面向煤矿装备再制造的绿色清洗系统.pdf

第 4 1卷 第 2 期 2 0 l 5年 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 1 No ． 2 Fe b ． 2 01 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 5 0 2 0 0 1 4 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 4 曾庆良， 苏兴明， 王成龙 ， 等． 面向煤矿装备再制造的绿色清洗系统E J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 5 ， 4 1 2 1 4 1 7 ． 面向煤矿装备再制造的绿色清洗系统 曾庆 良 ， 苏兴 明 ， 王成龙 ， 李 圣文。 ， 任 燕 1 ． 山东科 技 大学 机械 电子 工程 学 院 ，山东 青 岛 2 6 6 5 9 0 ； 2 ． 山东 能源机 械集 团有 限公 司 技术 中心 ，山东 泰安 2 7 1 2 2 2 摘 要 针 对煤矿 装备 再制 造 工艺流 程 中的 清洗 工艺 程 ， 构建 了以 P L C为控 制核 心 、 基 于超 声 清洗 方式 的绿 以乳 化液 泵 曲轴清洗 工艺为例 ， 介 绍 了该 系统的 现场 应 显著 ， 清洗 成本 较低 ， 降低 了对环境 的 污染 。 ，提 出 了一种 面向煤矿 装备 零部 件 的特 定清 洗工 艺流 色清 洗 系统 ， 并 对 触摸 屏 操 作界 面进 行 了组 态设 计 ； 用情 况 。 实践表 明 ， 该 系统 清洗 可 靠 性 高 ， 去 污效 果 关键词 煤矿装备；再制造；绿 色清洗；超声清洗；乳化液泵曲轴 中图分 类号 TD 6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 - 0 2 0 3 1 5 1 l 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． t p ． 2 0 1 5 0 2 0 3 ． 1 5 1 1 ． 0 0 4 ． h t ml Gr e e n c l e a n i ng s y s t e m f o r r e ma nu f a c t ur i ng o f mi ne us e d e q u i p me nt Z ENG Qi n g l i a n g ， S U Xi n g mi n g ， W ANG C h e n g l o n g ， LI S h e n g we n ， REN Ya n 1． Col l e ge o f M e c ha n i c a l a nd El e c t r o ni c En gi n e e r i n g，Sha n do ng Uni ve r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0 ，Ch i n a ；2． Te c h n o l o g y Ce n t e r ，S h a n d o n g En e r g y M a c h i ne r y Gr ou p Co． ，Lt d．，Ta i a n 27 1 2 22，Chi n a Ab s t r a c t For c l e a ni ng t e c hn i c d ur i n g r e ma nu f a c t ur i ng p r oc e s s o f m i ne us e d e qu i pme n t ， a s pe c i f i c c l e a ni n g t e c hn i c a l p r o c e s s wa s pr o po s e d f or mi ne u s e d e q ui pme nt ．A g r e e n c l e a ni n g s ys t e m wa s e s t a b l i s he d ba s e d o n c on t r o l c o r e o f PLC a nd ul t r a s o ni c c l e a ni n g m o d e．