再制造技术在煤矿设备中的应用分析

马晓燕，宋卫军，项 榆，高卫红

（1.陕煤集团神南产业发展有限公司，陕西榆林 719300；2.陕北矿业公司，陕西榆林 719000）

0 引言

再制造技术的应用是基于装备和产品的全寿命周期，将恢复废旧装备的使用价值作为目标，基于优质、高效、节能、节材，采用先进的技术，借助产业化生产组织方式对废旧装备实施修复的一系列技术应用。再制造技术符合当前社会发展倡导的资源节约、环境友好理念。煤矿中的许多装备如液压支架油缸、刮板机都可以采用再制造技术，为企业带来很大的经济效益。

1 再制造技术的基本内涵

再制造技术是针对已报废或存在故障的设备，针对已发生磨损的零部件，结合磨损部位，磨损程度，评估其修复价值，提以其使用寿命，实现预期价值。再制造技术要保证工艺设计的合理性，借助制造技术的选择，恢复零部件的功能，再制造后零部件在使用中可以替换新品。再制造技术针对各类失效原因采取相应的措施，对报废零部件加以修复，使其使用寿命得以延长，提升废旧零部件的使用价值。

再制造区别于制造，制造是对原材料实施加工，生产出具有特定功能与作用的产品，而再制造针对已到达发生磨损或已达到寿命的产品，恢复其性能与功期恢复到新品的标准。与制造新品相比，产品采用再制造技术成本可以降低40%，还可以节能50%，原材料节省60%，对于环境产生的负面影响能降低60%，对于拉动经济增长、扩大就业、提升企业效益有着积极作用。

再制造技术不同于传统模式的维修。维修是指为了保证设备可靠运行而采取的维护修理措施，体现出随机性、原位性、动态化、应急性的特点。再制造具有制造的特点，将传统意义维修加以外延，可以为理解为维修的高级阶段。维修针对存在故障，难以稳定运行的设备，多采用更换零部件的方式，难以实现批量化；零部件在维修后难以保证质量、性能完全达到原有的状态。再制造的实现基于报废零部件，采用表面处理的方式进行修复，有利于提升产品性能、延长产品的使用寿命。

2 煤矿设备应用再制造技术

2.1 再制造方法的设计

煤矿设备工作条件恶劣，许多设备的使用寿命较短，再制造技术的应用有利于降低设备费用。废旧设备应用再制造技术要考虑到总体设计，明确再制造方法，再制造的工艺设计，保证设备再制造后具有最大化的效益。再制造设计要考虑到多种影响因素，如工艺方法的选择要保证废旧零部件易于拆卸及分析再制造后的经济效果。再制造技术应用的关键是保证质量控制效果，其成型技术与表面技术是再制造技术应用的核心。

2.2 设备无损拆解技术与清洗技术的应用

（1）要依据煤矿设备的装配特点研究无损拆解方案，还要考虑到设备运行条件、使用性能要求、零部件材料的特点，明确拆解的要点。

（2）还要研究清洁工艺。再制造零部件的清洁要基于高效、清洁，降低对环境的负面影响，还要保证低成本。当前技术的应用包括结构的建模、受力分析、分析产品结构。再制造技术下的修复要尽可能实现无损拆解，尽量采用非化学清洗方法去除部件表面的污染物。当前主流的清洗方法包括软质磨料喷砂、高压水射流清洗、超声清洗等。

（3）煤矿企业应用再制造技术多用于采煤机、刮板输送机中部、槽液压支架等，还可以应用于产品价值高、长期使用易磨件，如针对结构复杂、有多种零部件的采煤机箱体也可以应用于立柱千斤顶、减速器齿轴、电动机转子等关键零部件。

（4）制造工艺路线的确定要结合零部件运行中的工作状态与使用特点，结合零部件材质的特点，确定处理工艺，为零部件再制造修复创造有利的条件。

2.3 零部件的检测与剩余价值评估

针对再制造技术的应用，要检测废旧设备，检测要结合轴类、盘类、齿类、转子、薄壁类等零部件的使用特点，分析其磨损、变形程序，还要确定存在的缺陷，如裂纹、焊缝开裂应力变化等，确定其受损程度；使用有限元分析软件加以综合分析，如Ansys、MSC-Fitigue 软件，评估后续使用寿命，依据数据库中典型零部件的评价标准，能明确定产品的应力部位，并预估剩余寿命。当前，已经有多家公司开发出剩余寿命评估模型用于产品的再制造，为方案的确定提供了有价值的依据。

2.4 关键设备的诊断

随着设备管理方式的转变，设备维护保养更倾向于主动预防性维修。特别是当前煤矿设备在向着机电液一体化、智能化的方向发展，需要借助先进、可靠、综合性的故障诊断技术。故障诊断技术应用于煤矿的关键部件，可以准确分析出运行过程中存在的故障隐患，分析其可靠性，为再制造方案的选择、修复时间的确定提供直接依据。

