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 榆，高衛(wèi)紅

（1.陜煤集團神南產(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)廢舊裝備的使用價值作為目標，基于優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材，采用先進的技術(shù)，借助產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)組織方式對廢舊裝備實施修復(fù)的一系列技術(shù)應(yīng)用。再制造技術(shù)符合當前社會發(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、刮板機都可以采用再制造技術(shù)，為企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟效益。

1 再制造技術(shù)的基本內(nèi)涵

再制造技術(shù)是針對已報廢或存在故障的設(shè)備，針對已發(fā)生磨損的零部件，結(jié)合磨損部位，磨損程度，評估其修復(fù)價值，提以其使用壽命，實現(xiàn)預(yù)期價值。再制造技術(shù)要保證工藝設(shè)計的合理性，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)針對各類失效原因采取相應(yīng)的措施，對報廢零部件加以修復(fù)，使其使用壽命得以延長，提升廢舊零部件的使用價值。

再制造區(qū)別于制造，制造是對原材料實施加工，生產(chǎn)出具有特定功能與作用的產(chǎn)品，而再制造針對已到達發(fā)生磨損或已達到壽命的產(chǎn)品，恢復(fù)其性能與功期恢復(fù)到新品的標準。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%，對于環(huán)境產(chǎn)生的負面影響能降低60%，對于拉動經(jīng)濟增長、擴大就業(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)備可靠運行而采取的維護修理措施，體現(xiàn)出隨機性、原位性、動態(tài)化、應(yīng)急性的特點。再制造具有制造的特點，將傳統(tǒng)意義維修加以外延，可以為理解為維修的高級階段。維修針對存在故障，難以穩(wěn)定運行的設(shè)備，多采用更換零部件的方式，難以實現(xiàn)批量化；零部件在維修后難以保證質(zhì)量、性能完全達到原有的狀態(tài)。再制造的實現(xiàn)基于報廢零部件，采用表面處理的方式進行修復(fù)，有利于提升產(chǎn)品性能、延長產(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

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)備費用。廢舊設(shè)備應(yīng)用再制造技術(shù)要考慮到總體設(shè)計，明確再制造方法，再制造的工藝設(shè)計，保證設(shè)備再制造后具有最大化的效益。再制造設(shè)計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)備的裝配特點研究無損拆解方案，還要考慮到設(shè)備運行條件、使用性能要求、零部件材料的特點，明確拆解的要點。

（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，降低對環(huán)境的負面影響，還要保證低成本。當前技術(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)要盡可能實現(xiàn)無損拆解，盡量采用非化學清洗方法去除部件表面的污染物。當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、刮板輸送機中部、槽液壓支架等，還可以應(yīng)用于產(chǎn)品價值高、長期使用易磨件，如針對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有多種零部件的采煤機箱體也可以應(yīng)用于立柱千斤頂、減速器齒軸、電動機轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵零部件。

（4）制造工藝路線的確定要結(jié)合零部件運行中的工作狀態(tài)與使用特點，結(jié)合零部件材質(zhì)的特點，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 零部件的檢測與剩余價值評估

針對再制造技術(shù)的應(yīng)用，要檢測廢舊設(shè)備，檢測要結(jié)合軸類、盤類、齒類、轉(zhuǎn)子、薄壁類等零部件的使用特點，分析其磨損、變形程序，還要確定存在的缺陷，如裂紋、焊縫開裂應(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，評估后續(xù)使用壽命，依據(jù)數(shù)據(jù)庫中典型零部件的評價標準，能明確定產(chǎn)品的應(yīng)力部位，并預(yù)估剩余壽命。當前，已經(jīng)有多家公司開發(fā)出剩余壽命評估模型用于產(chǎn)品的再制造，為方案的確定提供了有價值的依據(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)備維護保養(yǎng)更傾向于主動預(yù)防性維修。特別是當前煤礦設(shè)備在向著機電液一體化、智能化的方向發(fā)展，需要借助先進、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，可以準確分析出運行過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)備涉及到不同類別的關(guān)鍵零部件，經(jīng)過無損檢測、評估分析剩余壽命之后，要結(jié)合其特點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、材料、結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境等，綜合分析后確定煤礦軸類、箱體類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，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，通電會受到電極作用。電解液中的零件表面上會發(fā)生還原反應(yīng)，金屬原子后會沉積于表面，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：采用渦流檢測，以確定應(yīng)力集中部位。依據(jù)標準GB/T 30565—2014，儀器型號TYC-01，探頭為差動式探頭，校準試塊HS-3，檢測頻率為200 kHz，檢測靈敏度為0.5 mm，通孔信號相位為10°，探頭周向掃查，掃查速度小于20 m/min。檢測共發(fā)現(xiàn)19 處應(yīng)力集中，提示發(fā)生了早期磨損。

（3）設(shè)計修復(fù)工藝：設(shè)計修復(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 的部分先進行冷焊打底，在修磨后實施電刷鍍修復(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行修復(fù)。冷焊前先要對有缺陷部位進行打磨處理，要注意徹底去除表面的疲勞層，然后徹底清理干凈。堆焊中要力求無氣孔、夾渣等，保證焊接后無缺陷。焊后要對堆焊表面加以修磨，修復(fù)要注意保證曲線與工件原設(shè)計尺寸一致性，還要保證粗糙度。修磨檢驗合格后進行電刷鍍，表面電刷鍍前先要對表面進行預(yù)處理，可以使用丙酮徹底清洗表面，非鍍面要進行遮蔽，然后進行電凈、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，以保證表面潔凈無油污。為了保證后續(xù)鍍層與基體可以緊密結(jié)合，先進行預(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，具有一定的強度。電流23～25 A，持續(xù)時間1～2 min。鍍后用自來水徹底清洗沖刷，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，液壓支架通過電刷鍍工藝實現(xiàn)了功能恢復(fù)，磨損部位得以修復(fù)，綜合效果明顯。實踐表明，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)合強度高等多方面優(yōu)勢，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)出對環(huán)境污染程度小、省水、省電等優(yōu)勢，可用機械維修中，特別是修復(fù)成本僅為新品的10%，具有良好的經(jīng)濟效益與潛在價值。

4 建議

（1）煤礦企業(yè)在設(shè)備管理中要轉(zhuǎn)變原有的思維，要意識到現(xiàn)代科技進步對于設(shè)備再制造的推動作用，要結(jié)合實際規(guī)劃選擇再制造方法，以保證技術(shù)的實用性。

（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，以推動再制造工程的實現(xiàn)，以降低煤礦企業(yè)設(shè)備的維護支出。再制造產(chǎn)品還要加強質(zhì)量檢測，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、研結(jié)合的推動作用。煤炭企業(yè)要與科研院所、再制造專業(yè)機構(gòu)展開合作，基于互利互惠的合作模式，實現(xiàn)風險利益共擔，通過合作實現(xiàn)共贏。

5 結(jié)束語

借助再制造技術(shù)對煤礦機械設(shè)備零部件實施修復(fù)是一項具有綜合效果的優(yōu)勢產(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，易于實施，操作簡便，能源消耗低、修復(fù)快捷、方便等優(yōu)勢。修復(fù)過程體現(xiàn)出綠色、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)時等特點。針對煤礦設(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，以最大限度實現(xiàn)廢舊零部件再回收、再利用、再制造，以實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益。