工程机械 再制造

工程机械再制造研究

摘要

本文论述了工程机械再制造的现实意义，分析了国内外工程机械再制造的发展现状，阐述了再制造的关键理论和技术，以及再制造的手段。并且以挖掘机为例对再制造的设计与制造工艺进行了探索，并且针对大型履带式挖掘机重要零部件的再制造工艺设计进行了研究，对其是否可行、实用，以及其经济价值进行了探索和评价。

关键词：再制造，表面工程，挖掘机，制造工艺

Abstract

This paper discusses significance of reproducing on the engincering machinery, analyzes the domestic and international development status of reproducing on engineering machinery, expatiate the key theory ,technic and means of reproducing. What's more, it beneficially probes into design and manufacturing process of reproducing via the sample of shovel and study on the reproducing craft design of important parts on shovel, evaluates and evaluate on the feasibility,practicability and economic value .

Key words:Reproducing,Surface engineering,Shovel,Manufacturing craft

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前言 (1)

1 工程机械的再制造过程 (2)

2 大型履带式挖掘机的绿色再制造 (5)

2.1 基础类零件 (5)

2.2 主要零部件 (6)

2.2.1 发动机的再制造 (6)

2.2.2 液压泵的修复 (9)

2.2.3 液压缸拉伤修复 (10)

2.2.4 回转齿圈的修复 (11)

2.2.5 履带机构磨损及履带齿崩齿修复 (12)

2.2.6 液压破碎锤缸体的绿色再制造 (13)

2.2.7 斗体与斗齿的焊接 (14)

2.2.8 废旧齿轮箱绿色再制造?? (14)

2.3 易损件——完全更换成新的? (15)

2.4 部分更换的配件 (15)

结论?? (16)

致谢 (17)

参考文献 (18)

环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题。20世纪全球经济得到高速发展，但同时，对自然资源的任意开发和对环境的无偿利用，却造成全球的生态破坏、资源浪费和短缺环境污染等重大问题。其中机电产品制造业是最大的资源使用者，也是最大的环境污染源之一。据统计，造成全球环境污染的70％以上的排放物来自制造业，它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。由于消费品的大量普及，产品寿命周期的缩短，废弃产品的数量在急剧上升整个人类的生存环境面临日益增长的机电产品废弃物的压力，以及资源日益缺乏的问题。以汽车业为例，1996年全球有2400万辆汽车报废，到2000年全球将有2000万台计算机被淘汰。专家指出最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是解决环境和资源问题的治本之道。于是一个全新的制造领域或产业——绿色再制造，应运而生。

随着2l世纪的到来，以优质、高效、节能、节材为目标的先进制造技术得到了飞速的发展，绿色产品、绿色消费日趋受到人们的欢迎。国际经济专家分析认为，到2010年，绿色产品将成为世界产品市场的主导产品。为此，不少企业不惜投入大量的人力、财力、物力进行绿色再制造研究。1993年，美国各大汽车公司就结成回收联盟，在密西根建立车辆拆卸中心，专门研究汽车的回收拆卸技术；柯达公司研制了名为“相迷救星”的新型相机，87％的重量可回收。国外许多大学正在进行绿色再制造技术的研究和教学。美国罗切斯特理工学院建立了一个全国再制造和技术研究中心田纳西大学无污染产品和技术研究将进行汽车行业的再制造技术研究。德国《商报》1999年1月文章《未来l0年的科技》中认为，2006～2007年全球将普及节能汽车，这种汽车材料和部件的90％均可以重新使用。福特汽车公司已建立一个旧部件交流中心，从环保出发，充分利用回收再制造的部件。

再制造业已初步形成规模相当大的产业，美国军队目前是世界上最大的再制造者，它的车辆和武器通常使用再制造部件，这样不但节约了军用装备的制造费用，而且提高了装备的寿命和装备的维修能力，为装备的使用提供了技术保障。

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1 工程机械的再制造过程

全球的科技工作者都在寻求一些有效的方法来减少环境污染、降低资源浪费，并已经取得了有效的进展。减少由于制造所带来的环境污染与资源浪费的方法很多，但是基础方法是对用于制造与使用的材料与产品的可重新利用。材料的可重新利用主要是指在产品的服役寿命结束时，采用一系列的方法来延长产品的寿命，达到循环利用，这些方法包括：修复、再制造、废品的回收利用，再制造与维修、回收的区别，从产品寿命周期来看，以往的产品从设计、制造、使用、维修至退役报废。报废后，一部分是将可再生的材料进行回收，一部分将不可回收的材料进行环保处理。维修在这一过程中主要是针对在使用过程中因磨损或腐蚀等原因而不能正常使用的个别零件的修复。而再制造是在整个产品报废后，对报废的产品通过先进技术手段进行再制造形成新的产品。再制造过程不但能提高产品的使用寿命，而且可以影响产品的设计，最终达到产品的全寿命周期费用最小，保证产品创造最大的效益。此外，再制造虽然与传统的回收利用有类似的环保目标，但回收利用（如熔化钢铁和溶解纸张）只是重新利用它的材料，往往消耗大量能源并污染环境，而且产生的是低级材料。再制造技术是一种从部件中获取最高价值的方法，通常可以获得更高性能的再制造产品。由此可见，再制造是对产品的第二次投资，更是使产品升值的重要举措。

一个完整的再制造过程可以划分为3个阶段：第1个阶段是拆卸阶段，将装置的单元机构拆散为单一的零部件。

第2个阶段是将已拆卸的零部件进行清洗、检查，将不可继续使用的零部件进行再制造维修，并进行相关的测试、升级，使得其性能能够满足使用要求；随着科学技术的进步，现代再制造技术技术也有了长足的发展，下面将所用到的表面处理技术做一简单介绍

