导读
为探讨再制造技术在煤矿采掘机械零部件上的应用，笔者通过介绍一些采掘机械零部件的典型再制造技术和修复案例，综述了煤矿采掘机械零部件的再制造现状。包括液压支架立柱、截齿、中部槽、链轮链窝和减速器等，煤矿采掘机械零部件的再制造前景广阔，但也存在一些亟待解决的问题。
矿山机械的损耗多数为采掘、运输、洗选过程中设备与矿石物料的摩擦磨损，随着煤炭行业的发展，包括采掘机械、支护设备及运输提升设备等矿山机械设备的报废量巨大。从煤炭工业发展形势来看，工业结构调整，大力整合、改造现有煤矿、关闭小煤矿和淘汰落后的生产力，会有更多的采煤机械进入报废期。据相关统计，年全年完成煤炭产量36.3亿t，随之而来的是采煤机械的大量消耗，到年矿山机械产品报废量将达百万吨。这些机械产品或者直接报废或者部分维修。
面对着巨大的可再生资源库，出现一种先进、高标准的生产和消费模式——绿色再制造，它“必须采用先进技术和现代生产管理，能恢复原机的性能，并兼有对原机的技术改造”，一方面将报废件起死回生，减少了报废件对环境的污染，另外“再制造相当于减少产品生产链上从原料开始的一些对环境污染严重的加工环节”。再制造技术是一种朝阳产业，运用到旧件来源庞大的采煤机械中前景广阔。
1再制造技术
再制造技术是通过对旧零件进行尺寸恢复和性能提升来保证产品质量的。国外再制造产业是在传统制造业基础上，逐渐发展并完善了以“换件修理法和尺寸修理法”为核心的再制造模式。在该模式下，损伤程度较重的零件直接更换新件，更换掉的失效零件要么成为垃圾，要么被回炉冶炼；损伤程度较轻的零件则利用车、磨及镗等机械加工手段，在改变零件尺寸的同时，恢复零件的几何精度，再与加大尺寸的非标新品零件配副，此法虽然能恢复零件的性能，但因破坏了互换性，达不到原型新品的使用寿命。此外，国外再制造模式还存在较明显的不足，如旧件的再制造率较低、浪费较大和节能减排效果欠佳等。
我国再制造产业起步较晚，但发展较快，以恢复旧件尺寸精度、提升旧件表面性能为原则，将“表面修复和性能提升法”作为再制造的主要技术方法，同时引入先进的无损检测理论与技术、表面工程理论与技术、熔覆成形理论与技术，可明显提升零部件的整体性能，不仅能对表面较轻度损伤的零件进行再制造，而且能实现表面重度损伤及三维体积损伤零件的再制造，不仅恢复零件损伤部位的尺寸，实现旧件的重复利用，也很好地弥补了国外再制造存在的不足。
2在典型零部件上的应用
可再制造的典型零部件主要涉及采掘机械、支护设备、运输提升设备和流体机械等大型设备，其服役工况具有环境湿度大、腐蚀气体含量高、运行时间长、润滑条件差等苛刻特点，导致其服役周期短、报废率高。失效形式主要表现为磨损、腐蚀、划伤和断裂等，除断裂外，其他失效都发生在零部件表面，因而表面涂敷技术应用最广，主要有激光熔覆技术、等离子熔覆技术、纳米复合电刷镀技术、高速电弧喷涂技术以及超音速等离子喷涂技术、超音速火焰喷涂技术、热喷涂技术和堆焊成形技术等。
典型的零部件中，以液压支架立柱、刮板输送机链轮轴、减速器、刮板输送机的链轮链窝、乳化液泵曲轴等结构复杂、附加值高、易磨损失效的采煤机械设备零部件为主要研究对象，根据零部件的不同工作状态、使用状态以及零部件的材料特性，采取不同的再制造手段。
2.1液压支架立柱再制造
液压支架是井下开采的主要支护设备，立柱是支架的核心部件，受酸性、碱性或水蒸气等有害环境气体的综合影响，立柱表面的划伤处便会开始腐蚀。国内液压支架立柱新品一般通过表面镀铬的方法来实现表面的防腐蚀，采用最多的镀层是乳白铬打底层再镀硬铬，或者先用锡青铜打底再镀硬铬的复合镀层，由于镀铬层与基体的结合力不强，1～1.5a后镀铬层就会出现起皮和脱皮等现象，划伤密封圈，导致密封失效，柱体也会发生腐蚀(见图1(a))。采用激光熔覆技术对不锈钢立柱进行再制造，形成了与立柱基体呈冶金结合的熔覆层，表面硬度可达HRC45～50，具有较高的耐腐蚀、耐磨性能，涂层不易脱落，成品可实现5～8a免维护(见图1(b))。与传统电镀工艺或进口包覆工艺产品相比，该产品使用寿命约提升至3倍(见图2)，经济效益显著。
图1再制造前后的立柱
图2电镀和激光熔覆再制造立柱的使用寿命比较
2.2刮板输送机中部槽再制造
