王健銘

摘 要：隨著現(xiàn)代制造企業(yè)升級(jí)，結(jié)合現(xiàn)代智能技術(shù)對(duì)煤礦機(jī)械進(jìn)行維修成為當(dāng)前煤炭領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。本文以平朔煤炭工業(yè)公司作為研究背景，就煤炭機(jī)械智能維修與再制造方面應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行闡述，然后重點(diǎn)就當(dāng)前比較熱門的逆向工程技術(shù)的原理和特點(diǎn)闡述，進(jìn)而通過(guò)研究為當(dāng)前智能維修與再制造技術(shù)的應(yīng)用推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：智能維修；煤炭機(jī)械；采煤機(jī)；再制造

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著現(xiàn)代煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及煤炭規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得大量的煤炭企業(yè)大量增加。以山西朔州為例，在500公里半徑內(nèi)，擁有生產(chǎn)煤礦749座，在建煤礦137座，選煤廠211個(gè)，2016 年晉陜蒙地區(qū)原煤產(chǎn)量占全國(guó)煤炭總量的66.8%，巨大的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，給維修產(chǎn)業(yè)帶來(lái)空前的業(yè)務(wù)空間。但對(duì)于傳統(tǒng)的煤炭機(jī)械維修來(lái)講，技術(shù)難點(diǎn)大、維修復(fù)雜等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率。對(duì)此，為提高企業(yè)維修與再制造的效率，人們開(kāi)始嘗試探索新的技術(shù)和方法，進(jìn)而更好地對(duì)煤炭機(jī)械進(jìn)行維修和再制造。因此，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代維修與再制造技術(shù)的轉(zhuǎn)型應(yīng)用，是當(dāng)前機(jī)械維修與再制造領(lǐng)域探討的熱點(diǎn)話題。

1.智能維修與再制造技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代智能裝備制造技術(shù)的發(fā)展，使得企業(yè)在智能維修與再制造技術(shù)方面有較大的提升。以平朔煤炭工業(yè)公司為例，在其服務(wù)的半徑內(nèi)服務(wù)的煤炭企業(yè)超過(guò)17家，承擔(dān)的維修任務(wù)超過(guò)100項(xiàng)。在巨大客戶資源的同時(shí)，公司也積極加快企業(yè)技術(shù)升級(jí)，并依托智能維修與再制造研發(fā)中心，重點(diǎn)圍繞表面工程、逆向工程、增材再制造、新材料、3D打印技術(shù)等進(jìn)行研究。

而從企業(yè)維修與再制造技術(shù)應(yīng)用方面，主要集中在以下幾個(gè)方面：

第一，利用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)及逆向設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，以快速響應(yīng)的本地化服務(wù)為企業(yè)提供零部件再制造、整機(jī)再制造、進(jìn)口配件國(guó)產(chǎn)化及智能化生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行保障服務(wù)。

第二針對(duì)煤機(jī)裝備、礦山設(shè)備、軌道交通等磨損嚴(yán)重、失效、報(bào)廢的零部件，采用熔覆技術(shù)（等離子熔覆、激光熔覆）、噴涂技術(shù)（超音速火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂）、表面工程技術(shù)（納米涂層、金屬表面陶瓷化、Tyon-D涂層），實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的再制造工程。通過(guò)再制造產(chǎn)業(yè)化方式，設(shè)備使用企業(yè)可以減少40%～60%備件采購(gòu)成本，起到節(jié)省資金、節(jié)能、節(jié)材和保護(hù)環(huán)境的效果。

第三，通過(guò)引進(jìn)逆向工程及3D打印技術(shù)，將有剩余壽命的廢舊零部件作為再制造毛坯，采用先進(jìn)表面技術(shù)、快速成形技術(shù)和修復(fù)熱處理等加工技術(shù)，使其恢復(fù)或超過(guò)新品技術(shù)性能和應(yīng)用價(jià)值；將不符合可持續(xù)發(fā)展要求的原型產(chǎn)品，通過(guò)先進(jìn)的表面工程大幅提升原品的性能，延長(zhǎng)使用壽命，進(jìn)而解決煤炭行業(yè)目前普遍存在的液壓支架、采煤機(jī)和三機(jī)維修難度大的問(wèn)題。

第四，通過(guò)引進(jìn)表面噴涂、有色金屬表面陶瓷化、激光淬火、激光噴丸、激光熔覆技術(shù)，利用多弧離子鍍膜機(jī)、石墨烯化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)、微弧氧化系統(tǒng)等設(shè)備對(duì)零部件、配件表面進(jìn)行處理，解決煤炭采掘行業(yè)，石油開(kāi)采行業(yè)設(shè)備在復(fù)雜工況下，易腐蝕、易磨損、抗壓力沖擊及撕裂等問(wèn)題。

由此，通過(guò)上述技術(shù)的應(yīng)用可以看出，未來(lái)智能維修與再制造領(lǐng)域呈現(xiàn)出涉及技術(shù)范圍廣、工業(yè)精度高等特點(diǎn)，并將在未來(lái)形成多學(xué)科綜合應(yīng)用結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)。

