坑道鉆機涂裝工藝改造及關鍵技術分析

龐國強，　姚寧平，　王敬國，　王　東，　宋海濤，　宋昱播

(中煤科工集團 西安研究院有限公司，陜西 西安　710077)

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坑道鉆機涂裝工藝改造及關鍵技術分析

龐國強，姚寧平，王敬國，王東，宋海濤，宋昱播

(中煤科工集團 西安研究院有限公司，陜西 西安710077)

為適應市場競爭對鉆機涂裝工藝進行改造，首先提出適合鉆機作業環境的涂裝參數，再對設備涂裝工藝進行改造。分析了改造的關鍵技術、關鍵參數及對涂裝設備的技術要求，結合煤礦井下設備作業環境，通過鉆機涂裝工藝改進設計、涂裝設備選配設計和油漆的檢測，完善了鉆機的涂裝工藝并更新了設備，提高了坑道鉆機的外觀質量和市場競爭力。

作業環境; 涂裝工藝; 涂裝參數; 涂裝設備; 檢測檢驗；坑道鉆機

引　言

近年來，隨著有實力的坑道鉆機生產廠家的增多，客戶不僅要求鉆機具備良好的性能，同時對鉆機的外觀質量也有了更高要求。鉆機涂裝由手工噴涂逐步走向半機械化、機械化進程[1-2]。市場坑道鉆機外觀不僅樣式美觀，視覺舒適度也更高。

本文結合煤礦井下設備作業環境需求，提出適合鉆機作業環境的涂裝參數，通過分析關鍵技術、關鍵參數，設計了改造鉆機舊的涂裝工藝和涂裝設備的方案。

坑道鉆機作為煤礦井下設備之一，作業環境陰暗潮濕、作業空間窄小。在如此惡劣的環境里，若將鉆機的外觀質量提高，主要依靠涂裝生產線的改造。改造后新涂裝工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等關鍵流程，其干式附著力、濕式附著力、耐水性、耐油性及耐沖擊性等鉆機主要外觀性能均有所提高。

1　煤礦井下設備作業環境與設備涂裝

1.1煤礦井下設備作業環境

坑道作業面工況復雜,受氣候、季節及地域影響很大,具有作業分散、環境惡劣等特點。坑道作業環境對設備的影響因素主要表現在以下幾方面:

1)陰暗潮濕

通常情況下,作業坑道內光線不足、陰暗潮濕,相對濕度在50%左右,更有甚者高達90%。在這種陰暗潮濕的環境內進行作業，設備容易產生銹蝕。此外,潮濕環境容易造成設備外表油漆老化、爆裂、脫落。

2)作業空間窄小

坑道作業空間窄小,有的作業面高度不足3m,寬度不足2m,路面平整度極差,一些設備的作業受限。坑道內作業空間窄小、光線不足,造成操作人員視野受限,容易出現刮蹭、碾壓或碰撞等事故。

3)鉆機的主要材料幾乎全是鋼板，如果涂裝質量不好就會導致生銹，因此，相應的坑道鉆機需選擇耐水性、耐油性、附著力強，表面強度高及色彩鮮亮的油漆。

1.2鉆機涂裝參數的優選

鉆機產品同機械產品的設計一樣包括結構參數設計、性能設計、造型設計等多方面的內容。外觀色彩設計具有更直觀、更激烈、更誘人的魅力，是造型設計中重要的部分。外觀色彩設計是機械產品造型設計的重要組成部分，主要分為：1)色彩的遠近感；2)色彩的輕重感；3)色彩的冷暖感；4)色彩的軟硬感；5)色彩的興奮感和安靜感。

從事鉆機設計的技術人員，應不斷地培養色彩分類、色彩情感等方面的素養，設計出在市場上更具有競爭力的鉆機外觀。

1.2.1涂層厚度要求

參照國內大部分車輛的涂層δ在90～120μm之間，例如：吉利汽車涂層δ約為90μm左右，長城汽車涂層δ約為120μm左右。以往鉆機涂層面漆采用硝基漆，附著力、防銹力較差，不適合井下作業環境，而鉆機新型涂層面漆采用聚氨酯烤漆，附著力、防銹力較好，但遮蓋力較車輛漆稍差，且鉆機零部件材料表面狀況較汽車鈑金差，故涂層厚度高于車輛,δ約為150μm,一般為3層漆，這樣既彌補了該漆遮蓋力較車輛漆差的缺陷，又增強了鉆機表面附著力、防銹力。

