工程机械再制造及其关键技术探究

刘洪亮

摘 要：作为近几年新兴技术，再制造工程技术在节能环保、生产成本等方面优势显著。其技术应用主要是以产品全寿命周期为依据，对废旧机械借助先进技术手段进行二次利用，实现对其机械作用与价值的最大化体现。文章从工程机械再制造技术概念与特点的分析入手，总结在节能减排中应用再制造技术的价值，在此基础上阐明机械再制造中关键技术的具体应用。

关键词：再制造;节能减排;关键技术;工程机械

中图分类号： TH16                                   文献标识码：A                                    文章编号：2096-6903（2022）04-0060-03

0 引言

工程机械的应用涉及到水利、公路、港口、建筑、国防、电力等工程领域，而正因工程机械的应用范围广，且分布数量大，为再制造工程的发展创设良好空间。作为现阶段机械制造领域的重点研究学科，再制造技术的应用存在低成本、环保、效益高等优势特点，能够以较低的成本来恢复机械的性能与质量，促使其运行年限得到延长。同时，再制造技术的合理应用，有助于其产业节能减排目标的达成。所以加大对再制造关键技术的研究，对于推动我国社会可持续化建设有着重要影响。

1 再制造概念及其特色分析

再制造技术一经提出便受到世界各国的高度关注，美国于1990年代提出3R体系，其体系中囊括再制造、再循环、再利用概念;日本以环保技能为立足于，提出涵盖再循环、减量化以及再利用概念的3R体系;而中国则是依据对其他国家发展经验的分析，结合我国国情提出涵盖再循环、再利用、减量化、再制造的4R体系。所谓再制造，是指依据全寿命周期为依据，在明确性能提升目标的前提下采用先进技术进行废旧机械的恢复与改造，在符合环保、节能、优质的标准下发挥出废旧机械的最大价值与作用。换言之，再制造产业的发展就是借助高新技术进行废旧机械的改造与修复[1]。为确保其再制造行业的长久化发展，其特征确定为：以50%成本进行机械的改造与修复，且修复后其节能效果需控制在60%以上;修复后机械性能需要与新产品机械性能持平，或性能质量要优越于新产品;机械再制造节材效果需要控制在70%以上;机械再制造需将对环境造成的影响控制到最低。

分析国内外再制造产业的发展，主要借助对尺寸修理、换件修理方法的应用来达到机械性能恢复的目的[2]。其中换件修理方法的应用主要是以全面的零件进行机械损坏、损伤的零件进行替换;尺寸修理则是以相关零件使用标准为基准，进行零件表面尺寸修复、改造，将修复后的零件尺寸控制在标准范围内，进而达到机械再制造的目的。以缸套-活塞环零件为例，利用镗缸方法将磨损的零件进行原尺寸精度的恢复，结合对大尺寸活塞环的应用来完成对机械的改造。纵观我国机械再制造领域的发展，主要是依据对自动化表面、纳米表面等技术的应用进行机械改造恢复，以期在较低成本的条件下，进行机械设备性能的恢复与提升，并达到降低能耗、提升节能效果的目的。相较于其他国家发展，目前我国再制造技术水平已经达到世界先进水平[3]。

2 节能减排中再制造技术的贡献

产品费用成本需要以全寿命周期来定义，即从机械产品论证设计到报废整个过程涉及的费用[4]。而在以往机械产品成本研究过程中，其研究重点主要放在机械论证、设计以及制造环节[5]。

