綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)發(fā)展與隧道掘進(jìn)機(jī)再制造探析

康寶生

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司專用設(shè)備中心，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

再制造是指以裝備全壽命周期理論為指導(dǎo)，以提升廢舊裝備性能為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，對(duì)廢舊裝備進(jìn)行修復(fù)、改造的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。再制造工程是廢舊裝備高技術(shù)修復(fù)、改造的產(chǎn)業(yè)化，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)再利用的高級(jí)形式。研究表明，再制造產(chǎn)品在同于甚至優(yōu)于新品質(zhì)量和性能的基礎(chǔ)之上，可節(jié)能60%，節(jié)材70%，節(jié)約成本50%［1］。

裝備再制造有利于形成“資源—產(chǎn)品—廢舊產(chǎn)品—再制造產(chǎn)品”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，可以充分利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。加快發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的客觀要求。近年來(lái)，再制造概念在我國(guó)風(fēng)生水起:徐濱士［1］和易新乾［2］全面論述了再制造工程的發(fā)展應(yīng)用與相關(guān)技術(shù);陳翔宇等［3］分析介紹了美國(guó)再制造情況;李宏亮［4］、楊曉斌等［5］、蔣建敏等［6］、王寶友［7］對(duì)我國(guó)掘進(jìn)機(jī)制造和使用企業(yè)進(jìn)行隧道掘進(jìn)機(jī)舊件修復(fù)和再制造技術(shù)進(jìn)行了初步研究;張振興［8］提出對(duì)再制造熱進(jìn)行冷思考;國(guó)家發(fā)改委、科技部等部委對(duì)推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了明確要求［9］。國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備再制造尚處于起步階段，主要側(cè)重于零部件，如復(fù)強(qiáng)動(dòng)力進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)再制造，安徽博一等廠家進(jìn)行的液壓馬達(dá)、控制閥等再制造。普遍存在對(duì)再制造產(chǎn)品了解不足、認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)等缺陷，國(guó)家對(duì)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策支持力度不夠、法律制度不健全、市場(chǎng)監(jiān)管缺失以及再制造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)能力有待加強(qiáng)。從文獻(xiàn)資料可以看出，我國(guó)一些所謂的隧道掘進(jìn)機(jī)再制造僅僅是對(duì)零部件的修理或根據(jù)工程需要對(duì)盾體、刀盤等的修復(fù)或者重新加工制造;由于資金投入不足，國(guó)內(nèi)企業(yè)嚴(yán)格按照再制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行隧道掘進(jìn)機(jī)整機(jī)再制造的情況很少;也未見(jiàn)將隧道掘進(jìn)機(jī)再制造與節(jié)能、降耗、減排、綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)籌思考的研究。本文結(jié)合對(duì)所在企業(yè)保有盾構(gòu)/TBM的維修改造和初步“再制造”，比較系統(tǒng)地研究探討我國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)整機(jī)再制造的重點(diǎn)、難點(diǎn)和需要把握的技術(shù)關(guān)鍵。

1 國(guó)內(nèi)外再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外再制造產(chǎn)業(yè)已有80多年歷史，再制造在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)工藝、配件供應(yīng)及售后服務(wù)等方面都比較成熟，再制造工程已深入到各個(gè)領(lǐng)域，包括汽車、工業(yè)設(shè)備、國(guó)防裝備、電子電器等，形成了一套完整的發(fā)展體系和較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。2005年全球再制造業(yè)產(chǎn)值超過(guò)1 000億美元，美國(guó)就達(dá)到750億美元，其中汽車、工程機(jī)械再制造占2/3。卡特彼勒公司已在美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等7個(gè)國(guó)家建立了14個(gè)再制造工廠，2005年的再制造產(chǎn)值超過(guò)15億美元。德國(guó)大眾公司于1947年開始發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，至2004年再制造發(fā)動(dòng)機(jī)已有748 萬(wàn)臺(tái)，變速器240 萬(wàn)臺(tái)［10］。

我國(guó)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚。1994年，中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南復(fù)強(qiáng)動(dòng)力有限公司成立，是我國(guó)首批汽車零部件再制造試點(diǎn)企業(yè)，目前該公司具有年生產(chǎn)各類型再制造發(fā)動(dòng)機(jī)25 000臺(tái)的能力。2005年國(guó)務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見(jiàn)》支持發(fā)展再制造;2008年《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》將再制造納入法律范疇;2009年工信部選定了35家企業(yè)和產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)作為首批機(jī)電產(chǎn)品再制造試點(diǎn);2010年國(guó)家發(fā)改委、科技部等11個(gè)部委發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》;2011年全國(guó)人大審議通過(guò)的“十二五”規(guī)劃綱要把“再制造產(chǎn)業(yè)化”作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)工程之一。