(1)纳米颗粒复合电刷镀技术

纳米颗粒复合电刷镀技术?是一种新的复合镀层制备技术，它是在电刷镀镀液中加入一种或多种纳米颗粒，使之在电刷镀电场作用下金属离子被还原的同时与金属发生共沉积，从而在装备零件表面获得具有优异性能的复合镀层。纳米材料的弥散强化作用，使纳米复合镀层的耐磨性比单一镍刷镀层提高1倍以上，镍基纳米氧化铝复合镀层的使用温度可提高到400℃，高温下复合镀层的显微硬度仍可保持在HV 600，微动磨损深度仅为镍刷镀层的1／4。纳米复合电刷镀技术可用于进行装备零部件表面损伤的修复、强化，在装备应急维修中可用于杆、轴、孔、轴承、轴瓦类等零部件的密封面或配合表面等。

(2) 高速电弧喷涂技术

以电弧为热源，使用多种喷涂材料，能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层，是快速修复和强化磨损零件的重要技术手段。在装备应急维修中，

主要用于损伤表面厚涂层的制备，装备结构件的防腐，直升飞机起落平台的防滑，临时指挥部房屋结构的电磁屏蔽等。

(3) 纳米固体润滑干膜技术

通过在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子，改善固体润滑干膜的润滑、耐磨损性能，能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑。如含有纳米氧化铝材料的固体润滑干膜的耐磨性比普通干膜提高了2～5倍。纳米固体润滑膜可以用到几乎所有的摩擦部件上而不需要改变部件的尺寸，而且还具有优良的防腐蚀性能和动密封性能，目前已经在我军沿海地区的重载车辆上广泛使用，具有良好耐磨、减摩和防腐性能。

(4)划伤快速填补技术

划伤快速填补技术是利用微区脉冲点焊设备和专用材料，对零部件的损伤部位进行快速修复的技术。该技术通过高能电脉冲产生高温，使补材在经过预处理的待修表面上熔化，实现二者的微区焊接，能够对非均匀磨损、沟槽和特形表面棱边损伤等进行快速修复。该技术适合用于装备的一些大型零部件表面的

修复，如轴与孔配合面上的划伤，液压件配合面上的划伤，变速箱、发动机等铸造部件结合面上的蚀坑等。该技术克服了其它方法难以修复的困难。

(5) 纳米减摩与原位动态自修复技术

减摩与自修复的作用机理是在摩擦条件下，使润滑油中的纳米减摩添加剂在摩擦表面上沉积、结晶、铺展成膜，使磨损得到一定补偿，并具有良好的减摩与自修复作用。装备表面纳米减摩与原位动态自修复技术不仅可以对装备表面微损伤(如发动机、齿轮、轴承等磨损表面的微损伤)进行自修复，延长装备的使用寿命，并将通过影响和改进传统的润滑方式而节省润滑与燃料成本。在紧急情况下车辆甚至通过使用纳米固体润滑剂可以在无油下运行一定时间，而且可以预防装备部件的失效，减少维修次数，降低维修费用。

(6) 离子复合渗技术

针对装备在恶劣工况下，零件摩擦副的延寿要求，在零件基体表面先进行离子氮碳共渗，再在共渗表面进行离子渗硫形成复合渗层。该渗层次表面因氮碳共渗获得了高硬度的梯度硬化层，而表面渗硫层则形成了主要是FeS、或它们的混合物组织。渗硫层具有良好的减摩性能，并能有效地提高抗擦伤性、抗咬合性和耐磨性。该技术用于船舶大功率柴油机缸套，能有效避免新缸套在使用初期产生的划伤，有复合渗层的缸套比没有复合渗层缸套的抗划伤性能提高了13倍。

(7) 无电焊接技术

无电焊接技术是焊接技术与自蔓延技术相结合的创新技术。该技术不需要任何电源、气源或和其它设备，常温下只需用火柴点燃焊接材料后，仅仅依靠焊条燃烧反应放出的热量就能进行焊接。焊接材料小巧轻便，操作简单，工作效率高。可用于装备

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金属零部件出现的断裂、缺损、裂纹、孔洞以及管路、箱体的跑、冒、滴、漏等故障的抢修，尤其适合现场原位抢修的需要。

(8)结构贴片修复技术

针对装备薄壁结构件的破裂、孔洞等损伤，可应用结构贴片修复技术修复。使用常温光固化新型结构胶粘剂，修复一处破损不超过15 min，修复部位的静强度比铆接高50％，抗疲劳强度比铆接高1倍以上，可用于飞机等装备上薄壁结构件的损伤快速修复，是损伤原位抢修的重要技术。新研制的快速光敏固化补片可以直接贴补破损孔洞，使用温度范围在50～100℃，可用于飞机机体的破损应急枪修。

(9) 耐磨修补技术

针对装备零部件的磨损、划伤、腐蚀等问题，可采用耐磨修补技术进行快速修复。该技术采用的金属修补剂是以金属、合金、陶瓷材料、减摩材料等作为增强材料的聚合物复合材料，具有优异的力学性能、机械性能、摩擦学性能，固化后可进行车、铣、钻、磨等各类机械加工，能够用于修复摩擦磨损工况下的设备和机件，耐磨性为一般金属的2～8倍，操作方便，可任意成形。

第3个阶段是将维修好的零部件进行重新组装，一旦发现装配过程中出现不匹配等现象，还需进行二次优化的过程。这3个阶段的每1个阶段与其它2个阶段紧密相连与互相制约。这些都表明了再制造过程与传统的制造过程有着明显的区别，表现出很大的灵活性。

绿色再制造工程的最大优势，是能够以多种表面工程和先进成型技术方法制备出优于本体的材料性能，如采用金属材料的表面硬化处理、热喷涂、激光表面强化等修复和强化零件表面，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能，这层表面材料与制作部件的整体材料相比，厚度薄，面积小，但却承担着工作部件的主要功能。不同表面工程技术所获得的覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米，仅占工件整体厚度的几百分之一到几十分之一，却使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力，采用表面工程措施的平均效益高达5～20倍以上。表面工程能直接针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强化或修复，对零件进行预保护，或是把已失效的零件重新恢复使用价值，若再考虑在能源、原材料和停机等方面的费用节约，其经济效益和社会效益是显而易见的。由此可见，表面工程技术是再制造技术的重要手段之一，已具备了先进制造技术的最基本的特征，即：优质、高效、低耗。它的研究、推广和应用，将为维修工程和再制造的发展提供必要的工艺支持。