1.2.2涂裝配套設備基本參數

鉆機涂裝配套設備較多、工藝參數復雜，鉆機噴漆常用參數如表1所示。

表1鉆機涂裝基本條件

參　數霧罩噴漆定色l(噴槍)/cm20～2515～20涂裝次數/次13空氣壓力/MPa0．15～0．200．15～0．20出漆量/圈數2～2．52～2．5噴幅/圈數22

2　鉆機涂裝工藝改造

鉆機新涂裝工藝流程：前處理→檢查→遮蔽→清潔→添加固化劑→霧罩噴涂→第1次定色噴涂→閃干→第2次定色噴涂→閃干→第3次定色噴涂→確認著色情況，如果沒有著上色，重復定色噴涂和閃干[3]。

鉆機舊涂裝工藝流程：前處理→清洗油污→膩子修補→清洗油污→晾干→噴漆2次。

上述兩種工藝通過對比可知，新工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等流程，檢查是從作業環節控制涂裝質量，遮蔽是避免不同顏色漆的噴漏現象發生，3次定色噴涂是為防止1次噴涂過量造成流漆現象發生。

3　涂裝設備選配

鉆機涂裝主要設備包括：機械打磨除銹設備、螺桿式空氣壓縮機、儲氣罐、冷凍式空氣干燥機、壓送式噴槍及多點檢測報警器等。噴槍與儲氣罐的性能好壞直接影響到鉆機表面涂裝質量，而現有的鉆機涂裝車間噴槍及儲氣罐老舊，無冷凍式空氣干燥機及多點檢測報警器等，造成噴漆過程中，經常發生氣壓不穩或斷氣現象，且噴漆房易燃氣體超標時有發生，故對其進行升級，涂裝空壓機房設備示意圖如圖1所示。

圖1　涂裝空壓機房設備示意圖

3.1噴槍與儲氣罐配置

噴槍的選擇原則一般為性價比、霧化效果及耐用程度。現有噴槍霧化效果比較差，壽命短，影響噴漆效率和質量。因坑道鉆機噴漆件主要由鈑金件和結構件為主，表面復雜，加工質量比較差。因此購置霧化效果好，耐用程度高的噴槍對鉆機表面質量提高至關重要。細管噴槍主要用于設備狹窄夾縫處的噴漆，上壺噴槍主要用于鉆機裝配后局部補漆，下壺噴槍主要用于大面積的底漆、面漆噴漆。

壓縮空氣在涂裝工藝中有著非常重要的作用，噴涂所需的壓縮空氣的清潔度要達到無油、無塵、水分含量極少的要求。儲氣罐選型合適與否，直接影響了油漆的附著力，鉆機表面會出現痱粒等表面缺陷。

原工藝中儲氣罐容量太小，約0.6m3，而新的空壓機3m3/min，明顯不匹配，影響空壓機壽命和噴漆效果，措施是更換大容量的儲氣罐，約1.5m3。

儲氣罐的選擇包括額定工作壓力和容積的選擇，螺桿式空氣壓縮機的最高輸出壓力為0.8MPa，因此選擇額定工作壓力為1.0MPa的儲氣罐，留有一定余量。

儲氣罐的容積選擇計算：

根據氣動系統在最大耗氣量下工作時間來確定儲氣罐的容積V[4]：

(1)

式中：qmax為氣動系統的最大耗氣量,L/min；qsa為氣動系統的平均耗氣量,L/min；pa為大氣壓力,pa為0.1MPa；p為氣動系統的使用壓力，MPa；t'為氣動系統在最大耗氣量下的工作時間，s。