目前，我國(guó)已有14家汽車零部件和35家機(jī)電產(chǎn)品再制造試點(diǎn)企業(yè)，形成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向機(jī)、發(fā)電機(jī)共23萬(wàn)臺(tái)/套的再制造能力。2011年，三一集團(tuán)建成具有年產(chǎn)500臺(tái)泵車的再制造生產(chǎn)線;2012年，全國(guó)首個(gè)以工程機(jī)械為特色的再制造產(chǎn)業(yè)基地在湖北省武漢市東西湖區(qū)街掛牌成立;2012年11月，中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)維修及再制造分會(huì)在安徽合肥召開會(huì)議，授予安徽省泰源工程機(jī)械有限公司“中國(guó)工程機(jī)械維修與再制造檢測(cè)設(shè)備示范基地”。據(jù)悉，合肥市政府正在著力打造工程機(jī)械零部件及整機(jī)再制造產(chǎn)業(yè)集群。

2 再制造與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系

零部件的制造成本由原材料成本、勞動(dòng)力成本、能源消耗成本、加工設(shè)備成本和工具損耗成本構(gòu)成。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原材料的價(jià)值只占到15%，而成品附加值卻高達(dá)85%。再制造具有潛在價(jià)值的根本原因是機(jī)器中各部件的使用壽命不相等，而且每個(gè)零部件各個(gè)工作面的使用壽命也不相等。

2.1 再制造與循環(huán)經(jīng)濟(jì)

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)主體，是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)和國(guó)家安全的重要保障。傳統(tǒng)制造業(yè)的特點(diǎn)是大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)、大量污染、大量廢棄，是一個(gè)索取自然、大量消耗資源的“粗放型制造”。循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，以減量化、再利用、資源化為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征。再制造的對(duì)象是服役過(guò)的報(bào)廢或老舊產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)廢舊機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用的高級(jí)形式，是制造與修復(fù)、回收與利用、生產(chǎn)與流通的有機(jī)結(jié)合。

2.2 再制造與維修和翻新

再制造與傳統(tǒng)的維修和翻新既有聯(lián)系，又有本質(zhì)區(qū)別(如表1所示)。再制造是維修和翻新的高級(jí)形式。

表1 再制造與維修和翻新的主要區(qū)別Table 1 Main differences among remanufacturing，repairing and refurbishment

傳統(tǒng)的設(shè)備維修雖然也是以廢舊零部件為主，具有節(jié)約資源、降低污染的優(yōu)越性，但這種維修是以單臺(tái)設(shè)備為生產(chǎn)對(duì)象，手工作坊的特點(diǎn)十分明顯，生產(chǎn)效率和各項(xiàng)優(yōu)越性能的發(fā)揮受到很大局限。而再制造是以大批待用零部件為生產(chǎn)對(duì)象，以大批量現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)方式進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高，各種優(yōu)越性能得到充分發(fā)揮。因此，再制造工程是傳統(tǒng)設(shè)備維修的提高和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

據(jù)介紹，歐美等國(guó)的再制造技術(shù)主要以尺寸修理法和換件修理法為主，我國(guó)的再制造雖然起步晚，但以維修工程、表面工程為基礎(chǔ)，主要采用性能提升和尺寸恢復(fù)法，具有再制造率高、資源能源消耗低等顯著特點(diǎn)，這是我國(guó)大力發(fā)展綠色再制造產(chǎn)業(yè)堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

再制造的本質(zhì)是修復(fù)，但不是簡(jiǎn)單的維修，是采用制造業(yè)的模式搞維修，是一種高科技含量、產(chǎn)業(yè)化的修復(fù)，是維修發(fā)展的高級(jí)階段。按照目前公認(rèn)的再制造標(biāo)準(zhǔn)，投入設(shè)備原值50%，設(shè)備性能達(dá)到或超過(guò)原型新機(jī)。通過(guò)再制造技術(shù)可以花費(fèi)較小的成本延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;推廣和使用再制造技術(shù)，可以節(jié)約資源和能源，保護(hù)環(huán)境;再制造可以為相關(guān)需求方提供更為廉價(jià)可靠的商品，提高人民的物質(zhì)生活水平;隨著再制造業(yè)的發(fā)展，將可興起一批新興產(chǎn)業(yè)，從而解決部分就業(yè)問(wèn)題;發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)使制造企業(yè)有能力投入更多精力進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)，形成良性循環(huán)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、產(chǎn)品的更新?lián)Q代、技術(shù)進(jìn)步和人員的素質(zhì)提高十分有利。