我国目前以经济建设为中心，投入装备研制、生产、购置的费用不可能太多，大量装备陈旧落后，处于更新换代的时期。应该科学地改造现有装备，使之适应新时期经济的发展。发展绿色再制造，对我国21世纪机械加工工业的发展，有着极其重要的作用。我国政府有关部门已对绿色再制造技术有了高度的重视，相信随着21世纪的到来，一个优质、高效、低耗的绿色再制造工程学科，将在我国逐步形成和发展壮大。

2 大型履带式挖掘机的绿色再制造

据发达国家统计，每年因腐蚀、磨损、疲劳等原因造成的损失约占国民经济总产值的3％～5％，我国每年因腐蚀造成的直接经济损失达200亿元我国有几万亿元的设备资产，每年因磨损和腐蚀而使设备停产、报废所造成的损失都愈千亿元。面对如此大量设备的维修和报废后的回收，如何尽量减少材料和能源浪费、减少环境污染，最大限度地重新利用资源，已经成为亟待解决的问题再制造工程能够充分利用已有资源(报废产品或其零部件)，不仅满足可持续发展战略的要求，而且可形成一个高科技的新兴产业——再制造产业，能创造更大的经济效益。

挖掘机是一种价格相对较高的，土石方施工机械，它是一种在矿山、水电建设、高等级公路等大型工程建设中不可或缺的机械，它的动作灵活敏捷，能在特殊环境下作业，效率高，能耗低，对大型挖掘机进行再制造的研究，必将产生巨大的经济效益和社会效益。

通常使用的大型挖掘机，尽管出自不同的厂家，外形和特点各异，但其基本结构和工作原理却是基本相同的。大型挖掘机主要由发动机、传动系统工作装置回转装置操作机构行走机构和辅助设备等。基于再制造的大型履带式挖掘机在新设备的设计和制造时可以更多地借鉴再制造做好铺垫。基于再制造工程的大型履带式挖掘机的设计和制造工艺研究主要针对以下主要零部件的材料的选择、结构设计、制造与装配工艺设计等。

２.１基础类零件再制造

箱体零件是设备的基础件，常见的损伤是轴承座孔磨损以及变形。变形造成轴承座孔中心线的相对位移和结合面的挠曲。无论是铝、钢、铸铁的箱体，对这类损伤当设备再制造时，表面工程中的电刷镀技术是主要手段。

（1）轴类零件上的轴承配合面(无论是静配合面或动配合面)，如发生磨损超标，视磨损量，可选用电刷镀、热喷涂、堆焊、粘涂等多种方法来修复，通过选择材料的工艺可达到需要的耐磨性。轴上的花键，可视情选用电刷、微弧等离子堆焊、微脉冲焊等办法恢复性能。采用激光堆焊技术及自动送粉工艺进行了轴件修复实验。、各种传动轴以及泵轴的破坏主要以磨损为主。造成磨损的原因主要有：(1)轴类部件装配时都要采用一定的过盈配合。由于长时间的使用，致使该配合松动，产生撞击，从而造成轴的磨损严重；(2)由于轴油中残存的机械杂质或硬质颗粒超标造成的；还有某些突发事故，如电机运行中发生“抱轴”现象同样会对轴造成严重磨损。磨损的结果造成了轴件表面出现厚度和形状不同的凹痕。基于以上分析，采用激光堆焊技术在轴件表面形成一层合金层来填补凹痕，从而达到修复的目的。同时，通过调整合金粉的成分，还可进行轴件的表面强化，从而延长轴件的使用寿命实验采用的设备有7kW横流CO2

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激光器、多功能数控机床系统、自动送粉设备以及氩气气体保护设备。本实验采用了自动送粉材料供给方法。激光功率为2～3kW，扫描速率为0.2～0.5m／min，光斑直径约为5.0～7.0mm。采用多道搭接，并且为防止搭按时产生裂纹、气孔等缺陷需要预热及气体保护等措施。堆焊前，须对轴件进行表面清理(清除油、污、裂纹等)。堆焊完成后，为保证轴件的尺寸精度和表面光洁度，将轴件车削至原尺寸（2）渗碳齿轮齿面的修复曾是修复中的难题，主要采用堆焊和真空熔结方法修复，成功研制出了专用堆焊焊条、熔解粉末和配套的电解成型加工技术主要零部件的再制造机械设备经长期使用出现功耗增大、振动加剧、严重泄漏、维修费用过高，一般应该列为报废这些现象的发生都是零件磨损、腐蚀、变形、老化，甚至出现裂纹这些失效的结果所造成的。磨损在零件表面发生，腐蚀从零件表面开始，疲劳裂纹由表面向内延伸，老化是零件表面与介质反应的结果，即使变形，也表现为表面相对位置的错移。所以“症结”都是表面问题。对这些问题，无损冷熔修复可以大显身手。或者是箱体零件是设备的基础件，常见的损伤是轴承座孔磨损以及变形。变形造成轴承座孔中心线的相对位移和结合面的挠曲。无论是铜、铝、钢、铸铁的箱体，对这类损伤无损冷熔修复是主要手段。又或是轴类零件上的轴承配合面，如发生磨损超标，视磨损量，可选用超镀、冷焊、粘涂等多种方法来修复，通过选择材料的工艺可达到需要的耐磨性。轴上的花键，可视情选用超镀、微弧冷焊等办法恢复性能。

2.2主要零部件再制造

2.2.1发动机的再制造

发动机再制造技术起源于20世纪40年代的美国，二战中美国的参战使得汽车供应异常紧张，军队的订单雪花般飞向各汽车公司。FORD公司的发动机供应一度严重短缺，公司将厂内的在线次品发动机零部件按照维修级标准进行再次加工，便产生了“再制造发动机”，其稳定可靠的质量同样获得了军方好评。二战结束后，这种方式便延续了下来，成为各个汽车厂家售后服务的一项内容，发动机再制造技术也开始广泛地应用，并进入快速发展阶段。

