趙 斌

(中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南 長沙 410100)

隨著我國城市發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)不斷擴(kuò)大，配套隧道施工的掘進(jìn)機設(shè)備數(shù)量也越來越多，目前國內(nèi)市場掘進(jìn)機保有量已超過2 000臺，掘進(jìn)機生產(chǎn)主機廠商和部分施工單位都大量保有掘進(jìn)機設(shè)備，對設(shè)備的翻新利用所涉及的再制造技術(shù)，目前已基本形成各自的一定技術(shù)體系，但對其應(yīng)用情況和對生產(chǎn)效率的影響，需要進(jìn)一步分析。

掘進(jìn)機產(chǎn)品從施工隧道出來后，其零部件表面清洗是整機再制造的第一道也是非常重要的工序，對其檢測零件表面尺寸精度、判定形狀、位置精度、表面粗糙度、相關(guān)性能、磨蝕磨損及黏著情況等失效形式，起著重要作用，因其產(chǎn)品部件重量和外形尺寸非常大，也是批量再制造生產(chǎn)的瓶頸工序，是掘進(jìn)機再制造生產(chǎn)的基礎(chǔ)。零部件表面清洗的質(zhì)量，影響再制造加工及裝配，對再制造產(chǎn)品的質(zhì)量具有非常重要的影響。

1 掘進(jìn)機再制造清洗技術(shù)概述

1.1 掘進(jìn)機再制造清洗技術(shù)

掘進(jìn)機再制造清洗技術(shù)在整機再制造技術(shù)體系中占有非常重要的地位，具體是采用機械、物理、化學(xué)和電化學(xué)等方法清除產(chǎn)品或零部件表面的各種污物(灰塵、油污、水垢、積炭、舊漆層和腐蝕層等)的技術(shù)過程。表面的清洗對零部件表面形狀及性能鑒定的準(zhǔn)確性、再制造產(chǎn)品質(zhì)量和服役壽命均具有重要影響[1]。

1.2 清洗技術(shù)的意義

掘進(jìn)機產(chǎn)品零件的磨損與腐蝕失效是導(dǎo)致產(chǎn)品運行性能下降的重要因素之一，采用高效的表面工程技術(shù)，將可以實現(xiàn)失效件的表面尺寸及性能的恢復(fù)或提升，從而改變當(dāng)前以尺寸修復(fù)法和換件法為主的掘進(jìn)機再制造產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)模式，提高廢舊產(chǎn)品零部件的利用率，提升企業(yè)生產(chǎn)效益[2]。

2 再制造清洗技術(shù)分類

2.1 再制造清洗工藝介紹

1)壓力清洗工藝。

最常見應(yīng)用各種方式的壓力，如高壓沖洗、中壓沖洗、混合介質(zhì)沖洗、負(fù)壓吸附等，可以產(chǎn)生較好的清洗力，去除表面污漬。

高壓噴射清洗原理：通過噴嘴把加壓(一般為10 MPa以上)的清洗液噴射出來，用以沖擊清洗物表面，使液體高速運動產(chǎn)生的沖擊力及流體在清洗對象表面流動，使部件表面達(dá)到清潔目的，高壓噴射流體流量越大，噴射流體的速度越高，形成的噴射壓力也越大，清洗效果與噴射距離等也有關(guān)系[3]，需要在實際應(yīng)用中明確其工藝參數(shù)。

2)浸液清洗工藝。

掘進(jìn)機出洞及拆解過程中，有許多連接件、機工件，可將待清洗對象侵入在專用清洗液中浸泡、濕潤而達(dá)到洗凈的目的。該工藝在清洗和沖洗時，需在不同洗槽中進(jìn)行，可采用通過式或反復(fù)式。分多次進(jìn)行的浸泡清洗可以使工件表面達(dá)到較高的潔凈度，適用于對數(shù)量多、表面處理要求高的小件清洗對象進(jìn)行清洗。