3 隧道掘進(jìn)機(jī)再制造現(xiàn)狀與前景

3.1 國(guó)外隧道掘進(jìn)機(jī)再制造

國(guó)外隧道掘進(jìn)機(jī)(盾構(gòu)和TBM)制造、使用企業(yè)均有將隧道掘進(jìn)機(jī)再制造投入多個(gè)項(xiàng)目使用的成功案例。據(jù)悉，著名掘進(jìn)機(jī)制造企業(yè)——美國(guó)羅賓斯公司近年來(lái)每年生產(chǎn)的35～50臺(tái)掘進(jìn)機(jī)中有將近70%可以通過(guò)恢復(fù)性維修成功實(shí)現(xiàn)舊件翻新。羅賓斯公司在上海修復(fù)的掘進(jìn)機(jī)就是由冰島回收，應(yīng)用于錦屏電站排水洞工程;海瑞克公司也有多臺(tái)再制造掘進(jìn)機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)使用。國(guó)外其他公司如維爾特、塞利等均有再制造盾構(gòu)/TBM產(chǎn)品銷售和使用的案例。

3.2 國(guó)內(nèi)隧道掘進(jìn)機(jī)再制造

國(guó)內(nèi)施工企業(yè)使用進(jìn)口再制造掘進(jìn)機(jī)的同時(shí)也在嘗試對(duì)自有設(shè)備進(jìn)行再制造，國(guó)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)廠家也在探索掘進(jìn)機(jī)再制造。北京某企業(yè)購(gòu)置的日立 EPBφ6 170土壓平衡盾構(gòu)參與了北京地鐵四號(hào)線的施工，由于盾體密封位嚴(yán)重磨損導(dǎo)致整機(jī)癱瘓，北京奧宇可鑫集團(tuán)采取再制造技術(shù)進(jìn)行了修復(fù)。2009年5月，北京奧宇可鑫集團(tuán)公司宣布經(jīng)裝備再制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中船12所等單位專家采用先進(jìn)手段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)收，盾構(gòu)“修復(fù)后的質(zhì)量完全能夠滿足使用要求，部分性能超過(guò)新品”，達(dá)到了再制造標(biāo)準(zhǔn);上海市機(jī)械施工有限公司進(jìn)口的第一臺(tái)小松TM6140盾構(gòu)是根據(jù)深圳地區(qū)的地質(zhì)、管片規(guī)格等施工要求設(shè)計(jì)制造的，為了適應(yīng)上海地鐵施工需要，進(jìn)行了設(shè)備改進(jìn)、優(yōu)化和再制造;1997年，鐵道部引進(jìn)2臺(tái)維爾特TB880E型掘進(jìn)機(jī)，成功用于西康鐵路秦嶺隧道等項(xiàng)目施工，完工后多年存放，2007年經(jīng)過(guò)修復(fù)和局部再制造用于新疆中天山隧道工程，目前單臺(tái)掘進(jìn)均超過(guò)10 km。

為應(yīng)對(duì)高速發(fā)展的盾構(gòu)行業(yè)，2010年5月，北京設(shè)備管理協(xié)會(huì)盾構(gòu)管理委員會(huì)成立，旨在發(fā)揮科技研發(fā)的職能，對(duì)盾構(gòu)的關(guān)鍵部件及易損部件性能的提高、軸承的國(guó)產(chǎn)化、零件再制造、應(yīng)力檢測(cè)控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以達(dá)到延長(zhǎng)盾構(gòu)使用壽命，降低工程建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)零部件的再制造和節(jié)能減排的目的。