如今，发动机再制造在欧美已经发展成为一个巨大的产业。在北美，有近1万家工厂生产再制造发动机，每年生产超过300万台的再制造发动机，产值超过25亿美元；在德国，大众公司近50年以来累计生产再制造发动机720万台，近年来在售后服务系统销售的再制造发动机与新发动机的比例达9:1。再制造发动机来源于社会再制造企业和汽车制造厂自己的发动机再制造分厂。前者生产各种型号的再制造发动机，而后者只生产本公司产品，其提供的再制造发动机占据了行业总产量的大部分。

国内发动机再制造技术的应用也进入了产业化阶段。济南复强动力有限公司(JFP)是由英国专业再制造公司——Sandwe11 P0wer Production Co．，Ltd．提供的发动机再制造工艺，结合中国重汽集团的斯太尔原机技术特点，对使用一定年限、已到达

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大修期的发动机进行再制造，使之完全恢复到新发动机的性能水平和耐用指标，以保证再制造发动机的使用寿命。依托重汽，着手国内，放眼世界，这是JFP 的指导思想。目前继斯太尔系列产品之后，已于1999年成功开拓了桑塔纳轿车市场并已形成全国的销售和售后服务网络。北京吉普的中缸和缸体产品已经得到了用户的认可和欢迎。正在开发的产品有桑塔纳2000电喷MR 型发动机、捷达1．6L 发动机系列、富康等。

再制造在中国是一个全新的概念，期望通过JFP 和各地代理商同仁的共同努力，使这一行业在中国大地上飞速发展。

旧机上的基础件：加工之后尽可能继续使用基础件包括：缸体、缸盖、曲轴、连杆、齿轮室、飞轮壳等。

这些部件通常都是铸(锻)造，经历了数十万公里的使用之后，其金属机械性能已经相当稳定，发动机使用初期发生的一些故障如：捣缸、断轴、连杆变形、铸件断裂、漏水等，不会再发生在再制造发动机上，国外用户普遍认为再制造机的可靠性优于新机，正是因为这个原因。

基础件如曲轴等也会有磨损，但是在发动机设计过程中，往往给这种零部件预留了足够大的安全系数，如重汽集团斯太尔曲轴的技术图纸上就明确标有“标准尺寸、修理1(0.25mm)、修理2(0.5mm)”，而奥地利斯太尔公司已经将曲轴修理尺寸增加到修理4(即1.0 mm)。就是说，只要采用科学的加工方法，经过再次加工的曲轴仍然可

以完全保证良好的使用安全性和使用寿命。

图1 发动机曲轴示意图

发动机曲轴的磨损一般出现两种情况如图1：

(1)曲轴主轴颈和连杆轴颈轴瓦烧伤磨损； (2)加工精度和装配精度未达到使用要求而造成的机械磨损。其中出现第一种情况的磨损较多，这是因为一般用户对机械的维修使用要求不够了解，添加润滑油时降低了标准，油道被堵塞，轴瓦缺油而被烧伤磨损轴颈；或维修时未按装配要求操作，使曲轴轴颈松紧程度不均，装配过紧处，曲轴润滑油膜太薄，或无法形成油膜，造成烧伤磨损。

曲轴轴颈磨损的电刷镀修复

(1)镀前表面处理方法

电刷镀曲轴的镀前表面处理十分重要，它直接影响修复质量甚至导致刷镀层失效。镀前表面处理的过程为：①曲轴修复前，按照有关标准要求对其进行探伤检查。按照要求，轴颈上不能有大的裂纹，但轴颈上有沿油孔四周且长度不超过5 mm的短线裂纹或有未延伸到轴颈圆角和油孔的纵向裂纹(轴颈长度小于或等于40 mm时，裂纹长度不超过10 mm，轴长度大于40 mm时，裂纹长度不超过15 mm)时，则可修复。此项检查，必须认真进行，尤其对高速发动机曲轴，以免造成不必要的浪费，甚至出现重大的机械损坏事故。②检查曲轴轴颈待镀表面。若表面光滑，疲劳层不明显，则不必进行预磨。对局部拉伤痕迹可用金相砂条打磨。对粘附在轴颈表面上的异物或烧伤沟槽可用机械加工方法彻底除掉，使其显露出原基体组织。如工件疲劳层明显，咬伤痕迹过深，则需要进行预磨，去除疲劳源。一般轴颈磨损量不超过0.20mm，可不必上磨床预磨。③彻底清除曲轴轴颈油污。对油道中的油污必须再用人工仔细清洗，并用丙酮擦拭。再用火碱煮洗和高压水冲洗。在清洗过程中，对曲轴油道除反复清除杂质外，还必须用硬质木塞或石墨堵塞油孔，以防混有杂质的溶液渗进油道，在电镀时又渗出来混入镀液中弄污镀液。

(2)镀前准备

①检查调整电源；②测量轴颈尺寸，设计镀层；③按公式计算耗电量(用计时控制厚度时可不计算耗电量)和溶液；④准备好镀笔、塑料量杯、挤压瓶、塑料盒、供液装置和备用镀笔等各种工辅具。

(3)表面准备

①电净：用l号电净液，工件接负极，电压l2～l4 V，时间3O～50 S。轴颈部位电净时间要尽量短，到工件表面水膜均匀摊开，没有干斑为止。②活化：先用2 号活化液活化，工件接正极，电压12～14 v，时间1O～2O s，至表面呈黑色后用水冲洗。再用3 号活化液活化，工件接正极，电压2O～25 V，时间15～30 S至表面呈银灰色后用水冲洗。

(4)镀过渡层镀前先用特殊镍擦拭5 S，然后通电，工件接负极，电压12～14 V，镀特殊镍2μm。

(5) 镀尺寸层工作层

镀前先用快速镍擦拭5 S，然后通电，工件接负极，电压12～14 V，镀快速镍至所需尺寸。注意，镀尺寸层中后期要测量2～3次尺寸，当镀层表面粗糙度或镀层厚度超过0.1 mm时，必须采用分层镀。快速镍分层镀工艺为：①用水砂纸蘸快速镍磨光镀层，再用水冲洗；②用1号活化液活化，工件接正极，电压15 V，时间15 S，至表面呈淡灰色；③用l号活化液无电擦拭5 s；④用l号活化液活化，工件接负极，电压15 V，时间5 S，表面仍呈淡灰色；⑤镀过渡层：镀前先用特殊镍擦拭5 S，

