浅析掘进机再制造清洗技术应用

赵 斌

(中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100)

随着我国城市发展和基础建设不断扩大，配套隧道施工的掘进机设备数量也越来越多，目前国内市场掘进机保有量已超过2 000台，掘进机生产主机厂商和部分施工单位都大量保有掘进机设备，对设备的翻新利用所涉及的再制造技术，目前已基本形成各自的一定技术体系，但对其应用情况和对生产效率的影响，需要进一步分析。

掘进机产品从施工隧道出来后，其零部件表面清洗是整机再制造的第一道也是非常重要的工序，对其检测零件表面尺寸精度、判定形状、位置精度、表面粗糙度、相关性能、磨蚀磨损及黏着情况等失效形式，起着重要作用，因其产品部件重量和外形尺寸非常大，也是批量再制造生产的瓶颈工序，是掘进机再制造生产的基础。零部件表面清洗的质量，影响再制造加工及装配，对再制造产品的质量具有非常重要的影响。

1 掘进机再制造清洗技术概述

1.1 掘进机再制造清洗技术

掘进机再制造清洗技术在整机再制造技术体系中占有非常重要的地位，具体是采用机械、物理、化学和电化学等方法清除产品或零部件表面的各种污物(灰尘、油污、水垢、积炭、旧漆层和腐蚀层等)的技术过程。表面的清洗对零部件表面形状及性能鉴定的准确性、再制造产品质量和服役寿命均具有重要影响[1]。

1.2 清洗技术的意义

掘进机产品零件的磨损与腐蚀失效是导致产品运行性能下降的重要因素之一，采用高效的表面工程技术，将可以实现失效件的表面尺寸及性能的恢复或提升，从而改变当前以尺寸修复法和换件法为主的掘进机再制造产业生产模式，提高废旧产品零部件的利用率，提升企业生产效益[2]。

2 再制造清洗技术分类

2.1 再制造清洗工艺介绍

1)压力清洗工艺。

最常见应用各种方式的压力，如高压冲洗、中压冲洗、混合介质冲洗、负压吸附等，可以产生较好的清洗力，去除表面污渍。

高压喷射清洗原理：通过喷嘴把加压(一般为10 MPa以上)的清洗液喷射出来，用以冲击清洗物表面，使液体高速运动产生的冲击力及流体在清洗对象表面流动，使部件表面达到清洁目的，高压喷射流体流量越大，喷射流体的速度越高，形成的喷射压力也越大，清洗效果与喷射距离等也有关系[3]，需要在实际应用中明确其工艺参数。

2)浸液清洗工艺。

掘进机出洞及拆解过程中，有许多连接件、机工件，可将待清洗对象侵入在专用清洗液中浸泡、湿润而达到洗净的目的。该工艺在清洗和冲洗时，需在不同洗槽中进行，可采用通过式或反复式。分多次进行的浸泡清洗可以使工件表面达到较高的洁净度，适用于对数量多、表面处理要求高的小件清洗对象进行清洗。

3)摩擦清洗工艺。

掘进机施工中有残留一些水泥浆块、泥块等一些不易去除的污垢，使用摩擦的方法往往能取得较好的效果。如在盾体、刀盘外表面，向表面喷射清洗液的同时，可以使用砂子、钢丸，可以更加有效地去除表面异物。使用磨机对砂浆罐内壁进行摩擦式清理，配合用钢丝刷擦拭，能取得更好的清理、清洗效果。

2.2 化学清洗工艺

掘进机施工过程中，其大量管道内部易残留泥浆、污垢等异物，不便使用其他办法清洗，这时适合使用化学清洗工艺，利用化学试剂与污垢发生化学反应，使污垢解离并溶解分散到清洗液中。借助清洗剂对物体表面污染物或覆盖层进行化学转化、溶解、剥离，以达到清洗的目的[4]。化学清洗一般分为酸洗、水冲洗、钝化3个步骤，其中酸洗是化学清洗的核心过程，钝化是保证清洗后构件表面防锈能力的关键[5]。

2.3 高频震动(超声波)清洗技术

高频震动清洗技术主要为超声波清洗技术，由电磁振荡器、超声波发生器和清洗槽组成。电磁振荡器产生的单频率简谐电信号(电磁波)通过超声波发生器转化为同频超声波，通过清洗介质传递到清洗对象，换能器是将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动，直接用机械方法使物体振动而产生超声波。超声波清洗工艺参数主要包括振动频率、功率密度、清洗液温度和清洗时间等，对于掘进机核心部件主驱动的精密零件，可以采用该方法取得较好的清洗效果并保证清洁度[6]。超声波清洗原理如图1所示。