机械产品的再制造属于对其生命周期的延伸，或者是为废旧机械重新规划生命周期，在保证其机械发挥出应有的功能与作用基础上，达到寿命延长的目的[6]。与此同时，再制造技术的合理应用可以实现对环境的友好型建设，并通过资源节约来推动再制造产业的发展。纵观现阶段机械再制造技术的应用，在节能降耗方面起到以下作用：①材料与能耗节约。以某再制造企业数据统计为例，某品牌发动机若再制造量达到5 万台/年，其回收附加值可超过16亿元，其金属节省量将超过3.83万 t，节电方面可可实现对7 200 万 kw·h的节省，在二氧化碳排放方面，可以减少将近3 000 t的排放量。由此体现出，再制造技术的合理应用有助于降低材料与能源消耗。②机械运维费用缩减。以某自修复添加剂的应用为例，若将该添加剂应用于1000辆某型号重型卡车中，可以实现柴油使用量减少800 t/年，换算为成本费用，即每年企业可缩减成本投入超过400万元;在润滑油节省方面，可实现每年节约润滑油使用量超过50万t，即在润滑油成本投入方面可以缩减超过60万元。此外，该技术的应用能够起到维修成本降低的效果。

而在环境污染控制方面，再制造技术的合理应用可以做到：①环境污染控制。以往废旧机械相关零部件会通过回炉等方式进行处理，在处理过程中不可避免会对环境造成污染。而借助再制造技术的应用，相关令零部件转变为机械改造所需的“毛坯”，实现对二次污染的有效避免;针对部分零部件的再制造，在近净成形机理的作用下，其零部件無需二次进行铸造、焊接等操作，进而实现对能源利用的减少，并避免后续二次加工环节开展所造成的环境污染。②固体垃圾减少。废旧机械可能存在排放标准不达标的问题，而通过对再制造技术的合理应用，可以以“欧Ⅱ”排放标准来取代以往的“欧Ⅰ”标准，实现对固体污染物排放的有效控制。

3 工程机械再制造关键技术应用

3.1 纳米表面工程技术

纳米技术的诞生属于科技领域变革性发展的关键所在，得益于纳米技术与再制造理念的融合，促使现阶段我国再制造产业发展涉及到以下几种纳米技术的应用。

3.1.1 纳米颗粒复合电刷镀技术

将纳米陶瓷颗粒融合到电刷镀液中，通过基体金属与纳米颗粒的牢固结合，促使电刷镀液的性能因纳米颗粒而得到显著优化与提升。将纳米颗粒符合电刷镀技术应用于曲轴、连杆等发动机关键部位中，可以实现对零件抗疲劳、耐高温等性能的提升。

3.1.2 纳米热喷涂技术

纳米热喷涂技术的应用主要是依托于现有热喷涂技术的应用，将具喷涂纳米结构的颗粒粉末应用其中，并结合对等离子喷涂设备的开发，促使其再制造质量得到提升。依托于纳米热喷涂技术的有效应用，进行金属陶瓷涂层、纳米结构陶瓷涂层的制备，涂层组成主要包括亚微米晶与纳米晶，能够在提升零件强度的同时，确保其致密性等性能得到显著优化。

3.1.3 纳米减摩自修复添加剂技术

该技术的应用主要是以摩擦化学作用为原理，通过对固态修复膜（存在自修复、减摩润滑等功能）的形成来实现对零件磨损的有效修复。并且该技术的应用可以以机械不解体、不停机为前提，同样可以取得较为显著的修复、减摩效果。以6缸吉普车为例，将自修复添加剂技术应用于该吉普车零件中，在各方面条件正常的条件下进行耐久性试验，结果表明应用该技术后，吉普车发动机效率相较于以往至少提升6%左右，在保证其运行质量的前提下，实现对车辆油耗的降低。另外，将该材料应用于某市公交运营车辆，其试验总里程控制在15 000 km，试验后得出此技术应用可以提升其发动机2%～5%的输出功率，其能耗节约3%～5%，尾气排放降低約为30%～50%。

3.2 自动化表面工程技术

再制造产业的发展有着巨大的潜力空间，而要想进一步推动再制造产业的长久化、现代化发展，需要借助对自动化技术的应用来取代以往人工操作。在此背景下，将自动化技术应用于再制造领域，实现对以下关键技术的开发与应用：