3.3 我國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)再制造發(fā)展前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2011年底，國(guó)內(nèi)已有33個(gè)城市地鐵規(guī)劃或立項(xiàng)獲得批準(zhǔn)，地鐵運(yùn)營(yíng)總里程約1 600 km，規(guī)劃到2015年左右建設(shè)93條軌道交通線路，運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)2 692.5 km。未來(lái)十年，中國(guó)軌道交通市場(chǎng)將建7 395 km地鐵線。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年上半年，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)保有量為511臺(tái)。中鐵系統(tǒng)保有盾構(gòu)270余臺(tái)、TBM 10余臺(tái)，若滿足規(guī)劃要求，還需盾構(gòu)150～210臺(tái);如果考慮到盾構(gòu)利用效率、地層和現(xiàn)有盾構(gòu)的匹配性等因素，盾構(gòu)缺口在300臺(tái)以上。2012年以來(lái)，水利水電呈現(xiàn)快速發(fā)展勢(shì)頭，僅目前正在實(shí)施的引水及地鐵等工程，TBM需求就達(dá)10多臺(tái)。從20世紀(jì)90年代掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)鐵路和地鐵施工中陸續(xù)使用以來(lái)，不少已“老齡化”，如需繼續(xù)發(fā)揮余熱，必須進(jìn)行大修和再制造。據(jù)相關(guān)資料分析，利用再制造技術(shù)生產(chǎn)一臺(tái)地鐵盾構(gòu)可以節(jié)約金屬約200 t，節(jié)約電力約128萬(wàn)kW·h。

4 隧道掘進(jìn)機(jī)再制造的重難點(diǎn)

4.1 隧道掘進(jìn)機(jī)再制造的重點(diǎn)

根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件選擇合適的機(jī)型并設(shè)計(jì)、制造符合地質(zhì)特點(diǎn)的刀盤刀具、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是確保隧道掘進(jìn)機(jī)順利施工的關(guān)鍵，再制造必須抓住這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1)刀盤。刀盤是隧道掘進(jìn)機(jī)的核心部件之一。刀盤的地質(zhì)適應(yīng)能力決定著工程施工的成敗，刀盤的再制造是掘進(jìn)機(jī)再制造的重點(diǎn)之一。刀盤結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于拉、壓、彎、剪、扭組合荷載的作用下，掘進(jìn)過(guò)程中變形、開裂、磨損、刀具脫落等問(wèn)題極易發(fā)生(尤其是TBM)，刀盤外形輪廓的幾何形狀難以維持，修復(fù)難度大。刀盤再制造的關(guān)鍵是解決地質(zhì)適應(yīng)性問(wèn)題，也就是根據(jù)地質(zhì)條件確定是新作還是舊件改造和修復(fù)，以使其結(jié)構(gòu)型式、開口率以及刀具選用、布置做到最佳。

2)刀具。刀具的類別和布置方式是順利掘進(jìn)的重要保證，已有關(guān)于隧道掘進(jìn)機(jī)刀具再制造的探討［6］。目前，滾刀刀圈磨損或損壞后一般是更換，鑒于技術(shù)和成本問(wèn)題的制約，如何利用特殊表面工程技術(shù)修復(fù)滾刀刀圈，真正有效降低成本，還需要進(jìn)一步研究和探索。

3)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。包括主軸承、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)等。主軸承是隧道掘進(jìn)機(jī)的核心部件之一，其設(shè)計(jì)壽命一般在10 000 h以上。再制造階段結(jié)合將要承擔(dān)的工程制定措施，即修復(fù)、改造或者更新。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照規(guī)范切實(shí)做好狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷以及維護(hù)保養(yǎng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)10 km左右不大修。在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有更換磨損的主軸承滑環(huán)，采用激光焊接技術(shù)修復(fù)主驅(qū)動(dòng)小齒輪的例子;國(guó)內(nèi)外專業(yè)軸承廠家，已經(jīng)開展了主軸承修復(fù)、翻新和再制造的業(yè)務(wù)(如托林頓、羅特艾德等)。徐濱士院士及其科研團(tuán)隊(duì)采用納米電刷鍍技術(shù)在重載車輛關(guān)鍵零部件的修復(fù)及機(jī)床再制造方面作出了突出貢獻(xiàn)，解決了艦船等關(guān)鍵零部件的維修難題，修復(fù)了進(jìn)口船舶中直徑達(dá)470 mm的密封裝置滑環(huán)內(nèi)表面，使其防腐、耐磨性能大幅度提高。認(rèn)真做好狀態(tài)檢測(cè)評(píng)估，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)解決主軸承、主驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置等零部件的修復(fù)和再制造，將大大延長(zhǎng)其使用壽命。圖1為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢測(cè)和絕緣處理，圖2為測(cè)試主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和減速機(jī)。

