鄧杰武

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)：中國(guó)工程機(jī)械主要產(chǎn)品市場(chǎng)保有量由2012 年底的561 萬(wàn)～608 萬(wàn)臺(tái)，上升到830 萬(wàn)～899 萬(wàn)臺(tái)，十年增量超過(guò)250 萬(wàn)臺(tái)，接近300 萬(wàn)臺(tái)，目前行業(yè)估計(jì)挖掘機(jī)社會(huì)保有量250 萬(wàn)臺(tái)，裝載機(jī)50 萬(wàn)臺(tái)。裝載機(jī)作為使用最廣泛的工程機(jī)械，由于工作環(huán)境及作業(yè)工況多變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每年退役報(bào)廢的裝載機(jī)數(shù)量巨大，這些退役的裝載機(jī)大多數(shù)被報(bào)廢拆解當(dāng)做廢剛進(jìn)行處理，其中仍可利用的大部分價(jià)值被浪費(fèi)掉，處理過(guò)程同時(shí)也消耗了大量的能源及人力物力。目前，再制造技術(shù)應(yīng)用日益成熟，裝載機(jī)整機(jī)再制造，已成為退役報(bào)廢裝載機(jī)價(jià)值回收、資源循環(huán)利用的重要途徑。本文通過(guò)分析其主要失效模式，根據(jù)再制造標(biāo)準(zhǔn)，選擇最合理的再制造修復(fù)技術(shù)及工藝，利用專(zhuān)業(yè)化的再制造方式，對(duì)其進(jìn)行批量化修復(fù)、技術(shù)改造、性能提升。并以核心零部件再制造為基礎(chǔ)，開(kāi)展裝載機(jī)整機(jī)再制造，使得損壞失效的裝載機(jī)恢復(fù)原有性能。再制造產(chǎn)品比新產(chǎn)品制造過(guò)程節(jié)能60%，平均有70%的材料可以被利用，成本實(shí)際不到原來(lái)的50%，對(duì)環(huán)境的不良影響顯著降低[1-3]。

1 裝載機(jī)再制造概念

裝載機(jī)再制造是以再制造技術(shù)研究應(yīng)用及對(duì)其主要核心零部件再制造為基礎(chǔ)，開(kāi)展裝載機(jī)整機(jī)再制造，使其整機(jī)技術(shù)性能達(dá)到或超過(guò)其原型新機(jī)，主要核心零部件包括但不限于下表1，為確保再制造整機(jī)性能，不進(jìn)行再制造的零部件應(yīng)替換新件。

表1 裝載機(jī)再制造核心零部件清單

2 裝載機(jī)再制造技術(shù)

2.1 核心零部件再制造

裝載機(jī)核心零部件再制造是裝載機(jī)整機(jī)再制造的基礎(chǔ)，不進(jìn)行再制造的零件應(yīng)更換新件，核心零部件再制造的質(zhì)量，也決定了整機(jī)再制造整機(jī)的產(chǎn)品品質(zhì)及使用性能，部件再制造通過(guò)開(kāi)展綠色清洗、無(wú)損檢測(cè)、無(wú)損拆解、失效分析、表面工程修復(fù)等技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過(guò)完善的再制造流程和運(yùn)用先進(jìn)的表面工程技術(shù)及設(shè)備，對(duì)于原有零部件進(jìn)行一次重新的制造，參照新品質(zhì)量管理體系，逐步完善再制造流程。再制造產(chǎn)品性能不亞于新品，必須按照新品質(zhì)量管理體系進(jìn)行控制，否則難以達(dá)到性能要求，再制造生產(chǎn)過(guò)程包含預(yù)清洗、拆解、清洗、分選、修復(fù)、裝配、試驗(yàn)、涂裝等制造工序，流程如圖1 所示。

圖1 再制造工序流程

再制造與新品差別的過(guò)程主要是舊件的清洗、拆解、舊件檢測(cè)、零件修復(fù)、改造升級(jí)及重新標(biāo)志，其他過(guò)程與新品一致。