2.5 再制造技术的选择

不同煤矿设备涉及到不同类别的关键零部件，经过无损检测、评估分析剩余寿命之后，要结合其特点选择再制造工艺方法，如采用等离子熔覆、激光熔覆、高速电弧喷涂、纳米复合电刷镀等技术。再制造技术的选择要结合设备的特点、材料、结构、使用环境等，综合分析后确定煤矿轴类、箱体类零部件失效后最佳的工艺方法，以保证再制造工艺的合理性。

3 再制造技术在煤矿设备中的应用案例

煤矿设备报废的主要原因是设备部分零部件发生磨损，而设备的其他零部件依然完好，具有使用价值。某煤矿企业存在大量的液压支架，局部易发生磨损导致油缸失效，可以发挥再制造技术的优势，油缸镀层选择了刷镀工艺修复。再制造工艺应用电解工艺的原理是电解液中存在大量的金属离子，通电会受到电极作用。电解液中的零件表面上会发生还原反应，金属原子后会沉积于表面，形成具有一定厚度的镀层。具体流程如下：

（1）清洗：对存在缺陷油的缸筒拆检，彻底清洗活柱、中缸的表面，检查失效形式。

（2）检测：采用涡流检测，以确定应力集中部位。依据标准GB/T 30565—2014，仪器型号TYC-01，探头为差动式探头，校准试块HS-3，检测频率为200 kHz，检测灵敏度为0.5 mm，通孔信号相位为10°，探头周向扫查，扫查速度小于20 m/min。检测共发现19 处应力集中，提示发生了早期磨损。

（3）设计修复工艺：设计修复工艺依据损坏程度，编制工艺规程、工艺技术参数。缺陷深度大于0.5 mm 的部分先进行冷焊打底，在修磨后实施电刷镀修复。磨损深度如果大于0.5 mm，可以采用直接电刷镀的方式进行修复。冷焊前先要对有缺陷部位进行打磨处理，要注意彻底去除表面的疲劳层，然后彻底清理干净。堆焊中要力求无气孔、夹渣等，保证焊接后无缺陷。焊后要对堆焊表面加以修磨，修复要注意保证曲线与工件原设计尺寸一致性，还要保证粗糙度。修磨检验合格后进行电刷镀，表面电刷镀前先要对表面进行预处理，可以使用丙酮彻底清洗表面，非镀面要进行遮蔽，然后进行电净、水洗、活化、镀底镍、恢复镀厚、打磨。

表面打磨是为了有效去除表面上的毛剌及疲劳层，保证待镀表面的平整、光滑。打磨至露出金属基体，这样镀层与基体结合才可以保证效果。电净处理要去除打磨后工件残留的铁屑与油污，以保证表面洁净无油污。为了保证后续镀层与基体可以紧密结合，先进行预镀，底层镍镀要保证表面均匀。然后再次刷镀层增加厚度。镀层要保证硬度、耐磨、耐腐，具有一定的强度。电流23～25 A，持续时间1～2 min。镀后用自来水彻底清洗冲刷，保证电刷镀表面和邻近部位不能有残留物，然后用压缩空气吹干，尺寸检查合格后涂防锈上防锈油。

再制造后，液压支架通过电刷镀工艺实现了功能恢复，磨损部位得以修复，综合效果明显。实践表明，采用电刷镀技术修复煤矿设备修复具有投资少、操作方便、快捷、镀层稳定性好、沉积快、结合强度高等多方面优势，这修复方法可以广泛用于多种零部件的修复，具有广阔的适用范围。此外，此方法还体现出对环境污染程度小、省水、省电等优势，可用机械维修中，特别是修复成本仅为新品的10%，具有良好的经济效益与潜在价值。

4 建议

（1）煤矿企业在设备管理中要转变原有的思维，要意识到现代科技进步对于设备再制造的推动作用，要结合实际规划选择再制造方法，以保证技术的实用性。

（2）设备再制造工程要与科技创新相结合，发挥新材料、新工艺、新技术的优势，以推动再制造工程的实现，以降低煤矿企业设备的维护支出。再制造产品还要加强质量检测，以保证产品的可靠性。

（3）再制造工程在企业的应用要发挥产、学、研结合的推动作用。煤炭企业要与科研院所、再制造专业机构展开合作，基于互利互惠的合作模式，实现风险利益共担，通过合作实现共赢。

5 结束语

借助再制造技术对煤矿机械设备零部件实施修复是一项具有综合效果的优势产业。借助表面处理技术可以将废旧的零部件加以修复，体现出工艺可靠，易于实施，操作简便，能源消耗低、修复快捷、方便等优势。修复过程体现出绿色、环保、节能、节时等特点。针对煤矿设备，要结合再制造技术的应用，要不断研究新的方法，以最大限度实现废旧零部件再回收、再利用、再制造，以实现经济效益、社会效益、环境效益。