4)電氣及控制系統(tǒng)。檢測(cè)電氣柜及所有電機(jī)和儀器儀表，判斷損傷情況并針對(duì)性修復(fù)、改進(jìn)和完善。原控制系統(tǒng)中的電路板經(jīng)檢測(cè)合格后使用。按照再制造標(biāo)準(zhǔn)，線束、控制線路應(yīng)當(dāng)全部更換，對(duì)性能落后的控制系統(tǒng)要重新進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)予以更新?lián)Q代。

4.2 其他系統(tǒng)修復(fù)和再制造

1)液壓系統(tǒng)。將液壓零部件拆解、清洗、試驗(yàn)測(cè)試。密封件須全面更換，其他零部件應(yīng)根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定維修或換件;對(duì)老化的油管予以更換;做好流體接頭防護(hù)，以免影響管路接頭處的密封性。在此過(guò)程中，要注意“四新”技術(shù)的運(yùn)用，及時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)功能進(jìn)行局部改善或優(yōu)化，比如，用性能先進(jìn)的零部件替代落后的零部件等。

2)主結(jié)構(gòu)和后配套臺(tái)架。①TBM機(jī)頭架、主大梁、鞍架、軸承驅(qū)動(dòng)組件、后支腿、撐靴等主要結(jié)構(gòu)件多為焊接結(jié)構(gòu)，使用中承受交變荷載和高頻振動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行后，焊縫容易開裂，結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生變形和疲勞。出現(xiàn)此類問(wèn)題，能修復(fù)的嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)，不能修復(fù)或修復(fù)后質(zhì)量性能降低的，要更換新件。②盾構(gòu)的前盾、中盾和盾尾，主要是解決磨損和變形問(wèn)題。③設(shè)備橋和后配套臺(tái)架，主要解決變形和銹蝕問(wèn)題。掘進(jìn)機(jī)的主結(jié)構(gòu)、盾體和后配套臺(tái)架需要多次拆裝，有效防止拆卸過(guò)程中的變形尤為重要，研究采用無(wú)損傷拆解工藝，對(duì)提升拆解效率、保證結(jié)構(gòu)安全性、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很有必要。

3)風(fēng)、水、氣、注脂及注漿(豆粒石)以及導(dǎo)向系統(tǒng)等。檢測(cè)、修復(fù)或者更換，必要時(shí)進(jìn)行性能提升。

4)其他主要設(shè)備、部件。如盾構(gòu)的人艙、管片安裝機(jī)、螺旋輸送機(jī)等，TBM的混凝土噴射系統(tǒng)等。對(duì)于需要跨地區(qū)施工作業(yè)的盾構(gòu)，除刀盤刀具需要根據(jù)地質(zhì)適應(yīng)性進(jìn)行改造外，當(dāng)管片分度變化時(shí)，還需對(duì)推進(jìn)油缸位置進(jìn)行改造。

5)再制造TBM，還需重點(diǎn)關(guān)注以下方面:①針對(duì)特定的地質(zhì)條件，選擇基本與該工程相適應(yīng)的廢舊TBM來(lái)源;②針對(duì)特定隧道的地質(zhì)條件和斷面設(shè)計(jì)，確定開挖直徑，以此決定刀盤、護(hù)盾、撐靴等部件是否具備在原有基礎(chǔ)上修復(fù)改進(jìn)投入使用的可能性，不滿足則只能新造;③支護(hù)系統(tǒng)是TBM順利施工的重要輔助措施，再制造過(guò)程中需要予以一定的重視。

6)防護(hù)和表面涂裝。按照清洗、除銹、拆檢校正、組裝、噴漆的順序?qū)λ薪Y(jié)構(gòu)件進(jìn)行整修后涂裝，保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。再制造前后的螺旋輸送機(jī)如圖3和圖4所示。

圖3 再制造前的螺旋輸送機(jī)Fig.3 Screw conveyor before remanufacturing

圖4 再制造后的螺旋輸送機(jī)Fig.4 Remanufactured screw conveyor

4.3 切實(shí)把握好使用、維修與再制造各環(huán)節(jié)的技術(shù)關(guān)鍵

裝備再制造是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及其全壽命周期各個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于裝備設(shè)計(jì)制造商來(lái)說(shuō)，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就需要充分考慮產(chǎn)品維護(hù)以及采用包括再制造在內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)對(duì)報(bào)廢產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和再造，從而使產(chǎn)品性能和價(jià)值得以延續(xù)。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，要抓好以下幾個(gè)環(huán)節(jié):

