工程機械再制造及其關鍵技術探究

劉洪亮

摘 要：作為近幾年新興技術，再制造工程技術在節能環保、生產成本等方面優勢顯著。其技術應用主要是以產品全壽命周期為依據，對廢舊機械借助先進技術手段進行二次利用，實現對其機械作用與價值的最大化體現。文章從工程機械再制造技術概念與特點的分析入手，總結在節能減排中應用再制造技術的價值，在此基礎上闡明機械再制造中關鍵技術的具體應用。

關鍵詞：再制造;節能減排;關鍵技術;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

工程機械的應用涉及到水利、公路、港口、建筑、國防、電力等工程領域，而正因工程機械的應用范圍廣，且分布數量大，為再制造工程的發展創設良好空間。作為現階段機械制造領域的重點研究學科，再制造技術的應用存在低成本、環保、效益高等優勢特點，能夠以較低的成本來恢復機械的性能與質量，促使其運行年限得到延長。同時，再制造技術的合理應用，有助于其產業節能減排目標的達成。所以加大對再制造關鍵技術的研究，對于推動我國社會可持續化建設有著重要影響。

1 再制造概念及其特色分析

再制造技術一經提出便受到世界各國的高度關注，美國于1990年代提出3R體系，其體系中囊括再制造、再循環、再利用概念;日本以環保技能為立足于，提出涵蓋再循環、減量化以及再利用概念的3R體系;而中國則是依據對其他國家發展經驗的分析，結合我國國情提出涵蓋再循環、再利用、減量化、再制造的4R體系。所謂再制造，是指依據全壽命周期為依據，在明確性能提升目標的前提下采用先進技術進行廢舊機械的恢復與改造，在符合環保、節能、優質的標準下發揮出廢舊機械的最大價值與作用。換言之，再制造產業的發展就是借助高新技術進行廢舊機械的改造與修復[1]。為確保其再制造行業的長久化發展，其特征確定為：以50%成本進行機械的改造與修復，且修復后其節能效果需控制在60%以上;修復后機械性能需要與新產品機械性能持平，或性能質量要優越于新產品;機械再制造節材效果需要控制在70%以上;機械再制造需將對環境造成的影響控制到最低。

分析國內外再制造產業的發展，主要借助對尺寸修理、換件修理方法的應用來達到機械性能恢復的目的[2]。其中換件修理方法的應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零件使用標準為基準，進行零件表面尺寸修復、改造，將修復后的零件尺寸控制在標準范圍內，進而達到機械再制造的目的。以缸套-活塞環零件為例，利用鏜缸方法將磨損的零件進行原尺寸精度的恢復，結合對大尺寸活塞環的應用來完成對機械的改造。縱觀我國機械再制造領域的發展，主要是依據對自動化表面、納米表面等技術的應用進行機械改造恢復，以期在較低成本的條件下，進行機械設備性能的恢復與提升，并達到降低能耗、提升節能效果的目的。相較于其他國家發展，目前我國再制造技術水平已經達到世界先進水平[3]。

2 節能減排中再制造技術的貢獻

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

機械產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劃生命周期，在保證其機械發揮出應有的功能與作用基礎上，達到壽命延長的目的[6]。與此同時，再制造技術的合理應用可以實現對環境的友好型建設，并通過資源節約來推動再制造產業的發展。縱觀現階段機械再制造技術的應用，在節能降耗方面起到以下作用：①材料與能耗節約。以某再制造企業數據統計為例，某品牌發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，其金屬節省量將超過3.83萬 t，節電方面可可實現對7 200 萬 kw·h的節省，在二氧化碳排放方面，可以減少將近3 000 t的排放量。由此體現出，再制造技術的合理應用有助于降低材料與能源消耗。②機械運維費用縮減。以某自修復添加劑的應用為例，若將該添加劑應用于1000輛某型號重型卡車中，可以實現柴油使用量減少800 t/年，換算為成本費用，即每年企業可縮減成本投入超過400萬元;在潤滑油節省方面，可實現每年節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，該技術的應用能夠起到維修成本降低的效果。

而在環境污染控制方面，再制造技術的合理應用可以做到：①環境污染控制。以往廢舊機械相關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境造成污染。而借助再制造技術的應用，相關令零部件轉變為機械改造所需的“毛坯”，實現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，進而實現對能源利用的減少，并避免后續二次加工環節開展所造成的環境污染。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的合理應用，可以以“歐Ⅱ”排放標準來取代以往的“歐Ⅰ”標準，實現對固體污染物排放的有效控制。

3 工程機械再制造關鍵技術應用

3.1 納米表面工程技術

納米技術的誕生屬于科技領域變革性發展的關鍵所在，得益于納米技術與再制造理念的融合，促使現階段我國再制造產業發展涉及到以下幾種納米技術的應用。

3.1.1 納米顆粒復合電刷鍍技術

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合，促使電刷鍍液的性能因納米顆粒而得到顯著優化與提升。將納米顆粒符合電刷鍍技術應用于曲軸、連桿等發動機關鍵部位中，可以實現對零件抗疲勞、耐高溫等性能的提升。