I n a dd i t i o n，o pe r a t i o n i nt e r f a c e o n t o uc h s c r e e n wa s d e s i gn e d by c o nf i gu r a t i o n s of t wa r e．Fi e l d a pp l i c a t i o n of t he s ys t e m was i nt r o du c e d t a ki n g c l e a ni n g pr o c e s s o f c r a n ks ha f t s of e m u l s i o n pu mp a s a n e x a m p l e．Pr a c t i c e s h ows t ha t t he s y s t e m ha s a d v a nt a ge s o f hi g h r e l i a bi l i t y，s i g ni f i c a nt c l e a ni ng e f f e c t ，l o w c l e a ni n g c o s t a n d f e w p o l l u t i o n of e n v i r o nm e nt ． Ke y wo r d s m i ne u s e d e q ui pm e n t；r e ma nu f a c t ur i n g；gr e e n c l e a ni ng；ul t r a s o ni c c l e a ni ng；c r a nks ha f t o f e m u l s i on p ump 0 引言 煤 炭行 业 的快速 发展 使煤 矿装 备更 新换 代 的速 度 加快 ， 同时废 旧装 备 的 数量 也 逐 年 递 增 。针 对 煤 矿 装备 中液 压 支架 立柱 、 刮板输 送 机链 轮轴 、 乳化 液 泵曲轴等具有附加值高、 易磨损失效、 结构复杂、 种 类 繁 多特点 的关 键 零 部 件 ， 有 必要 搭 建 一 套 完 善 的 再制造生产线 ， 以解决中 国目前面临 的资源短缺和 环 境污 染 问题 。 煤矿装备零部件再制造工艺流程如 图 1所示 。 其中清洗工艺是进行零部件检测和再制造加工的前 提和基础 ， 也是保证再制造产品质量 、 提高再制造效 收稿 日期 2 0 l 4 0 6 1 3 ； 修 回 日期 2 0 1 4 1 2 - 1 3 ； 责任编辑 李 明。 基 金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 3 7 5 2 8 2 ； 长江学者和创新团队发展计划项 目 I RT1 2 6 6 ； 山东省 自主创新 专项项 目 2 0 1 3 CX B 4 0 2 0 3 ； 教 育 部博 士点 基金项 目 2 0 1 1 3 7 1 8 1 1 0 0 0 6 ； 山东科技大学研究生科技创新 基金项 目 Y C1 4 0 3 1 8 。 作者简介 曾庆 良 1 9 6 5 一 ， 男 ， 山东高密人 ， 教授 ， 博士 ， 主要研究方 向为机 电一体 化、 液压传动 与控制 、 设 备状态监测 与故障诊 断等 ， E ma i l q l z e n g l 6 3 ． c o rn。通讯作者 苏兴 明 1 9 8 8 一 ， 男 ， 山东 淄博 人 ， 硕 士 研究 生 ， 主要 研 究 方 向为先 进 制 造 lT艺 、 装 备及 其 自动化 ， E ma i l s u x i n g mi ng 5 5 6 6 l 26 ． c o rn 2 0 1 5 年 第 2期 曾庆 良等 面 向煤矿 装备 再 制造 的绿 色清 洗 系统 1 5 益 的重要 内容 。本文 针对 该工 艺 提 出一种 面 向煤矿 装备 再 制造 的绿 色 清 洗 系 统 ， 实 现 了清 洗 过 程 环境 的可持 续性 及 环保性 。 雾 H H H 卜惦 恒 巫 合格件 一l 可再 I制 造 l 剩余 寿命 评估 I茎 里 『 ． 