3)摩擦清洗工藝。

掘進(jìn)機施工中有殘留一些水泥漿塊、泥塊等一些不易去除的污垢，使用摩擦的方法往往能取得較好的效果。如在盾體、刀盤外表面，向表面噴射清洗液的同時，可以使用砂子、鋼丸，可以更加有效地去除表面異物。使用磨機對砂漿罐內(nèi)壁進(jìn)行摩擦式清理，配合用鋼絲刷擦拭，能取得更好的清理、清洗效果。

2.2 化學(xué)清洗工藝

掘進(jìn)機施工過程中，其大量管道內(nèi)部易殘留泥漿、污垢等異物，不便使用其他辦法清洗，這時適合使用化學(xué)清洗工藝，利用化學(xué)試劑與污垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使污垢解離并溶解分散到清洗液中。借助清洗劑對物體表面污染物或覆蓋層進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化、溶解、剝離，以達(dá)到清洗的目的[4]?；瘜W(xué)清洗一般分為酸洗、水沖洗、鈍化3個步驟，其中酸洗是化學(xué)清洗的核心過程，鈍化是保證清洗后構(gòu)件表面防銹能力的關(guān)鍵[5]。

2.3 高頻震動(超聲波)清洗技術(shù)

高頻震動清洗技術(shù)主要為超聲波清洗技術(shù)，由電磁振蕩器、超聲波發(fā)生器和清洗槽組成。電磁振蕩器產(chǎn)生的單頻率簡諧電信號(電磁波)通過超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)化為同頻超聲波，通過清洗介質(zhì)傳遞到清洗對象，換能器是將超聲波發(fā)生器提供的電信號轉(zhuǎn)換為機械振動，直接用機械方法使物體振動而產(chǎn)生超聲波。超聲波清洗工藝參數(shù)主要包括振動頻率、功率密度、清洗液溫度和清洗時間等，對于掘進(jìn)機核心部件主驅(qū)動的精密零件，可以采用該方法取得較好的清洗效果并保證清潔度[6]。超聲波清洗原理如圖1所示。

圖1 超聲波清洗原理圖

2.4 激光清洗工藝

掘進(jìn)機設(shè)備組成復(fù)雜，施工后不少部件機械加工面處于銹蝕狀態(tài)，可以使用激光清洗工藝，激光清洗機可以發(fā)射具有高能量的扇形光束，聚焦激光可形成100～300 W/cm2功率密度的照射能力，當(dāng)把激光束聚焦于機械加工件表面10 mm左右時，在極短時間內(nèi)把光能變成熱能，將表面的污垢熔化，達(dá)到去除銹蝕的效果，主要機制包括熱膨脹、氣化、燒蝕、爆炸等，可在不熔化金屬、木材的前提下把表面的銹垢和異物除去，而且能防止基材銹蝕并大大提高金屬材料的防腐蝕性能[7]。

3 掘進(jìn)機典型部件清洗技術(shù)應(yīng)用

3.1 大部件表面清洗

掘進(jìn)機設(shè)備大部件主要包括刀盤、盾體、螺旋機、拼裝機、后配套臺車等[8]，在隧道施工出洞后，已處于拆解狀態(tài)，由運輸車輛裝載至清洗場地，其結(jié)構(gòu)件表面有大量的油污、泥渣等，一般配備高壓清洗機、水刀砂清洗機，對其表面進(jìn)行沖洗，沖洗壓力設(shè)置在35～50 MPa，可以對表面進(jìn)行有效沖洗。

需要注意的是，清洗的同時會造成沖洗液(主要為水)污染，清洗場地需要設(shè)置有沉淀池或水過濾裝置，為節(jié)約用水，降低生產(chǎn)成本，一般采用水循環(huán)過濾系統(tǒng)，配置泥水分離器等系列設(shè)備設(shè)施。

3.2 精密小件清洗

可采用通過式超聲波清洗設(shè)備(見圖2)，主要作業(yè)流程包括上料、超聲清洗、噴淋漂洗、瀝干、烘干、下料等工序。清洗參數(shù)主要包括清洗時間300 s、清洗溫度(50±5) ℃、超聲頻功率及頻率12 kW/28 kHz，清洗介質(zhì)為混合水溶液。全過程程序自動設(shè)置，生產(chǎn)節(jié)拍最快可達(dá)到15 min/組，主要清洗對象為掘進(jìn)機液壓閥塊、雙頭螺柱、小齒輪組件等數(shù)量多的小件。