（1）舊件清洗。對(duì)回收舊件的油污、舊漆、銹跡等的清洗是再制造生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其清洗的效果直接影響后續(xù)零件的檢驗(yàn)、評(píng)估、修復(fù)等的質(zhì)量和成本，可以研究和應(yīng)用節(jié)能、環(huán)保和高效的清洗技術(shù)，確保在再制造生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。主要應(yīng)用的清洗技術(shù)包括高溫分解除漆、拋丸、噴砂、超聲波清洗、高溫高壓噴淋清洗等。

（2）拆解。拆解過(guò)程對(duì)舊件利用率有很大影響，應(yīng)防止在拆解過(guò)程中產(chǎn)生二次損壞，盡可能保留有利用價(jià)值的零件，因此應(yīng)研究各種無(wú)損拆解技術(shù)，設(shè)計(jì)保護(hù)零件專(zhuān)用拆解設(shè)備、工裝及工具，并有效應(yīng)用。

（3）舊件檢測(cè)。嚴(yán)格按照零部件制造時(shí)的尺寸要求，對(duì)清洗后的零件進(jìn)行檢測(cè)鑒定，并對(duì)檢測(cè)后的零件進(jìn)行分類(lèi)，除了采用常規(guī)游標(biāo)卡尺、千分尺等量具檢測(cè)外，同時(shí)對(duì)不易檢測(cè)裂紋等缺陷的情況采用探傷等無(wú)損檢測(cè)，提高再利用件的再準(zhǔn)確性。常用無(wú)損檢測(cè)手段包括超聲波檢測(cè)、磁粉探傷等。

（4）修復(fù)。修復(fù)包含表面工程技術(shù)、機(jī)加工、焊接等各種技術(shù)和方法，是提高舊件利用率和降低成本的主要途徑。修復(fù)技術(shù)分為恢復(fù)尺寸法和修理尺寸法?；謴?fù)尺寸法能夠確保零件的互換性，降低后續(xù)維修和使用的難度，但需要結(jié)合實(shí)際使用情況選擇。常用的修復(fù)技術(shù)包括：冷焊技術(shù)、膠補(bǔ)修復(fù)技術(shù)、螺紋修復(fù)技術(shù)、超音速火焰噴涂技術(shù)、激光熔覆技術(shù)等。

（5）改造升級(jí)。再制造不僅是恢復(fù)原產(chǎn)品的性能，還兼有對(duì)原零部件及整機(jī)的技術(shù)改造的優(yōu)勢(shì)。再制造大部分產(chǎn)品都是退市產(chǎn)品。通過(guò)利用最新技術(shù)及設(shè)計(jì)，進(jìn)行技術(shù)改造升級(jí)，在降低再制造成本的同時(shí)還能提升產(chǎn)品品質(zhì)。

（6）重新標(biāo)志。為區(qū)別再制造件與新件，采取零件重新編號(hào)、重打出廠編號(hào)及在產(chǎn)品包裝上粘貼明顯的再制造標(biāo)志的方法，使物料號(hào)上跟新件有明顯區(qū)分，便于用戶識(shí)別和區(qū)分再制造產(chǎn)品，起到明確告知的義務(wù)，避免引起爭(zhēng)議。

2.2 核心零部件再制技術(shù)應(yīng)用

（1）超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)超聲波與試件相互作用，對(duì)試件進(jìn)行缺陷檢測(cè)，利用超聲波確定缺陷位置和大小，適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無(wú)損檢測(cè)，穿透能力強(qiáng)，可對(duì)較大厚度范圍內(nèi)的試件內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，靈敏度高，可以檢測(cè)試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷，檢測(cè)成本低、速度快，設(shè)備輕便，對(duì)人體及環(huán)境無(wú)害，現(xiàn)場(chǎng)使用方更便。如采用便協(xié)式超聲波檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行油缸焊縫、殼體類(lèi)、結(jié)構(gòu)件表面裂紋的檢測(cè)等。