2.逆向工程技術(shù)在采煤機(jī)制造中的應(yīng)用

通過(guò)上述的歸納看出，逆向工程是當(dāng)前企業(yè)在智能維修與再制造方面應(yīng)用的重點(diǎn)。而在采煤設(shè)備中，掘進(jìn)機(jī)是一種常用的機(jī)械設(shè)備。當(dāng)前我國(guó)企業(yè)在掘進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)中大部分都是采用國(guó)外的機(jī)械，這不僅成本高，并且維修難。一旦其中的易損件出現(xiàn)損壞，將嚴(yán)重影響煤炭企業(yè)的生產(chǎn)。因此，人們開(kāi)始嘗試采用國(guó)產(chǎn)的零件替代國(guó)外的易損件，進(jìn)而降低企業(yè)的成本。

2.1逆向工程技術(shù)原理

在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是采用正向的開(kāi)發(fā)流程，包括零部件設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、裝機(jī)、性能測(cè)試等。這種傳統(tǒng)的正向開(kāi)發(fā)方法耗費(fèi)成本高，并且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，從而嚴(yán)重制約了工業(yè)制造。而隨著測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始將目光投入到逆向設(shè)計(jì)方面。所謂的逆向設(shè)計(jì)就是通過(guò)特定的測(cè)量技術(shù)和方法，從而獲得產(chǎn)品表面離散點(diǎn)的集合坐標(biāo)，然后在該基礎(chǔ)上結(jié)合曲面建模技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行逆向還原和制造。該技術(shù)的核心和關(guān)鍵包括兩點(diǎn)：一是如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和采集；二是如何借助采集到的數(shù)據(jù)對(duì)曲面進(jìn)行建模。

目前，針對(duì)數(shù)據(jù)的采集中，主要包括接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N方法。其中接觸式測(cè)量主要采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，可根據(jù)測(cè)量實(shí)物形狀的不同采用不同的探頭；非接觸式測(cè)量主要運(yùn)用光學(xué)的原理，采用激光測(cè)距等方法對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際的應(yīng)用中結(jié)合不同的實(shí)物可采用不同的測(cè)量方法。

2.2逆向工程技術(shù)的具體應(yīng)用

為進(jìn)一步說(shuō)明逆向工程在機(jī)械維修與再制造中的應(yīng)用，以煤炭企業(yè)中常用的采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴為例，結(jié)合逆向工程設(shè)計(jì)步驟，對(duì)導(dǎo)向滑靴進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì)導(dǎo)向滑靴實(shí)物進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)定位，具體操作則是通過(guò)3D掃描儀對(duì)設(shè)置在導(dǎo)向滑靴上的定位標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行掃描，從而得到導(dǎo)向靴滑數(shù)據(jù)點(diǎn)云。然后根據(jù)上述的點(diǎn)云信息，構(gòu)建3D數(shù)字化模型，然后根據(jù)上述的模型制作導(dǎo)向滑靴樣品。

3.激光熔覆技術(shù)在維修方面的應(yīng)用

激光熔覆技術(shù)作為一種煤炭機(jī)械修復(fù)技術(shù)，當(dāng)前在煤炭領(lǐng)域主要應(yīng)用在液壓支架、掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)等失效零件的再制造。通過(guò)激光熔覆技術(shù)，可以修補(bǔ)機(jī)械作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的磨損問(wèn)題，并可在零部件的表面形成冶金結(jié)合，并且硬質(zhì)點(diǎn)高的復(fù)合材料層，進(jìn)而提高機(jī)械使用的壽命。而該技術(shù)的操作步驟可以分為以下幾步：

（1）外觀檢驗(yàn)

對(duì)工件的外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，查看其是否具有明顯的磨損，然后通過(guò)探傷的方式查看工件是否存在氣孔、砂眼等缺陷；最后再用硬度計(jì)對(duì)工件需要熔覆位置的硬度等進(jìn)行檢測(cè)。

（2）表面處理

在進(jìn)行修補(bǔ)以前，還需要對(duì)車床磨削加工，從而去除工件上存在的氧化層。

（3）裝卡待熔覆的工件，編制熔覆的程序，并進(jìn)行激光熔覆。

（4）檢查激光熔覆后的質(zhì)量，如存在缺陷對(duì)其進(jìn)行局部修復(fù)，并在完成后緩慢冷卻工件，以減少殘余熱應(yīng)力對(duì)工件的影響。

而通過(guò)上述的熔覆技術(shù)，可為企業(yè)節(jié)約大量的原材料成本。但是對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用中，需要注意幾個(gè)突出的問(wèn)題，那就是大面積的熔覆很容易讓工件表面產(chǎn)生裂紋，同時(shí)在熔覆中需要對(duì)熔覆的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)于煤炭企業(yè)智能維修與再制造來(lái)講，涉及大量的新技術(shù)和新方法，本文在總結(jié)當(dāng)前企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀的前提下，重點(diǎn)就熔覆技術(shù)和逆向工程技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，從而通過(guò)研究為煤炭企業(yè)的智能化維修提供借鑒與參考。

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