3.2.1 自动化电弧喷涂技术

该技术应用主要是以编程技术为支撑，预先进行喷涂路径的规划，其操作机按照设定路线利用喷枪开展自动化喷涂作业。目前该技术常用于重载汽车曲轴箱体、发动机缸体等零件的再制造。以发动机箱体再制造为例，由以往的手工操作1.5 h缩减至自动化喷涂20 min，其作业效率得到显著提升。同时，得益于自动化喷涂技术的有效应用，针对缸体、曲轴等零部件的再制造材料消耗量得到大幅度缩减，且相较于零部件新品材料，再制造价格仅占据10%左右。

3.2.2 自动化纳米颗粒复合电刷镀技术

以往施工刷镀作业开展极易出现无法连续供给、镀覆过程无法全面管控等问题，而借助自动化技术的融合应用，开发出自动化电刷镀设备。在实际作业期间，该设备的应用能够做到对发动机连杆4～6个的一次性连，且作业效率方面由以往60 min降低至自动化刷镀的5 min。以连杆新产品为参照，再制造的连杆价格仅有新品价格的10%左右，且材料消耗量仅控制在新品的10%以内。

3.2.3 半自动化微束等离子弧熔覆技术

以往零件修复作业的开展，因某些因素的影响导致中小型零部件作业极易出现变形问题。而依托于自动化技术应用诞生的微束等离子弧，能够做到对零部件变形问题的有效抑制，并在零部件交变荷载、抵抗能力等方面，通过对基材与覆熔层的结合实现其性能的优化与提升。

3.3 虚拟制造技术

虚拟现实技术因其独特的优势特点而被广泛应用于众多领域行业中，现阶段再制造领域中虚拟现实技术的应用取得一定成效。如在产品开发期间可以借助该技术的应用构建虚拟化场景，并以虚拟化场景为载体进行产品论证、设计、制造等过程的模拟，通过的相关模拟参数的获取实现对产品设计的优化。通过对虚拟制造技术的合理应用，能够帮助相关人员了解在不同生产环节中产品的实际参数情况与性能质量，进而为零部件的再制造过程优化提供帮助。在现阶段工程机械再制造过程中，依托于虚拟现实技术进行零部件的三维设计，可通过虚拟模型构建帮助相关人员进行产品参数、性能的综合分析与优化。

3.4 智能制造技术

智能制造技术的应用可实现对再制造环节、流程的简化，通过对人类思维的模拟、拓展，进一步推动我国工业制造领域朝着智能化的方向持续发展。通过对再制造过程进行智能技术的融合，能够进一步提升再制造技术的环境适应能力，并合理拓展再制造技术的应用范围。

3.5 无损检测技术

工程机械再制造中无损检测技术的应用主要是以不损伤零部件性能结构为前提，采用相关技术进行零部件热、电、声、磁等方面的监测，进而做到对零部件缺陷问题的有效探测。依据零部件类型不同，采用相契合的无损检测技术，可以做到对部件缺陷位置、类型、大小、性质等情况的全面评价，并在此基础上定量分析零部件强度与缺陷之间存在的关联，确定零部件剩余寿命。

4 结语

综上所述，得益于再制造低消耗、低污染、高效益等优势特点，促使再制造产业发展迎来新的契机。通过对再制造产业的大力发展，能够在推动工业制造领域技术革新的同时，为我国生态治理工作的开展提供助力。

参考文献

[1] 巩喜宝.工程机械再制造及其关键技术[J].化工管理，2018 （21）：144-145.

[2] 顾虹，叶李，陶玉山，等.工程机械再制造工艺设计探讨与研究[J].工程建设与设计，2016（2）：114-116.

[3] 奉华.试论工程机械再制造工艺[J].引文版（工程技术），2016 （6）：74-75.

[4] 黄向明，宿彪，王伏林，等.基于B/S模式的工程机械再制造过程信息追溯系统设计与实现[J].计算机应用与软件，2016 （10）：82-86.

[5] 姬文晨，杨雷，陈有俊.我国工程机械再制造发展现状及建议[J].现代制造技术与装备，2020，56（11）：137-139.

[6] 马瑞庄.浅谈工程机械液压缸再制造技术及应用[J].内燃机与配件，2018（1）：101.