（2）磁粉探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。利用磁粉與漏磁場(chǎng)的相互作用，產(chǎn)生的磁痕檢測(cè)表面缺陷的無(wú)損探傷方法。 磁粉探傷可用于軸類(lèi)、齒輪表面微小裂紋的檢測(cè)，具有靈敏度高、操作方便、檢驗(yàn)速度快、檢驗(yàn)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但僅適用于鐵磁性材料。

（3）增材制造激光熔覆修復(fù)技術(shù)。此技術(shù)是一種非建模的增材制造工藝，通過(guò)在基材表面添加熔覆耐磨材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起結(jié)合的方法，在基層表面形成與其冶金結(jié)合的耐磨材料熔覆層，達(dá)到零件表面修復(fù)及提升耐磨、耐腐蝕、耐高溫及抗氧化等性能。

（4）增材制造超音速火焰噴涂修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是將氣態(tài)或液態(tài)燃料與高壓氧氣混合后，在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產(chǎn)生的高溫、高速的燃燒焰流，金屬粉末在載氣的作用下被送到噴槍的出口處，進(jìn)入燃燒火焰中，形成涂覆層，涂層致密，涂層與基體的結(jié)合力較高，可用于金屬零件外圓、平面、內(nèi)孔的噴涂。

2.3 裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件再制造流程

為保證裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件再制造后質(zhì)量及性能，再制造前對(duì)結(jié)構(gòu)件的失效分析和可再制造性評(píng)估尤為重要。裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件主要失效形式為：安裝孔位磨損變形、焊縫開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)變形、裂紋、銹蝕、螺紋損壞等。

結(jié)構(gòu)件再制造流程：附件拆除-清理-檢測(cè)-修復(fù)方案制定-失效修復(fù)-總成檢驗(yàn)-總成美化。

2.3.1 附件拆除

安裝孔內(nèi)是否有磨損、變形或殘斷的銷(xiāo)軸，螺紋孔內(nèi)是否有殘斷的螺栓，使用壓裝設(shè)備及工具將銷(xiāo)軸、缸套、螺栓等取出。

2.3.2 清理

工程機(jī)械長(zhǎng)期使用后的結(jié)構(gòu)件會(huì)附著較多的油泥和雜物、油漆老化、表面銹蝕等，需對(duì)其進(jìn)行清理?？墒褂酶邷馗邏呵逑丛O(shè)備及大型拋丸設(shè)備進(jìn)行清理，拋丸前裝配配合面、螺紋孔應(yīng)進(jìn)行防護(hù)，避免損傷，為后續(xù)檢測(cè)、修復(fù)工序做準(zhǔn)備。

2.3.3 檢測(cè)

使用量檢具：正常擰入，擰緊；記錄檢測(cè)結(jié)果；對(duì)比檢測(cè)結(jié)果。對(duì)比設(shè)計(jì)、工藝要求。監(jiān)控量檢具是否失效；量檢具對(duì)結(jié)構(gòu)件各關(guān)鍵尺寸是否能檢測(cè)。使用探傷設(shè)備對(duì)本體及焊縫裂紋等缺陷進(jìn)行檢測(cè)，主要有超聲波檢測(cè)、磁粉探傷等；進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)、螺紋孔損壞檢測(cè)，主要檢測(cè)各螺紋孔是否有斷螺栓、螺紋損壞。

2.3.4 修復(fù)方案制定與失效修復(fù)

針對(duì)失效問(wèn)題清單制定相應(yīng)的修復(fù)方案，可從工藝性、成本、質(zhì)量、安全方面對(duì)可行性方案進(jìn)行方案評(píng)估分析，選出最優(yōu)方案。

（1）軸承、銷(xiāo)軸孔位磨損、變形失效修復(fù)

修復(fù)方案一：將損傷內(nèi)孔內(nèi)、外表面油污、雜質(zhì)、油漆、水分、鐵銹等清理干凈，如圖2 所示為使用激光熔覆技術(shù)或堆焊技術(shù),在需要修復(fù)的孔內(nèi)進(jìn)行均勻熔覆或堆焊，厚度根據(jù)損傷情況及加工余量要求確定，使用臥式雙面鏜床，進(jìn)行定位校準(zhǔn)后加工至設(shè)計(jì)尺寸要求，如圖3 所示。