中部槽是链条和煤流的支撑体和运行轨道，主要失效形式是磨损，中板支撑链条的部位磨损尤为严重。解决中部槽中板的磨损问题，可采用激光熔覆、耐磨焊条堆焊和等离子熔覆技术在中板易磨损部位涂覆一定厚度的耐磨层，支撑链条在其上滑动，避免了链条与中板的直接接触，延长中部槽的整体使用寿命。
笔者用激光熔覆技术制备的熔覆层抗冲击性能高于16Mn基体，硬度达到HV，是基体的10倍以上，摩擦因数下降50%，耐蚀性能显著提升(见图3)；整体增强了中部槽的强度，不易变形。修复后中部槽使用寿命提高4倍以上，链条寿命也得到大幅度提高。马宗彬、齐秀丽等人利用等离子熔覆技术加工的耐磨中部槽，其耐磨层的抗冲击力高于中板母材，且不易开裂和剥落。
图3中部槽再制造前后
2.3减速器箱体再制造
减速器在矿山机械中应用极为广泛，在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速并传递转矩的作用，箱体的内孔是主要磨损部位，主要承受静载荷，且磨损尺寸较小。40kW及以上刮板机用减速器和30kW及以上带式输送机用减速器的维修周期为1a，可采用电刷镀技术和激光熔覆技术进行再制造。
2.4矿用截齿的再制造
截齿承受较高的冲击载荷和压应力，极易磨损失效。截齿失效后，切削阻力和产生的粉尘量激增，影响掘进机工作效率和工人作业安全。其失效形式有硬质合金头脱落、硬质合金头碎裂、截齿磨损、齿体折断及截齿丢失等，而磨损约占截齿失效的50%左右，更换量巨大。
目前应用于截齿的再制造技术有激光熔覆、热喷涂以及堆焊耐磨层等。苏伦昌等人在截齿母材42CrMo钢表面，激光熔覆添加一定量Ti、W和Mo等强碳化物的FeCrSiBC铁系合金粉末，使用该种技术进行再制造修复的截齿寿命可延长3～5倍。国内某公司利用热喷涂在截齿周边喷焊一层高硬度耐磨合金，耐磨合金层起耐磨骨架的作用，避免硬质合金头的过早脱落。孙咸在35CrMnSi钢截齿基体上采用高速钢焊条堆焊耐磨层，堆焊的合金与截齿齿身结合牢固，抗冲击性强。陈颢等人采用等离子束表面冶金技术，在采煤机截齿磨损严重的部位制备铁基复合涂层。
2.5链轮及链窝的再制造
胥二迎利用合金粉末喷焊工艺，对链轮齿面进行了喷焊修复，在打磨修光和预热完成以后，先用喷焊枪将Ni60粉末喷敷到齿面，然后加热到～℃，熔化冷却后形成厚度为0.8mm的耐磨表面。国内公司在链窝部分的堆焊使用高铬钼材料，优先选用D耐磨焊条，链窝堆焊熔覆耐磨层厚度为4～5mm，链窝堆焊处的硬度大于其他部位的硬度。经测试，修复圆环驱动链轮与新制造链轮使用寿命相当，各项试验指标均达到要求。
2.6再制造曲轴
乳化液泵曲轴是重要机件，工作时曲轴承受压力、惯性力及惯性力矩的作用，受力大且复杂，同时承受交变负荷的冲击作用，而且一直高速旋转，常见损伤形式有轴颈磨损、弯扭变形和裂纹等。对曲轴的磨损修复一般采用磨削法，但磨损严重时可采用等离子喷涂法。与激光熔覆相比，等离子喷涂热影响区大，粉末利用率低，结合强度远低于激光熔覆。激光熔覆技术在曲轴的再制造方面发挥了很好的作用。
图4再制造前后的乳化液泵曲轴
3结论
矿山机械再制造充分利用废旧矿山产品中蕴含的高附加值，投入资金少，生产周期短，而再制造后的矿山产品基本可达到原有新产品的性能水平。据统计，一般大型设备的再制造费用仅为新设备购置费用的1/2，不仅可以为企业带来可观的经济效益，同时也有利于提高企业的市场竞争能力。但矿山机械再制造领域所面临的一系列问题亟待解决，其中寿命评估与修复一直是再制造行业的技术难点，一是废旧零部件的损伤和剩余寿命评估技术与方法目前还是个国际性的难题，尚未通过一种方便快捷的方法对废旧零部件获得评估结果；二是复杂结构的损伤零部件的表面修复技术空间大，不同零件损伤形式复杂多样，材质与形状大多不同，需要针对不同损伤形式、不同材质、不同形状采用不同的修复技术。未来，矿山机械采掘设备的再制造技术研究重点将侧重于此。
引文格式：
[1]苏伦昌，董春春，魏敏.制造技术在煤矿采掘机械零部件上的应用.[J].矿山机械,,43(4):4-7.
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