1 兰 苎 竺 堡 苎 『 _ 叫 堡l 图 1 煤 矿装 备零部件再制造工艺流 程 1 清 洗 方式 选择 传统 的装 备 零部 件再 制造 清洗 方 式 主要有 高温 清洗 、 喷 射清洗 等 ， 其 主要 缺 点 煤 矿装 备 零 部 件 表 面污物多为油污 、 锈蚀 、 积炭 ， 在清洗过程 中需要使 用大量的化学清洗剂 ， 对环境造成 了很大的污染 ； 高 温清洗不够彻底 ， 通常还需要进行喷砂等后续处理 ， 清洗 过 的零 部件 表 面 容 易 生 锈 ， 温 度 过 高 还 会 影 响 零部 件 表 面的硬 度 ； 喷射 清 洗 方 式 的清 洗 效 率很 难 把握 ， 喷射压 力 大容 易对 零部 件造 成 损伤 ， 喷 射压 力 小则 达 不 到很好 的清洗效 果 。 超 声 清 洗作 为一 种 新 兴 的 清洗 技 术 ， 是 物 理 作 用 与化 学作 用相 结 合 的一种 绿 色清 洗方 式 。物理 机 制归结为超声空化及随空化产生的冲击波、 微声流、 微 射流 及 清洗液 振 动本 身 的机械 效 应 。化学 作用 表 现为清洗液中的化学物质通过在液体中产生超声振 动 来 清洗 零件 。该 清洗 技 术 具 有 清 洗 速 度 快 、 清 洗 质 量好 、 成本低 、 污染 少 、 不 受 清洗 件 表 面复 杂 形 状 的限 制 、 易于实 现 自动 化等 优点 ， 在 再 制造过 程 中的 应 用逐 渐 普及 [ 1 。 针对 装 备 再 制 造 过程 中 的零 部 件清 洗 工 艺 ， 需 要 根 据不 同零 部 件 的 服役 环 境 ， 采 用 不 同 的 清洗 技 术进 行精 洗 ， 一般 难 以用 单 一 常 规 的 清洗 技 术 去 除 污物 。考虑 到不 同清 洗 方 式 的 特 点 ， 绿 色 清 洗 系统 采用 高 温清洗 方 式 对 零 部件 进 行 预洗 ， 然后 采用 超 声清洗方式进行精洗 。 2 绿 色清 洗 系统 结构 本文基于废 旧煤矿装备零部件 的材料、 结构形 状 、 损坏情况以及表面污物成分等因素 ， 选用合适的 清洗剂及参数 ， 提出了以超声清洗技术为主要手段 的绿色清洗工艺流程 ， 并搭建 了绿色清洗系统 。该 系统大大降低 了化 学清洗剂 的使用量 ， 提高 了清洗 效率和清洗效果 ， 并可以对废水进行 回收处理。系 统 结构 如 图 2 所 示 ， 其 中包括 4个 清洗 槽 ， 每个 清洗 槽 的尺 寸 约 为 1 2 0 0 mm 6 0 0 mm6 0 0 mm 长 宽 高 。系统 以西 门子 P L C为 控 制 核 心 ， 设 有 控 制系统主站和分站 ， 主站控制高温水射流预洗 以及 超 声波 精洗 流程 ， 分 站控 制 超 声 波 漂 洗 以 及热 风 烘 干 流 程 。 主 站 和 分 站 之 问 通 过C P U 扩 展 的 P r o f i b u s DP总线通信 。 制 系统分 ⋯ 一 洁 ⋯ 一 2 号槽 超声波精洗 二二[ 3 g - 槽 超声波漂洗 4 号槽 热风烘干 图 2绿色清洗系统结构 每 个清 洗槽 可完 成相 应 的工艺 流程 。高 温水 射 流 预洗 是通 过水 泵 将 清洗 槽 内水 抽 出 ， 再 经 清 洗 槽 两 侧喷 嘴分 别 向其相 对方 向喷 出 ， 使 槽 体 内水射 流 ， 从 而去 除大 部分 污物 ， 为超 声 波 精 洗 做 准 备 。该 流 程设 有 过滤 装置 ， 可将 清洗 出的污 物过 滤 ， 使 清洗 介 质 得 以循环 利用 。超 声 波精洗 是通 过 强大 的超声 波 空化效 应 ， 有效 地 对零 部 件 各 个 表 面 进行 高 精 度 的 脱污精洗 。超声波漂洗是在超声波精洗 的基础上 ， 对 零 部件进 行 高精 度残 留漂 洗 。热风 烘 干主要 是去 除 零 部 件 表 面 残 留 的 液 体 ， 避 免 零 部 件 腐 蚀 生锈 ] 。 3 绿 色 清洗 系统 硬件 设计 绿色 清洗 系 统 以西 门子 C P U3 1 4 C一2 D P为 控 制核 心 ， 结 合数 字 量输 入输 出模块 、 模 拟量 输入 模块 以及 通信 模块 等实 现硬 件 组 态 ， 其 所 采 集 的 主 要信 号如 图 3所示 。整个 系统 主要 包 括 执 行部 分 、 检 测 部分 和控 制 部分 。 执行 部分 由 P L C外 围供 电设 备 、 抽 水 泵 、 电动 球 阀等执 行 机构组 成 。 