圖2 孔位熔覆或堆焊修復(fù)

圖3 孔位機(jī)加修復(fù)

修復(fù)方案二：用火焰氣割將磨損、變形失效軸承座從結(jié)構(gòu)件上去除，按設(shè)計(jì)圖紙重新制作新的軸承座，使用定位工裝，將新軸承座裝入，調(diào)整達(dá)到設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行焊接。修復(fù)后將定位工裝裝入檢測(cè)，要求工裝能正常裝入且配合間隙均勻。

（2）彎曲變形失效修復(fù)：檢測(cè)彎曲變形的方向、變形量及彎曲變形凸點(diǎn)，用火焰氣割局部加熱凸點(diǎn)，加熱后使用壓力設(shè)備使其變形恢復(fù)，最終達(dá)到校直或校平的目的，變形修復(fù)過(guò)程中將定位工裝裝入檢測(cè)，修復(fù)至檢測(cè)工裝能正常裝入且配合間隙均勻。

（3）開(kāi)裂、裂紋失效修復(fù)，使用無(wú)損探傷設(shè)備對(duì)本體及焊縫不易檢測(cè)裂紋等缺陷的情況，檢測(cè)找到裂紋的起止點(diǎn)、裂紋走向及深度，并對(duì)裂紋進(jìn)行標(biāo)記，在裂紋兩端起止點(diǎn)鉆止裂孔，防止裂紋進(jìn)一步延伸，裂紋較深的在裂紋部位開(kāi)坡口增加焊補(bǔ)強(qiáng)度，進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后保溫，以減小焊接應(yīng)力和裂紋產(chǎn)生。施焊過(guò)程中可采用小電流、分層、分段、焊補(bǔ)方向控制等方法減少焊接時(shí)的應(yīng)力和變形。焊后檢查有無(wú)氣孔、裂紋，焊縫是否致密、牢固，并使用損探傷設(shè)備進(jìn)行焊接質(zhì)量檢測(cè)。

3 再制造裝載機(jī)電動(dòng)化改造

3.1 再制造裝載機(jī)的現(xiàn)狀分析

再制造裝載機(jī)主要是以老舊設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)排放等級(jí)低，多為國(guó)I、國(guó)Ⅱ、國(guó)Ⅲ排放，燃油工程機(jī)械排放污染大，不符合國(guó)家環(huán)保政策，大部分地區(qū)會(huì)被限制使用或被強(qiáng)制報(bào)廢，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率為35% ～40%，能源使用效率較低，造成能源的浪費(fèi)，裝載機(jī)每小時(shí)耗油量約15～30 L，使用成本高，同時(shí)噪音大，司機(jī)駕駛舒適度差，為對(duì)象解決舊設(shè)備排放問(wèn)題的主要方式有：

（1）改制純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)零排放，供電方式可選用動(dòng)力電池供電或拖線式供電。

（2）改制升級(jí)滿足國(guó)家最新排放標(biāo)準(zhǔn)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以達(dá)到滿足排放的要求。

（3）改制燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)零排放。隨著三電產(chǎn)品技術(shù)逐漸成熟，動(dòng)力電池價(jià)格逐步下降，電動(dòng)化已成為主流，各大工程機(jī)械制造商，也陸續(xù)推出電動(dòng)化工程機(jī)械產(chǎn)品。

從燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的特性曲線分析對(duì)比可以看出（圖4、圖5），電動(dòng)機(jī)具有低速啟動(dòng)扭矩高的特點(diǎn)，更適合工程機(jī)械工況需求，峰值扭矩也遠(yuǎn)高于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，加速性能好，加速平順，且電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可取消液力變矩器，傳動(dòng)效率更高。同時(shí)燃料消耗成本，在整機(jī)生命周期成本中約占比60%以上，降低能耗成本對(duì)整機(jī)生命周期成本的降低作用巨大。使用二手設(shè)備進(jìn)行再制造與電動(dòng)化改裝可有效降低制造成本，節(jié)約資源，解決客戶因環(huán)保原因，大量狀態(tài)良好、殘值較高的，設(shè)備被強(qiáng)制報(bào)廢的問(wèn)題，給客戶更多選擇，隨著電池價(jià)格不斷下降，電池成本占比不斷下降，二手設(shè)備再制造與電動(dòng)化改裝的價(jià)值更加凸顯。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線