圖2 通過式超聲波清洗機

3.3 激光清洗機

掘進(jìn)機產(chǎn)品部分工件呈不規(guī)則形狀，并且部分工件隨部件連接不易拆解，當(dāng)其需要除銹清洗時，常規(guī)辦法往往是拆除后清洗，而使用激光清洗機技術(shù)，可以處理存在復(fù)雜架構(gòu)的工件，許多縫隙等不易清洗的部位也可以達(dá)到清洗的目的。手持式激光清洗機除銹作業(yè)如圖3所示。

激光清洗技術(shù)仍舊存在設(shè)備價格昂貴、測速試驗冗長等弱點，然而，掘進(jìn)機產(chǎn)品再制造過程中，業(yè)內(nèi)人員已經(jīng)看到其技術(shù)在量化生產(chǎn)中的巨大作用和技術(shù)強項。

3.4 散熱器在線清洗

板式散熱器作為掘進(jìn)機設(shè)備水循環(huán)系統(tǒng)中重要的部件，循環(huán)水在散熱過程中易產(chǎn)生水垢，其再制造生產(chǎn)的清洗工序必不可少，現(xiàn)有技術(shù)通常做法是人工拆解板式散熱片，將許多散熱片平鋪開利用人工進(jìn)行刷洗，以達(dá)到清除表面污垢的目的。

圖3 手持式激光清洗機除銹作業(yè)

因此，可制作循環(huán)通過式清洗裝置，實現(xiàn)對散熱器通過在線運行清洗，可以大大提高清洗效率和質(zhì)量，通過裝有清洗液的溶液罐，與散熱器進(jìn)水口連接，啟動泵對內(nèi)部進(jìn)行清洗液循環(huán)，出水口安裝出口檢測器，在線檢測清洗效果，達(dá)到省去人工拆解、清洗、組裝等工序，快捷有效對部件實現(xiàn)清洗效果，并且保證清洗質(zhì)量。板式散熱器通過式清洗原理如圖4所示。

圖4 板式散熱器通過式清洗原理

4 掘進(jìn)機再制造清洗技術(shù)發(fā)展趨勢

掘進(jìn)機再制造清洗過程是典型的勞動密集型崗位，作業(yè)勞動強大，作業(yè)環(huán)境差。隨著掘進(jìn)機再制造規(guī)模的擴(kuò)大和對生產(chǎn)效率的要求越來越高，對低運行成本的清洗系統(tǒng)的需求不斷增加，促進(jìn)了自動化清洗技術(shù)在再制造清洗行業(yè)中的應(yīng)用。目前已經(jīng)有很多自動化清洗技術(shù)的應(yīng)用實例。這種技術(shù)的集中應(yīng)用表現(xiàn)在清洗生產(chǎn)線、清洗機器人的開發(fā)和研制。因此，清洗的自動化已經(jīng)成為清洗技術(shù)發(fā)展的趨勢[9]。

5 結(jié)語

掘進(jìn)機再制造清洗技術(shù)的高效應(yīng)用可有效降低資源浪費。在不同的清洗技術(shù)支持下，以最小的生產(chǎn)成本獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益[10]。通過上述結(jié)論，大型工程機械結(jié)構(gòu)件可通過高壓沖洗技術(shù)快速完成清洗，精密小型復(fù)雜零件在超聲波、激光清洗等先進(jìn)的清洗技術(shù)下可煥然一新，過濾器、散熱器等零部件可使用在線循環(huán)清洗完成內(nèi)部除垢除銹，恢復(fù)其使用性能。大型工程施工機械可根據(jù)各部件尺寸、材質(zhì)等不同屬性參考上述清洗技術(shù)，快速高效地完成清洗作業(yè)任務(wù)。上述清洗技術(shù)可向其他大型施工機械、隧道設(shè)備等方向推廣應(yīng)用。