检测 部 分主要 包 括整 个 系统 的开关 量及模 拟 量 均为 4 ～2 O mA 电流信号 检测设备 。开关量 主要 指接近开关 以及设备状态等信号 ， 模拟量 主要指各 类 传感 器 检测数 据 。液位 传 感器 和温 度传感 器 是清 洗槽必须装备的； 电流变送器和电压变送器用于检 测 超声 清洗 机运 行 时 的电流 、 电压 值 ， 并计算 实 际功 率； 压力传感器安装 在高温水射流预洗槽 内过滤装 置的出入 口及热风烘干槽 内， 通过检测高温水射流 1 6 工矿 自动化 2 O 1 5年 第 4 1卷 预洗槽 内过 滤 装 置 m 入 口水 压 来 检 测 滤 芯 堵 塞 情 ’f 兄， 通 过 检测 热风 烘 干 槽 内的 空 气 压 力来 判 断 加 热 器是 否开 肩 。 厂面 模 拟 最 输 入 数字 量输 出 数 字 量 输 入 罔 3 绿 色清洗 系统采集的主要信 号 控制 部 分 主要包 括两 门 子 P I c及触 摸屏 ， 触摸 屏 与 P I c之 问通 过 MP I 方式 通信 。P I C采 集 现场 信 号 ， 并将 其 转换 为 电信 号后 进行 处理 ； 根 据系 统预 设的参数 如液位值 、 声光报警 阈值 、 清洗时问等 和 操作 命令 ， 通 过输 出模 块 驱 动 执 行 部 分 做 出相 应 的 逻辑 动作 。P I c可将 采 集 的 系统 数 据 、 工作 状 态实 时传 输 到 触 摸 屏 ， 也 可 以 接 收 来 自触 摸 屏 的 操 作 命 令 。 。 系 统 选 用 S I MA F I C Mu l t i P a n e l MP 2 7 7型 触摸 屏 ， 采川 Wi n C C F l e x i b l e 组 态 软件 进 行操 作 界 面组 态 。通 过组 态 设 计 ， 在 触 摸 屏 操 作 界 面 上 可实 现 系统 实时 监控 、 清 洗 参 数 设 置 以 及 系 统 启停 和故 障检 测等 功 能 ， 如 图 4所 示 。 该界 面 可 示 系统 各 项实 时数 据 、 水 量 和 用 电 量 。在 界 面 右侧 有 相 应 的切 换按 键 ， T作 人 员可 根 据 不 同 的 清 洗 对 象 和 实 际需 要 。 进行 各清 洗 槽监控 、 参数设 置 及故 障查 看 等 操作 。 4乳化 液 泵 曲轴 清 洗工 艺 乳 化 液 泵 f 1 轴 作 为 煤 矿装 备 的 关 键零 部 件 ， 在 I 作时 承受 复杂 的 交变 弯 曲一扭转 载荷 和一 定 的 冲 击 载荷 ， } I j 现弯 f f } j 疲 劳 和扭转 疲 劳破坏 ， 加 上零 部 件 表面 长期 受到 油污 等 的腐蚀 ， 出现磨损 、 裂纹 甚至 断 裂等 ， 影响 煤矿 装 备 的正 常 运 行 。乳 化 液 泵 曲轴 是 煤 矿 装备 再制 造 中的 关键冉 制 造件 。 根据 乳 化 液 泵 曲轴 的结 构 特点 、 磨 损形 式 以及 表 面的污 物状 态 ， 采 用 绿 色 清洗 系统 对 曲轴 进 行 清 洗 ， 相 关 工艺 参 数 见 表 1 ， 其 中工 序 1 4依 次 为 高 温水 射流 预 洗 、 超 声 波 精 洗 、 超 声 波 漂 洗 以 及 热 风 烘十 。 罔 4 触摸屏操 作界面 表 1 乳 化液泵曲轴清洗相荚工艺参数 系统 每 次可 同时 清洗 4个 乳化 液泵 f 1 轴 。高 温 水射 流预 洗槽 因设 有 过 滤 装 黄 ， 可 每 5批 次 更 换 一 次水 ， 这 样清 洗剂 至少 可 循 环 利 川 5个批 次 。乳 化 液 泵 曲轴 清 洗 成 本 5个批 次 见 表 2 。 以 电 费 为 1元 ／ k w h 、 水 费 为 5 ． 6元 ／ m。 、 清 洗 刹 费 用 为 2 O元 ／ k g计 ， 单 个 乳 化 液 泵 曲 轴 的 清 洗 成 本 仅 为 1 0元 左右 ， 成本 较低 。 表 2乳化液泵 曲轴消洗成本 功率／ k W电 ／ k W h 水 ／ m 清洗剂 ／ k g 时间 ／ h 5 结语 煤 矿装 备再 制造 绿 色清洗 系统 具 有 以下特点 1 清洗 对 象 不 受 再 制 造 零 部 件 形 状 的 限 制 。 有 很强 的通 用性 。 