图1 超声波清洗原理图

2.4 激光清洗工艺

掘进机设备组成复杂，施工后不少部件机械加工面处于锈蚀状态，可以使用激光清洗工艺，激光清洗机可以发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，当把激光束聚焦于机械加工件表面10 mm左右时，在极短时间内把光能变成热能，将表面的污垢熔化，达到去除锈蚀的效果，主要机制包括热膨胀、气化、烧蚀、爆炸等，可在不熔化金属、木材的前提下把表面的锈垢和异物除去，而且能防止基材锈蚀并大大提高金属材料的防腐蚀性能[7]。

3 掘进机典型部件清洗技术应用

3.1 大部件表面清洗

掘进机设备大部件主要包括刀盘、盾体、螺旋机、拼装机、后配套台车等[8]，在隧道施工出洞后，已处于拆解状态，由运输车辆装载至清洗场地，其结构件表面有大量的油污、泥渣等，一般配备高压清洗机、水刀砂清洗机，对其表面进行冲洗，冲洗压力设置在35～50 MPa，可以对表面进行有效冲洗。

需要注意的是，清洗的同时会造成冲洗液(主要为水)污染，清洗场地需要设置有沉淀池或水过滤装置，为节约用水，降低生产成本，一般采用水循环过滤系统，配置泥水分离器等系列设备设施。

3.2 精密小件清洗

可采用通过式超声波清洗设备(见图2)，主要作业流程包括上料、超声清洗、喷淋漂洗、沥干、烘干、下料等工序。清洗参数主要包括清洗时间300 s、清洗温度(50±5) ℃、超声频功率及频率12 kW/28 kHz，清洗介质为混合水溶液。全过程程序自动设置，生产节拍最快可达到15 min/组，主要清洗对象为掘进机液压阀块、双头螺柱、小齿轮组件等数量多的小件。

图2 通过式超声波清洗机

3.3 激光清洗机

掘进机产品部分工件呈不规则形状，并且部分工件随部件连接不易拆解，当其需要除锈清洗时，常规办法往往是拆除后清洗，而使用激光清洗机技术，可以处理存在复杂架构的工件，许多缝隙等不易清洗的部位也可以达到清洗的目的。手持式激光清洗机除锈作业如图3所示。

激光清洗技术仍旧存在设备价格昂贵、测速试验冗长等弱点，然而，掘进机产品再制造过程中，业内人员已经看到其技术在量化生产中的巨大作用和技术强项。

3.4 散热器在线清洗

板式散热器作为掘进机设备水循环系统中重要的部件，循环水在散热过程中易产生水垢，其再制造生产的清洗工序必不可少，现有技术通常做法是人工拆解板式散热片，将许多散热片平铺开利用人工进行刷洗，以达到清除表面污垢的目的。

图3 手持式激光清洗机除锈作业

因此，可制作循环通过式清洗装置，实现对散热器通过在线运行清洗，可以大大提高清洗效率和质量，通过装有清洗液的溶液罐，与散热器进水口连接，启动泵对内部进行清洗液循环，出水口安装出口检测器，在线检测清洗效果，达到省去人工拆解、清洗、组装等工序，快捷有效对部件实现清洗效果，并且保证清洗质量。板式散热器通过式清洗原理如图4所示。

图4 板式散热器通过式清洗原理

4 掘进机再制造清洗技术发展趋势

掘进机再制造清洗过程是典型的劳动密集型岗位，作业劳动强大，作业环境差。随着掘进机再制造规模的扩大和对生产效率的要求越来越高，对低运行成本的清洗系统的需求不断增加，促进了自动化清洗技术在再制造清洗行业中的应用。目前已经有很多自动化清洗技术的应用实例。这种技术的集中应用表现在清洗生产线、清洗机器人的开发和研制。因此，清洗的自动化已经成为清洗技术发展的趋势[9]。

5 结语

掘进机再制造清洗技术的高效应用可有效降低资源浪费。在不同的清洗技术支持下，以最小的生产成本获得最大的经济效益[10]。通过上述结论，大型工程机械结构件可通过高压冲洗技术快速完成清洗，精密小型复杂零件在超声波、激光清洗等先进的清洗技术下可焕然一新，过滤器、散热器等零部件可使用在线循环清洗完成内部除垢除锈，恢复其使用性能。大型工程施工机械可根据各部件尺寸、材质等不同属性参考上述清洗技术，快速高效地完成清洗作业任务。上述清洗技术可向其他大型施工机械、隧道设备等方向推广应用。