噴槍數量1～4把，每把噴槍耗氣量為200L/min，使用壓力為0.6MPa，氣動系統在最大耗氣量下的工作t為1800s。

當4把噴槍同時工作時，氣動系統的耗氣量最大：

qmax=200×4=800L/min

當1把噴槍工作時，氣動系統的耗氣量最小：

qmin=200×1=200L/min

平均耗氣量：

把qmax、qsa、pa、p、t代入公式(1)

求得：V≥1500L；即計算出儲氣罐的容積不小于1500L。根據以上計算結果，選擇容積為1500L，壓力為1.0Mpa的儲氣罐。

4　檢測檢驗

4.1油漆的檢測標準、方法及性能

結合實際，選擇操作易行符合國家標準規定的檢測方法，進行油漆選型試驗，與鉆機同材質的樣片[5-6]。我國將涂膜的干燥過程分作表面干燥和實際干燥兩個階段。本次試驗樣片與產品同等條件下加工，需要完全干燥后標記序號、名稱、檢測項目，每一項檢測至少需要3個樣片，新工藝試樣完全干燥需要7天時間，舊工藝試樣完全干燥需要6天時間，選型試驗遵循標準如表2所示。

表2油漆涂層試驗國家標準

標準方法性能GB/T9286?1998劃格法干式附著力GB/T9286?1998劃格法濕式附著力GB/T1733?93/耐水性GB/T9274?88/耐油性GB/T1732?93/沖擊性

4.2檢測結果

鉆機新、舊涂裝工藝及關鍵技術參數變更后，涂層干式附著力、濕式附著力、耐水性、耐油性及耐沖擊性等性能均有所提高[7-8]，測試報告如表3所示,涂裝樣機如圖2所示。

表3新舊涂層測試報告

項目名稱新工藝舊工藝干附著力/級12濕附著力(耐水24h)/級2級3級耐水性(24h)無變色、無起泡、無發軟、無脫落輕微變色、無起泡、無發軟、部分脫落耐油性(長城卓力46#3d)無變色、無起泡、無發軟、無脫落無變色、無起泡、無發軟、無脫落沖擊性50cm通過30cm通過試驗結論新工藝性能優于舊工藝

圖2　樣機新舊涂裝對比圖

在涂裝生產線改造期間，編制了鉆機涂裝工藝技術規范、檢驗方法和標準、《鉆機表面涂裝工藝》及《鉆機噴涂檢驗方法和標準(試行)》文件2套。

5　結　論

結合煤礦設備井下作業環境，通過系統的分析、計算，并成功的對涂裝空壓機房進行了升級改造，配備了穩定可靠的噴漆設施硬件系統；且對涂裝工藝進行改造。新工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等關鍵流程。通過試驗表明，改造后設備表面涂裝性能均有所提高，上述工藝及硬件系統的改造為關鍵技術。應用新技術完成了分體式、履帶式2大類機型共30臺(套)鉆機的涂裝，鉆機的表面質量得到明顯提高，產品的市場競爭力得到了增強，使鉆機噴涂工作上了一個新的臺階。

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[3]王明磊.煤礦機械液壓支架涂裝工藝設計探討[J].現代涂料與涂裝，2010,13,(9):63-65.

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Reform and Key Technology Analysis of the Coating Process for Tunnel Drilling Rig

PANG Guoqiang，YAO Ningping，WANG Jingguo，WANG Dong,SONG Haitao，SONG Yubo

(China Coal Technology & Engineering Group Xi'an Research Institute，Xi'an 710077，China)

In order to adapt to market competition,reform of the coating process for drilling rig was carried out.Firstly,coating parameters suitable for the working environment of drilling rigs were proposed.And then the coating process was modified.In this paper,key technologies and key parameters of the reform and the technical requirements of the coating equipments were analyzed.Combining with the working environment of coal mine equipment and through the improvement design of the drilling rig coating process,matching design of the coating equipments as well as the paint testing,coating process for drilling rig was improved,equipments were updated,and the appearance quality along with the market competitiveness of tunnel drilling rig was raised.

working environment; coating process; coating parameter; coating equipment; checking and inspection；tunnel drilling rig

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.10.009

2016-05-26

2016-07-15

TQ639

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