2 整 个 清 洗 过 程 可 在 触 摸 屏 L一 键 启 停 操 作 ， 实 现全 自动化 ， 减 轻 了人 员劳 动强 度 。 3 可通 过触 摸屏 实时 示 清 洗 没备 的 工作 状 态及 检测 数据 ， 包括 液位 、 温 度 、 压 力等 ， 有 利于工 作 一 一 ～ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 第 4 1 卷 第 2期 2 0 1 5年 2月 工 矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo l _ 4 l NO ． 2 Fe b．2 O 1 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 2 0 0 1 7 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 5 秦玉鑫 ， 杜翠洁， 王红旗 ， 等． 一种新 型煤 矿灾害信息探测 机器人系统设 计i- J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 2 1 7 2 0． 一 种新型煤矿灾害信息探测机器入系统设计 秦 玉鑫 ， 杜 翠洁 ， 王 红旗 ， 王裕 清 河南 理 工大 学 机械 与动 力 工程学 院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要 针 对现 有救 灾机 器人 难 以适 应 煤矿 井 下 灾害现场 环境 的 问题 ， 提 出 了一 种新 型煤矿 灾害信 息探 测 机 器人 系统 ， 介 绍 了该 系统在 煤矿 井下的 布置 、 总体 结 构及 控 制 系统设 计 ， 分析 了机 器 人爬 坡 性 能 。该 系统 中机 器人 运 行在 煤矿 井 下 已有 的单轨 吊工字钢 轨道 上 ， 可在 发 生煤矿 灾害 时及 时行 进 到 灾害现 场 ， 采 集现 场 图像 信 息和 环境 参数 并发 送 至地 面指 挥 中心 。在煤 矿巷 道 仿 真 实验 室对 系统 进行 测 试 ， 结 果表 明该 系统 运 行 稳 定 ， 图像 传 输 清晰连 续 ， 机 器人爬 坡 角度 为 1 8 ． 5 。 。 关 键词 煤 矿 井下 ；煤矿 灾 害；信 息探 测机 器人 ； 救 灾机 器人 ；工字钢轨 ；爬坡 能力 中图分 类号 TD 6 7 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 0 2 0 3 1 5 1 2 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． t p ． 2 O 1 5 0 2 0 3 ． 1 5 1 2 ． 0 0 5 ． h t ml De s i gn o f a n o v e l i n f o r ma t i o n e x p l o r a t i o n r o bo t s ys t e m f o r mi ne d i s a s t e r QI N Yu x i n， DU Cu i j i e ， W ANG Ho n g q i ， WANG Yu q i n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d P o we r En g i n e e r i n g ，He n a n Po l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t F o r t h e p r o b l e m t h a t e x i s t i n g d i s a s t e r r e s c u i n g r o b o t s c a n n o t a d a p t t o d i s a s t e r e n v i r o n me n t o f c o a l mi ne un de r g r ou nd，a no ve l i nf or ma t i o n e x pl o r a t i on r o b ot s y s t e m f or mi ne di s a s t e r wa