然后通电，工件接负极，电压15 V，镀层厚2μm；⑥镀尺寸层：镀前先用快速镍擦拭5 s，然后通电，工件接负极，电压12～14 V。

(6)镀后加工整修

①镀后用自来水彻底清洗，上曲轴磨床加工。对镍镀层磨削时不出火花，磨削前镀层表面须先涂色以利进给，进给时应尽量减少砂轮进给量。②加工后应立即捣碎石墨并从油孔中取出，用手电钻锪油孔倒角，用高压空气彻底吹扫油道。最后擦干净，经检验合格后方可装车使用。

2.2.2液压泵的修复

工程机械液压系统的效率主要取决于液压泵的容积效率，当容积效率下降到72%时，就需要进行常规维修，更换轴承和老化的密封件，要更换或修复超出配合间隙的磨擦副，使其性能得到恢复。柱塞泵最重要的部件是轴承，如果轴承出现游隙，则不能保证液压泵内部三对磨擦副的正常间隙，同时也会破坏各磨擦副的静液压支承油膜厚度，降低柱塞泵轴承的使用寿命。据液压泵制造厂提供的资料，轴承的平均使用寿命为10000h，超过此值就需要更换新口。拆卸下来的轴承，没有专业检测仪器是无法检测出轴承的游隙的，只能采用目测，如发现滚柱表面有划痕或变色，就必须更换。

（1）柱塞杆与缸体孔

①缸体镶装铜套的，可以采用更换铜套的方法修复。首先把一组柱塞杆处径修整到统一尺寸，再用1000#以上的砂纸抛光外径。缸体安装铜套的三种方法：（a）缸体加温热装或铜套低温冷冻挤压，过盈装配；（b）采有乐泰胶粘着装配，这咱方法要求铜外套外径表面有沟槽；（c）缸孔攻丝，铜套外径加工螺纹，涂乐泰胶后，旋入装配。

②熔烧结合方式的缸体与铜套，修复方法如下：（a）采用研磨棒，手工或机械方法研磨修复缸孔；（b）采用座标镗床，重新镗缸体孔；（c）采用铰刀修复缸体孔。

③采用“表面工程技术”，方法如下：（a）电镀技术：在柱塞表面镀一层硬铬；（b）电刷镀技术：在柱塞表面刷镀耐磨材料；（c）热喷涂或电弧喷涂或电喷涂：喷涂高碳马氏体耐磨材料；（d）激光熔敷：在柱塞表面熔敷高硬度耐磨合金粉末。

④缸体孔无铜套的缸体材料大都是球墨铸铁的，在缸体内壁上制备非晶态薄膜或涂层。因为缸体孔内壁有了这种特殊物质，所以才能组成硬—硬配对的磨擦副。如果盲目地研磨缸体孔，把缸体孔内壁这层表面材料研掉，磨擦更加的结构性能也就改变了。被去掉涂层的磨擦副，如果强行使用，就会磨擦面温度急剧升高，柱塞杆与缸孔发生胶合。

另外在柱塞杆表面制备一种独特的薄膜涂层，涂层含有减磨+耐磨+润滑功能，这组磨擦副实际还是硬-软配对，一旦人地改变涂层，也就破坏了最佳配对材料的磨擦副，修理这些特殊的柱塞泵，就要送到专业修理厂。

（2）滑靴与斜盘

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滑靴与斜盘的滑动磨擦是斜盘柱塞泵三对磨擦副中最为复杂的一对。如果柱塞与滑靴间隙超差，柱塞腔中的高压油就会从柱塞球头与滑靴间隙中泄出，滑靴与斜盘油膜减薄，严重时会造成静压支承失效，滑靴与斜盘发生金属接触磨擦，滑靴烧蚀脱落，柱塞球头划伤斜盘。柱塞杆球头与滑靴球窝超出公差1.5倍时，必须成组更换之。斜盘作用一段时间后，斜盘平面会出现内凹现象，在采用平台研磨前，首先应测量原始尺寸和平面硬度。研磨后，再测出研磨量是多少，如在0.18以内，对柱塞泵使用无防碍；如果超出0.2mm以上，则应采用氮化的方法来保持原有的氮化层厚度。斜盘平面被柱塞球头刮削出沟槽时，可采用激光熔敷合金粉末的方法进行修复。激光熔敷技术既可保证材料的结合强度，又能保证补熔材料的硬度，且不全降低周边组织的硬度。也顺以采用铬相焊条进行手工堆焊，补焊过的斜盘平面需重新热处理，最好采用氮化炉热处理。不管采取哪种方法修复斜盘，都必须恢复原有的尺寸精度、硬度和表面粗糙度。

（3）配流盘与缸体配流面的修复

配流盘有平面配流和球面配流两种形式。球面配流的磨擦副，在缸体配流面划痕比较浅时，通过研磨手段修复；缸体配流面沟槽较深时，应先采用“表面工程技术”手段填平沟槽后，再进行研磨，不可盲目研磨，，以防铜层变薄或漏油出钢基。平面配流形式的磨擦副可以精度比较高的平台上进行研磨。缸体和配流盘在研磨前，应先测量总厚度尺寸和应当研磨掉的尺寸，再补偿到调整垫上。配流盘研磨量较大时，研磨后应重新热处理，以确保淬硬层硬度

2.2.3液压缸拉伤修复

液压缸拉伤后，采用电刷镀结合钎焊工艺修复，可在短时间内恢复其原有的技术性能。工艺方法如下：

(1)清洗油污：用金属清洗剂洗掉油污，再用三角刮刀刮掉机件上沟槽内的油污和杂质。将磨削过的内表面使用丙酮擦洗干后，再用电净液进行电化学清洗，电压为115V，机件接负极，清洗时间为60～90 S。电化学清污后，再用清水冲洗干净。