3.1.2 納米熱噴涂技術

納米熱噴涂技術的應用主要是依托于現有熱噴涂技術的應用，將具噴涂納米結構的顆粒粉末應用其中，并結合對等離子噴涂設備的開發，促使其再制造質量得到提升。依托于納米熱噴涂技術的有效應用，進行金屬陶瓷涂層、納米結構陶瓷涂層的制備，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化。

3.1.3 納米減摩自修復添加劑技術

該技術的應用主要是以摩擦化學作用為原理，通過對固態修復膜（存在自修復、減摩潤滑等功能）的形成來實現對零件磨損的有效修復。并且該技術的應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、減摩效果。以6缸吉普車為例，將自修復添加劑技術應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，結果表明應用該技術后，吉普車發動機效率相較于以往至少提升6%左右，在保證其運行質量的前提下，實現對車輛油耗的降低。另外，將該材料應用于某市公交運營車輛，其試驗總里程控制在15 000 km，試驗后得出此技術應用可以提升其發動機2%～5%的輸出功率，其能耗節約3%～5%，尾氣排放降低約為30%～50%。

3.2 自動化表面工程技術

再制造產業的發展有著巨大的潛力空間，而要想進一步推動再制造產業的長久化、現代化發展，需要借助對自動化技術的應用來取代以往人工操作。在此背景下，將自動化技術應用于再制造領域，實現對以下關鍵技術的開發與應用：

3.2.1 自動化電弧噴涂技術

該技術應用主要是以編程技術為支撐，預先進行噴涂路徑的規劃，其操作機按照設定路線利用噴槍開展自動化噴涂作業。目前該技術常用于重載汽車曲軸箱體、發動機缸體等零件的再制造。以發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，其作業效率得到顯著提升。同時，得益于自動化噴涂技術的有效應用，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10%左右。

3.2.2 自動化納米顆粒復合電刷鍍技術

以往施工刷鍍作業開展極易出現無法連續供給、鍍覆過程無法全面管控等問題，而借助自動化技術的融合應用，開發出自動化電刷鍍設備。在實際作業期間，該設備的應用能夠做到對發動機連桿4～6個的一次性連，且作業效率方面由以往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。

3.2.3 半自動化微束等離子弧熔覆技術

以往零件修復作業的開展，因某些因素的影響導致中小型零部件作業極易出現變形問題。而依托于自動化技術應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合實現其性能的優化與提升。

3.3 虛擬制造技術

虛擬現實技術因其獨特的優勢特點而被廣泛應用于眾多領域行業中，現階段再制造領域中虛擬現實技術的應用取得一定成效。如在產品開發期間可以借助該技術的應用構建虛擬化場景，并以虛擬化場景為載體進行產品論證、設計、制造等過程的模擬，通過的相關模擬參數的獲取實現對產品設計的優化。通過對虛擬制造技術的合理應用，能夠幫助相關人員了解在不同生產環節中產品的實際參數情況與性能質量，進而為零部件的再制造過程優化提供幫助。在現階段工程機械再制造過程中，依托于虛擬現實技術進行零部件的三維設計，可通過虛擬模型構建幫助相關人員進行產品參數、性能的綜合分析與優化。

3.4 智能制造技術

智能制造技術的應用可實現對再制造環節、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制造領域朝著智能化的方向持續發展。通過對再制造過程進行智能技術的融合，能夠進一步提升再制造技術的環境適應能力，并合理拓展再制造技術的應用范圍。

3.5 無損檢測技術

工程機械再制造中無損檢測技術的應用主要是以不損傷零部件性能結構為前提，采用相關技術進行零部件熱、電、聲、磁等方面的監測，進而做到對零部件缺陷問題的有效探測。依據零部件類型不同，采用相契合的無損檢測技術，可以做到對部件缺陷位置、類型、大小、性質等情況的全面評價，并在此基礎上定量分析零部件強度與缺陷之間存在的關聯，確定零部件剩余壽命。

4 結語

綜上所述，得益于再制造低消耗、低污染、高效益等優勢特點，促使再制造產業發展迎來新的契機。通過對再制造產業的大力發展，能夠在推動工業制造領域技術革新的同時，為我國生態治理工作的開展提供助力。

參考文獻

[1] 鞏喜寶.工程機械再制造及其關鍵技術[J].化工管理，2018 （21）：144-145.

[2] 顧虹，葉李，陶玉山，等.工程機械再制造工藝設計探討與研究[J].工程建設與設計，2016（2）：114-116.

[3] 奉華.試論工程機械再制造工藝[J].引文版（工程技術），2016 （6）：74-75.

[4] 黃向明，宿彪，王伏林，等.基于B/S模式的工程機械再制造過程信息追溯系統設計與實現[J].計算機應用與軟件，2016 （10）：82-86.

[5] 姬文晨，楊雷，陳有俊.我國工程機械再制造發展現狀及建議[J].現代制造技術與裝備，2020，56（11）：137-139.

[6] 馬瑞莊.淺談工程機械液壓缸再制造技術及應用[J].內燃機與配件，2018（1）：101.