s p r o p os e d． Di s t r i Bu t i o n of t h e s y s t e m i n und e r g r o un d wa s i nt r o du c e d a s we l l a s de s i g ns of i t s s t r uc t ur e a n d c on t r ol s ys t e m ，a nd c l i mbi n g a bi l i t y o f d i s a s t e r r e s c u i n g r ob ot i n t he s y s t e m wa s a n a l y z e d．The r o b ot mo ve s a l on g I b e a m t r a c k of o v e r he a d m o no r a i l i n u nd e r g r o un d a nd a r r i v e s di s a s t e r f i e l d qu i c k l y whe n d i s a s t e r h a pp e n s t o c o l l e c t a nd s e nd i ma ge a n d e nv i r o nm e nt i nf or ma t i o n t o c o mma nd c e nt e r on t he g r ou nd．Te s t r e s u l t s i n 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 8 0 4 ； 修回 日期 2 0 1 4 - 1 2 1 7 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 U1 2 6 1 1 1 5 ； 高等 学校博 士学科点专项 科研基金资 助项 目 2 0 1 2 4 1 1 6 1 1 0 0 0 3 ； 河南省 瓦斯地质 与瓦斯 治理重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地开放基金资助项 目 WS 2 0 1 2 A0 6 。 作者简介 秦玉鑫 1 9 8 4 一 ， 男 ， 河南焦作人 ， 博士研究生 ， 研究方 向为机器人技术 ， Ema i l q y x 0 6 1 5 1 6 3 ． c o rn。 人员 及 时操作 。 4 具有 自动保护 、 故障检测功能 。当出现清 洗 槽 内部水 位 超 限 、 加热 温 度过 高 、 压力 异常 等故 障 时 ， 触 摸屏操 作 界 面会有 相应 显示 ， 并 发 出声 光报 警 信号 ， 提高了系统的安全性和可靠性 。 实践表 明， 该系统 清洗可靠性 高 ， 去污效果 显 著 ， 清洗成本较低 ， 降低 了对环境 的污染 ， 为煤矿装 备后续再制造工艺的顺利开展奠定 了基础 。 参 考 文 献 [ 1 ] 崔培枝 ， 杨俊 娥 ， 朱胜． 产 品再制造 过程 中 的清洗技 术 [ 2 ] E 3 ] [ 4 ] E 5 2 E 6 ] 研 究[ J ] ． 中 国表面工程 ， 2 0 0 6 ， 1 9 5 1 2 3 - 1 2 5 ． 韩 杰 ， 杨士敏 ， 蔡 顶春． 工程机 械零部件 再制 造清 洗技 术研究[ J ] ． 机械工程 与 自动化 ， 2 0 1 3 2 2 2 2 2 2 4 ． 吉小超 ， 张伟 ， 于鹤龙 ， 等． 面向机 电产 品再制 造的绿 色 清洗 技 术 研 究 进 展 [ J ] ． 材 料 导 报 ， 2 0 1 2 ， 2 6 2 O 11 4 1 17 ． 温煌超． 轴承的超 声波水洗 工艺 与 自动 清洗线 的开 发 应用 [ J ] ． 洗净技 术 ， 2 0 0 4 ， 2 9 5 5 5 7 ． 李 国超． 轴 承超 声 波清 洗技 术 的研 究 与应 用 [ D ] ． 大 连 大连理工大学 ， 2 0 0 6 3 2 4 4 ． 槐 利 ， 谭一川 ， 徐育军 ， 等． 煤矿井下主排水 自动控制 系 统的应用[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 3 6 3 6 5 ．