(2)活化：使用2号活化液进行电化学除污，以清除机件表面上的氧化物，电压定为10～12 V，控制时间为40～60 S，机件接正极。待机件呈黑色或灰黑色时。再用清水冲洗干净。然后，用活化液进行电化学清洗以彻底清除杂质，机件接正极，电压定为16～20 V，控制时间为50～90 S。待机件表面呈银白色后，用清水冲洗干净。

(3)刷镀快速镍：在处理好的机件表面刷镀，电压定为18 V，机件接负极，快速摆动镀笔，刷镀时间为3 6 s，机件表面呈淡黄色的镀层时，将电压降到12V，刷镀速度为9～11 m／rain，继续刷镀。待镀层厚度增至13 m时，再用清水冲洗干净。

(4)刷镀碱铜层：在快速镍镀积后，再刷镀械铜层。使用碱铜溶液，电压为6～8V，机件接负极，刷镀速度为9～14m／min。待镀层厚度增至20～50μm，再用清水冲洗干净。

(5)钎焊舍金：将刷镀好的机件表面用净布擦干，然后在需焊补部位涂以氧化焊剂．使用300W 或500W 的电铬铁依次焊接拉伤部位至要求尺寸。再用刮刀刮削钎焊合金成所需形状，然后用油石打磨平滑。

(6)电化学清洗：用电净液清洗刮削后的钎焊表面，并清除油污及杂质，用2号活化液清除氧化物。严格控制电化学清洗

的时间，以防舍金表面变黑。然后再用3号活化液清除杂质，进行钎焊表面的碱铜和刷镀快速镍。

(7)刷镀碱铜和快速镍：为增强钎焊表面的强度。先刷镀碱铜，刷镀电压为6～8V，机件接负极，刷镀速度为9～14m／rain，碱铜层厚度为3～5μm 。然后用清水冲洗后，再刷镀快速镍，刷镀电压为12V，机件接负极，刷镀速度为9 m／min，刷镀层厚度为60μm 。再用清水冲洗机件，并用净布擦干，即可装复使用。

2.2.4回转齿圈的修复

挖掘机在作业过程中回转齿圈承受很大的冲击载荷，当挖掘机倾斜时，受力状态更为不利。一般挖掘机运转35万h左右时，回转齿圈轮齿即可能出现压溃或压断现象，两半齿圈接合部位齿形磨损及断齿现象尤为严重。实践证明，采用镶块焊接修复回转齿圈既简便快捷，又能保证整机性能。

(1)焊前准备

①根据齿圈损坏情况，确定固定孔的位置和需要更换的损坏段，然后将要更换的一段齿用气割割下。②依照需要修复的齿圈部位，加工制作镶块，或从另一个旧齿圈相应的部位，在保证节距的情况下，截出一段较完好的轮齿，并将对接处气割出坡口形状。③确定镶块固定孔的位置，打孔将其固定在齿圈相应部位，注意必须保证固定孔位置的准确性。④为了保证焊缝有较高的强度，能承受较大的冲击和振动，选用直径为Φ4 mm的结507焊条，焊条使用前应在250～350 ℃温度下烘烤1 h。⑤采用AX3500直流弧焊机直流反接法焊接，电流为130～140 A。

(2)焊接工艺

①焊前预热，用2把大号气焊枪对焊面加热至200 ℃左右。②采用回火焊道法，后一道焊缝对前一道焊缝起到回火作用，有利于消除前一道焊缝产生的淬硬组织③因坡口较大，焊第一道焊缝时，应焊得略薄一些，以降低熔宽，减少钢材的含碳量。施焊时，焊条向前倾斜15°左右，直线前进，收弧时要注意填满弧坑，避免产生弧坑裂纹。焊完后用尖头小锤迅速锤击焊缝及两侧，松驰应力，直至焊缝出现密布的麻点。待焊缝冷却200 ℃左右时再继续施焊。④第1道焊缝以后每道焊缝施焊方法与第1

道相同，焊条可略有摆，为了避免出现气孔，不要摆太大。⑤焊后为了消除淬硬组织和应力，用氧乙炔火焰将焊缝及两侧加热到600～650 ℃左右，保温20 min，然后用石棉、熟石灰粉末或干砂覆盖焊缝，使之缓慢冷却至室温。⑥用抛光砂轮将焊缝打磨修光，至此齿圈修复完成。

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2.2.5 履带机构磨损及履带齿崩齿修复

（1）履带式行走是建筑机械主要行走方式之一，是建筑机械中使用金属最多而价格很高的机构之一，同时由于它磨损剧烈、更换十分频繁，所以履带行走机构的修复具有巨大的经济效益和社会效益，但必须采用社会化、专业化的生产模式，同时亟需抓紧修复设备和修复工艺的开发研究，以尽快适应这一社会化生产之需，购置履带机构新品需时6～12个月，而修复工期只需1个月，从而可大大提高机械的利用率；修复成本只有购置新件的20％～40％，而修复后的使用寿命可达新件的80％，因此说明从事履带机构修复工作可为用户和修理企业同时带来巨大的经济效益。

履带机构磨损达到使用极限时，在其主要零件——“三轮一带”的表面只磨去3～27mm，此时磨损失去的全属只占“三轮一带”总质量的10％以下。如果采用更换新件的办法，就意味着为了这磨损失去的 1％～10％金属丽舍弃其余 90％～99％还可以使用的金属，这实在是不经济的；如果采用修复的方法，就可以把这90％～ 99％的金属再利用起来，这显然是很合理，因为这些金属材料从采矿、运输、冶炼、加工到成品要消耗无数的能源，要产生数不清的对环境有害的废弃物，最重要的一点是因为矿产资源是不可再生的。

国内外“三轮一带”的修复都采用埋弧堆焊。国内“三轮一带”埋弧堆焊都是采用通用的焊丝和焊剂，焊后还要机械加工和火焰表面淬火，由于堆焊层的耐磨性不高且淬火层性能不稳定，所以修复件的使用寿命不长；而国外“三轮一带”埋弧堆焊采用专用焊丝和焊剂，由于焊缝成形好，焊后不需机械加工，同时由于堆焊层耐磨性很好，不必热处理就能达到较长的使用寿命。两者对比就可以明显看出国外修复工艺的先进性。埋弧堆焊层的性能完全取决于焊丝和焊剂的材料，国内焊接专家在埋弧焊的研究方面卓有成效，只要把焊接专家的研究成果引人修复工艺，改进修复工艺、研制专用焊丝焊剂以达到较长的使用寿命是不困难的。