1)使用階段。①要做好新購(gòu)設(shè)備全過(guò)程測(cè)試數(shù)據(jù)的積累，包括新機(jī)出廠前各系統(tǒng)測(cè)試原始記錄、出廠驗(yàn)收資料，進(jìn)場(chǎng)組裝調(diào)試、始發(fā)前的評(píng)估，掘進(jìn)過(guò)程中的評(píng)估測(cè)試記錄(可能是多次)，項(xiàng)目掘進(jìn)完成前的狀態(tài)評(píng)估檢測(cè)等基礎(chǔ)資料。②使用中必須保證主驅(qū)動(dòng)各類油脂的正常潤(rùn)滑使用;定期進(jìn)行液壓系統(tǒng)油水檢測(cè)，判斷液壓系統(tǒng)磨損狀況;定期檢查并分析主驅(qū)動(dòng)、減速箱油液，判斷主軸承、齒圈、小齒輪、減速箱的磨損情況。③密切注意設(shè)備的震動(dòng)情況(尤其是TBM)。一般情況下軸承發(fā)生故障時(shí)，其震動(dòng)和噪聲會(huì)明顯增大，應(yīng)及時(shí)處理以避免引起其他部件嚴(yán)重?fù)p壞。④定期檢查主驅(qū)動(dòng)狀況。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)使用3～4 km后要檢查主驅(qū)動(dòng)環(huán)件和外密封的磨損情況，必要時(shí)更換或調(diào)整位置。

2)存放階段。設(shè)備停用期間要切實(shí)做好防水、防銹及潤(rùn)滑工作，定期維護(hù)保養(yǎng)。有條件時(shí)定期旋轉(zhuǎn)主驅(qū)動(dòng)，防止軸承在一個(gè)位置長(zhǎng)時(shí)間靜置造成腐蝕;電氣元件要保持干燥，有條件時(shí)要保持低壓通電的狀態(tài)，防止電氣元件受潮損壞或絕緣破壞;對(duì)于長(zhǎng)期存放的設(shè)備，其橡膠件要做適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，防止老化。

3)維修或再制造階段。設(shè)備需要整機(jī)維修或者再制造時(shí)，應(yīng)入廠維修再制造。入廠后，要進(jìn)行全面清洗、檢測(cè)、評(píng)估，判明設(shè)備實(shí)際機(jī)況，制訂詳細(xì)的修復(fù)和再制造方案，此階段要把握好以下幾個(gè)方面:

①高度重視再制造關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用。要深入開展自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)技術(shù)研究，建立行之有效的質(zhì)量控制技術(shù)體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，使再制造產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

②重視新技術(shù)、新材料在零部件修復(fù)中的運(yùn)用。如納米熱噴涂技術(shù)、納米電刷鍍技術(shù)、金屬材料表面自身納米化和納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)等。

③處理好設(shè)備性能恢復(fù)與提升改進(jìn)的關(guān)系。設(shè)備再制造必須是對(duì)設(shè)備的全面維修和性能、機(jī)況的恢復(fù)。同時(shí)，要特別注意用先進(jìn)技術(shù)和零部件替代老舊技術(shù)和零部件。a)控制系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)。尤其是PLC控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)成果。例如:維爾特TB880E在修理過(guò)程中由于工期緊，未及時(shí)更換控制系統(tǒng)，致使掘進(jìn)過(guò)程中頻繁發(fā)生故障，零部件購(gòu)買周期長(zhǎng)而且很困難，對(duì)施工影響較大。b)保障設(shè)備安全的功能。某臺(tái)進(jìn)口盾構(gòu)購(gòu)買時(shí)僅考慮中標(biāo)區(qū)間的地質(zhì)情況，未配置HBW油脂系統(tǒng)，使用證明這一功能的缺失對(duì)設(shè)備安全很不利，在維修再制造時(shí)增加了一套HBW油脂泵和相應(yīng)的油脂管路(如圖5所示)，以便更好地保障設(shè)備安全、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。c)提高工作效率、減少無(wú)謂消耗、降低成本。如早期購(gòu)買的小松盾構(gòu)主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)采用2臺(tái)(套)小油脂泵(如圖6所示)，油脂消耗量很大、使用不便，采用一臺(tái)如圖5所示的大油脂泵注脂就能有效解決這一問(wèn)題。小松盾構(gòu)同步注漿系統(tǒng)采用的舊注漿泵故障高、效率低，已經(jīng)淘汰，目前均用施維英注漿泵替代。另外，在以往的盾構(gòu)設(shè)計(jì)中，泡沫系統(tǒng)常常采用單泵多路，使用中此種結(jié)構(gòu)型式易產(chǎn)生泡沫管路堵塞，采取單管單泵替代一管多路，期望有效防止管路堵塞，切實(shí)做好渣土改良。