圖5 電機(jī)特性曲線

3.2 再制造裝載機(jī)電動(dòng)化改造方案

電動(dòng)改裝要獲得良好的匹配性能，對(duì)裝載機(jī)鏟裝作業(yè)特點(diǎn)要進(jìn)行充分的研究分析，裝載機(jī)鏟裝作業(yè)流程主要為：放平鏟斗掛檔踩下油門(mén)加速?zèng)_入料堆使鏟斗全力切入料堆阻力很大時(shí)，采用聯(lián)合鏟裝法，即同時(shí)間段操作轉(zhuǎn)斗上轉(zhuǎn)及動(dòng)臂提升，以達(dá)到鏟斗鏟裝滿物料鏟斗裝滿后把動(dòng)臂升到需要高度，掛2 檔短距離運(yùn)輸物料到卸料點(diǎn)。

從裝載機(jī)作業(yè)流程研究中得出，需驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)需相互配合作業(yè)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)作業(yè)時(shí)都有最大的功率需求，根據(jù)此作業(yè)特點(diǎn)，改裝電動(dòng)化方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮及滿足。

改裝方案一：發(fā)動(dòng)機(jī)改制替換為電驅(qū)系統(tǒng)，保留利用原車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)及保留液力變矩器、液壓系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)及其他系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)原散熱系統(tǒng)改為電機(jī)、動(dòng)力電池扇熱系統(tǒng)，其他部件按改裝需求進(jìn)行改制，特點(diǎn)：改動(dòng)較小，較大限度利用原車(chē)部件，但需保留液力變矩器，柴油機(jī)外特性曲線與電機(jī)的外特性曲線有較大的差異，液力變矩器特性與電機(jī)特性差異也較大，匹配效率較低。

改裝方案二：采用行走驅(qū)動(dòng)及液壓驅(qū)動(dòng)分開(kāi)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及控制的雙電機(jī)模式，取消液力變矩器，其他部件按改裝需求進(jìn)行改制，特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，能耗低，但需重新設(shè)計(jì)制作變速箱及液壓泵分動(dòng)箱，改動(dòng)難度較大。動(dòng)力電池選用方面，可優(yōu)先選用磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰具有安全、使用壽命長(zhǎng)以及成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是裝載機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用的首選，其電壓平臺(tái)很平，能量發(fā)揮好；儲(chǔ)量大便宜；幾乎無(wú)熱失控（熱失控溫度在800 ℃以上）[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

裝載機(jī)再制造是使用先進(jìn)技術(shù)包括現(xiàn)代表面工程技術(shù)、先進(jìn)的加工技術(shù)、先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代生產(chǎn)管理方法對(duì)廢舊裝載機(jī)零部件，遵循再制造流程進(jìn)行規(guī)?；⑴炕僦圃焐a(chǎn)及兼有對(duì)原產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)改造，再制造后的產(chǎn)品性能達(dá)到原產(chǎn)品新品或超過(guò)新品，同時(shí)以核心零部件再制造為基礎(chǔ)開(kāi)展裝載機(jī)整機(jī)再制造，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)可以較大程度的降低投資成本，同時(shí)可以縮短現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)間，提高生產(chǎn)效益，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)縮短了生產(chǎn)周期，降低制造成本，減少了輔助生產(chǎn)材料的消耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從生產(chǎn)到回收的全生命周期管理，促進(jìn)資源循環(huán)再利用，履行企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。再制造具有能耗低、綠色低碳、綜合制造周期短、制造成本低、資源可循環(huán)等特點(diǎn)，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑之一。