国内外“三轮一带”的修复设备几乎完全一样，都是由支重轮与托带轮堆焊机床、引导轮堆焊机床。轨链节堆焊机床、链轨节拆装压力机床、链轨板拆装机床等专用设备组成

（2）焊接履带齿前焊条的烘干处理将φ4.0 mm的J506焊条经320℃烘干1．2 h，φ3.2 mm的D172焊条经160℃烘干1.2 h后置于保温桶内，以备使用。

①履带齿焊前清理预热焊前用钢丝轮或钢丝刷清除修复区的尘土、油污和铁锈等赃物，再用手磨机或软轴砂轮打磨抛光干净，并磨去残缺的疲劳层，使修复区露出金属光泽，且无残余裂纹。清理后，用烤枪对修复区进行预热，温度为100～150℃，防止裂纹与焊层剥落。②堆焊过渡层用φ4.0 mm的J5o6焊条按成品履带齿的形状堆焊“长肉”，堆焊时首层交叉焊接，次层以后按顺序始终从一边起焊，依次焊接，以便于热传递均匀。焊面应平滑，焊道重叠量以焊道宽度的1／2～1／3为宜。堆焊至边缘时应注意不要形成伞形，以防产生脱层。每焊完一道焊缝后马上锤击焊道，以利于

应力释放。堆焊过程中层间温度保持在300℃以上。堆焊结束后用手砂轮打磨并参照样板检查形状和尺寸以及齿间距是否满足要求。③堆焊耐磨层履带齿整体温度始终不能低于280℃，然后在堆焊好的齿表面用φ3.2 mm的D172堆焊焊条按齿廓形状和尺寸堆焊齿面，加工至成品尺寸焊过程中的措施同堆焊过渡层。④焊后缓冷。打磨防锈堆焊过程结束后，将履带板整体加热，温度控制在320℃左右，然后用石棉覆盖埋入砂堆中缓冷至室温，最后在清理打磨后进行防锈处理。将焊接修复的履带齿的履带装在履带式挖掘机上耐磨性较好，且再无崩齿现象。

2.2.6液压破碎锤缸体的绿色再制造

液压破碎锤的缸体是所有零件中价格最高的1种，如果换1只新的缸体需要数万元之多，而修复1只缸体的费用是比较低的，修复后的缸体配制1只新的活塞，完全可以恢复设计的间隙，从而可以使液压破碎锤的工作效率得到恢复。

液压破碎锤的生产厂家，在选用缸体材料时，一般都采用低碳合金钢经渗碳处理，渗碳层的深度大约在1.5～1.7 mm之间，热处理后的硬度为60～62HRC，缸体磨损后，重新磨制消除磨损痕迹(包括划伤)，一般需要磨去0.6～O.8 mm 左右(单边0.3～

O.4mm)，原来的淬硬层仍在1 mm 左右，因此缸体重磨后，其表面硬度是能保证的，所以缸体内表面的耐磨性与新品无多大差别，磨损的缸体修复一次是可行的。缸体修复后，其尺寸势必发生变化，为了保证原设计冲击能不变，必须要对液压缸的前后腔面积进行重新设计计算，一方面要保证前后腔的面积比和原设计保持不变，同时前后腔的面积和原来的面积也要一致，否则会引起流量改变，导致液压锤和承载主机流量匹配不合理，造成不良后果。活塞尺寸公差、形状公差、位置公差、表面粗糙度和配合间隙的选取是极其重要的。尤为重要的是缸体和活塞的配合间隙，如果间隙过大，会增加泄漏，液压锤工作起来没劲；如果间隙过小，当油温升高后，活塞会发生卡死的现象。根据材质不同和活塞直径的大小不同，活塞和缸体的问隙大小也不同，一般均在0.05 mm 以上。材料的选择是活塞设计的关键问题，它决定活塞设计的成功与失败，决定零件寿命的长短。关于材料的选择，各国液压锤的制造商均称采用优质高级合金钢，但选材和工艺还有区别，一些液压锤的制造商，采用的是优质合金工具钢，整体淬火而成；而另一些制造商采用的是低碳合金钢渗碳淬火而成。采用高碳合金工具钢整体淬火的活塞，在工作中和钎杆接触的平面不变形，不易产生裂纹，而采用低碳合金钢渗碳淬火的活塞，在工作中和钎杆接触的平面易产生变形(平面凹陷)和裂纹，如果裂纹扩大，就会产生断裂使活塞报废。

以活塞选材为合金工具钢为例，活塞加工工艺流程如下：备料——锻造——退火——粗车外圆和中心孔——调质——精车外圆、槽——淬火——磨中心孔——磨外圆——磨工作边——去毛刺——探伤——研磨中心孔——精磨外圆——检验——油封——入库。液压破碎锤工作环境和工作状况影响它的寿命，1台新的液压锤正常工作3～4年后，工作效率发生下降，但弃之可惜，因此修复缸体、更换

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活塞是既经济又快捷的办法。

2.2.7斗体与斗齿的焊接

(1)焊前准备

首先从斗体上切除已磨损的斗齿，然后用角磨机把安装斗齿处打磨干净，不得存有泥垢、铁锈，并仔细检查有无裂纹等缺陷；在斗齿待焊处用碳弧气刨开出坡口，并用角磨机清理干净。

