射流技術(shù)能夠?qū)δ承┨厥獠牧线M行切割加工，如一些金屬材料、非金屬材質(zhì)等，如利用高壓水射流技術(shù)能夠?qū)δ撤N合金材料進行切割加工時，要選擇適當(dāng)?shù)墓β室约皣娮靿毫Φ葏?shù)。因此，使用高壓水射流技術(shù)時需要根據(jù)實際要求選擇相應(yīng)參數(shù)，從而可以實現(xiàn)高效作業(yè)要求。（如圖2）

圖2 高壓水射流切割金屬件

除此之外，一些較為復(fù)雜的焊接工作，也可采用高壓水射流技術(shù)予以解決。例如，在一些金屬板焊接生產(chǎn)過程中，常常會遇到板材形狀比較復(fù)雜且厚度較薄等情況，使用傳統(tǒng)辦法很難實現(xiàn)這一要求，此時則可以采用高壓水射流技術(shù)進行處理。

3 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，各行各業(yè)對科技技術(shù)都有著較高的要求，在此情況下高壓水射流技術(shù)作為一種新型的高壓流體動力裝置，在我國工業(yè)發(fā)展過程中具有十分重要的作用。目前我國工業(yè)發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新階段，在此期間高壓水射流技術(shù)必將為我國工業(yè)生產(chǎn)帶來更多優(yōu)勢。通過對當(dāng)前社會經(jīng)濟實際情況進行分析可知，該技術(shù)還有著廣闊的發(fā)展空間。