(2)施焊

①首先在斗体上(与斗齿的接合处)用GB E309—15焊条进行堆焊，焊前焊条需经350℃、1.5 h烘干，焊接电流应偏大、焊速略慢，以保证熔合区镍含量5％～6％，防止产生对裂纹敏感的马氏体。②进行定位焊。斗齿装配到位后，用直径为3.2 mm的D266焊条进行两侧对称的定位焊，焊缝长度不超过30 mm。焊后立即水冷并锤击。③打底焊。用直径为3.2 mm的D266焊条进行打底焊。用小电流、直流反极性、断续焊、短段焊。每次停焊时应及时水冷，问层温度控制在50℃以下。④进行填充焊。底焊焊完后，改用直径为4 mm的D266焊条进行断续焊，焊接电流为160A，一根焊条分3 次焊完，每次停焊时仍须及时用水冷却焊道至50℃以下，并进行锤击，以消除应力与防止碳化物析出：每焊完两层则进行左右焊缝轮换焊接以保证焊接的对称性，直至焊脚达16 mm为止。每焊完一道用放大镜检查裂纹情况，如有裂纹则用碳弧气刨消除后再焊接。

2.2.8废旧齿轮箱绿色再制造

减速器是机械设备的重要传动部件，其运行常与否直接影响整车的工作。废齿轮箱主要的失效主要发生在齿轮、轴承和轴等零件上，要对变速箱实施绿色再制造技术，必须对这三大件运用表面工程技术手段进行修复和性能升级。废旧齿轮箱产品进入再制造工序后，可采取图2所示的工艺方案。

图2 齿轮箱再制造工艺流程

(1)全面拆解旧机拆解中直接淘汰旧机中简单、附加值低的易损零件，一股这些零件因磨损、老化等原因不可再制造或者没有再制造价值，装配时直接用新品替换。

(2)清洗拆解后保留的零件根据零件的用途和材料，选择不同的清洗方法，如：高温分解、化学清冼、超声波清洗、振动研磨、液体喷砂、干式喷砂等。

(3)对清洗后的零件进行严格的检测判断检测后的零件可分为3类：①可直接用于再制造发动机装配的零件，这类零件80％以上可直接应用；②可再制造修复的失效零部件，这类零件可再制造率一般达80％以上；③需用新品替代的淘汰零件。

(4)失效零件的再制造加工对失效零件的再制造加工，则可利用表面工程技术进行再制造。从制造工艺角度，通常根据零件的失效原因不同表面工程技术的应用目的是不同的：①增材对于磨损失效类零件，通过增材使零件获得新的加工余量，以便可采用机加工技术重新加工，使其达到原设计的尺寸、形位公差和表面质量要求；②性能恢复对于失效形式是腐蚀、划伤、变形或出现裂纹的零件，可以采用先进的表面处理技术进行恢复，如采用高速电弧喷涂技术，在零件表面形成致密的、具有高结合强度的组织以恢复其使用性能。

(5)将全部检验合格的零部件与加入的新零件，严格按照新品生产要求装配成再制造产品。

(6)对再制造产品按照新机的标准进行整机性能指标测试，应满足新机设计要求

2.3 易损件——完全更换成新的

易损件：轴瓦、活塞、活塞环、各种衬套、油封、密封圈、螺栓等在拆机工序中被统统报废，待装配工序开始时把新配件投入进去。新配件采购有严格程序：直接从配套厂进货；要求配套厂提供装机使用的配件而不是供维修市场的配件，JFP质量部严把质量关，所进配件根据不同情况按不同比例抽检，一只不合格，就退回一个批次重新100％检测。

2.4 部分更换的配件

经检测后，不合格的报废，合乎要求的经重新加工继续使用。这部分配件包括：凸轮轴、气门、油底壳、齿轮等，按照重汽公司图纸检测各部位的尺寸，符合要求，则保留下来，经精细处理后继续使用，被留用的这部分配件是最可靠的，因为它们的机械性能经过使用，已经达到最稳定状态，这就是为什么新发动机气门杆断裂的故障时有发生，而再制造发动机绝无这种可能性。

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针对大型履带式挖掘机，在设计时即考虑再制造的可行性，解决箱体类零件、轴类零件、齿轮、发动机主要部件、液压泵、液压缸、四轮一带、以及主要工作装置铲斗、液压锤的再制造研究等关键零部件的再制造问题。大型履带式挖掘机传统设计只考虑一个寿命周期，在满足功能、质量的前提下尽可能简化结构。而基于再制造的设计包括可拆卸性设计、可回收设计、可再制造设计等，即在产品的设计过程中，赋予再制造特性，保证了设备制造的基本目标，实现了企业经济效益与社会经济效益的协调优化，符合国家可持续发展战略。

采用绿色再制造工程，可大量恢复设备及其零部件的性能，延长使用寿命，降低全寿命周期费用，节约原材料，减少环境污染，而且可形成新的产业，吸纳专业技术人员和工人就业，创造价值，迅速形成新的经济增长点。据统计，美国有48万人从事再制造，每年可创造530亿美元的产值。我国的一些单位已瞄准了电冰箱、摩托车、汽车的再制造。如果这项工作能普遍推开，对于我国这样一个设备大国，其经济增长是不可估量的。

绿色再制造工程的最大优势，是能够以多种表面工程和先进成型技术方法制备出优于本体的材料性能，如采用金属材料的表面硬化处理、热喷涂、激光表面强化等修复和强化零件表面，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能，这层表面材料与制作部件的整体材料相比，厚度薄，面积小，但却承担着工作部件的主要功能。不同表面工程技术所获得的覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米，仅占工件整体厚度的几百分之一到几十分之一，却使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力，采用表面工程措施的平均效益高达5～20倍以上。表面工程能直接针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强化或修复，对零件进行预保护，或是把已失效的零件重新恢复使用价值，若再考虑在能源、原材料和停机等方面的费用节约，其经济效益和社会效益是显而易见的。由此可见，表面工程技术是再制造技术的重要手段之一，已具备了先进制造技术的最基本的特征，即：优质、高效、低耗。它的研究、推广和应用，将为维修工程和再制造的发展提供必要的工艺支持。

我国目前以经济建设为中心，投入装备研制、生产、购置的费用不可能太多，大量装备陈旧落后，处于更新换代的时期。应该科学地改造现有装备，使之适应新时期经济的发展。发展绿色再制造，对我国21世纪机械加工工业的发展，有着极其重要的作用。我国政府有关部门已对绿色再制造技术有了高度的重视，相信随着21世纪的到来，一个优质、高效、低耗的绿色再制造工程学科，将在我国逐步形成和发展壮大。

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