然而，在設(shè)備性能提升上要防止盲目攀比，過(guò)分強(qiáng)調(diào)能力儲(chǔ)備而不注重管理和使用。如當(dāng)跨地區(qū)使用時(shí)，需要根據(jù)地質(zhì)適應(yīng)性，對(duì)刀盤刀具進(jìn)行改造，也可能需要增加設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率、扭矩等，但不能為提高設(shè)備的技術(shù)參數(shù)(即儲(chǔ)備系數(shù))、降低管理和使用標(biāo)準(zhǔn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。對(duì)于屬于廠家設(shè)計(jì)制造習(xí)慣產(chǎn)生的不同結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動(dòng)方式等，則不宜改造。如維爾特TBM采用內(nèi)外凱氏機(jī)架、X型支撐方式，而海瑞克、羅賓斯采用主大梁、油缸水平支撐方式;一些廠家喜歡采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，另一些廠家則喜歡采用電驅(qū)動(dòng)方式。再制造沒(méi)有必要將電驅(qū)動(dòng)方式改為液壓驅(qū)動(dòng)方式，反之亦然。

④要有足夠的整機(jī)調(diào)試時(shí)間，通過(guò)反復(fù)調(diào)試測(cè)試隧道掘進(jìn)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的功能和動(dòng)作，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

4.4 隧道掘進(jìn)機(jī)再制造良性發(fā)展的促進(jìn)措施

1)加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，提高公眾對(duì)再制造產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)。從消費(fèi)者層面來(lái)看，再制造尚未得到廣泛的社會(huì)認(rèn)同。調(diào)查顯示，非常了解汽車零部件再制造的人只占受調(diào)查人數(shù)的10%，而完全不了解的人占到受調(diào)查人數(shù)的45%，不少人對(duì)再制造產(chǎn)品持懷疑甚至否定態(tài)度。筆者贊同美國(guó)再制造專家“只有讓生產(chǎn)者和消費(fèi)者樹立起對(duì)再制造的正確認(rèn)識(shí)，才能真正夯實(shí)再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)”的觀點(diǎn)。

2)需盡快制訂再制造生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和再制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。一般要求，再制造產(chǎn)品的性能不低于原型機(jī)。如何選擇新購(gòu)、修復(fù)、再制造3種設(shè)備配置方式，需要設(shè)備制造和使用企業(yè)對(duì)再制造產(chǎn)品有一個(gè)正確、全面、清晰的認(rèn)識(shí)。要緊密跟蹤摸索掘進(jìn)機(jī)部件磨損規(guī)律和修復(fù)技術(shù)，進(jìn)一步研究無(wú)損檢測(cè)、無(wú)損拆解技術(shù)，零部件清洗技術(shù)以及表面修復(fù)技術(shù)，廢舊產(chǎn)品失效機(jī)制及再制造性評(píng)價(jià)技術(shù)等再制造關(guān)鍵技術(shù)。要通過(guò)隧道掘進(jìn)機(jī)再制造，總結(jié)并建立相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而發(fā)展為行業(yè)甚至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)隧道掘進(jìn)機(jī)再制造良性發(fā)展。

3)合理確定再制造產(chǎn)品的質(zhì)保。從我國(guó)使用進(jìn)口再制造盾構(gòu)和TBM的實(shí)際情況看，再制造隧道掘進(jìn)機(jī)質(zhì)量良莠不齊，無(wú)論是地質(zhì)適應(yīng)性還是完好率和使用壽命與原型機(jī)差距甚大。由于沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和方法，難以全面檢測(cè)國(guó)外公司出售的再制造產(chǎn)品的性能和參數(shù)，不能準(zhǔn)確掌握其與新機(jī)的差異，既不利于使用和維修保養(yǎng)，也無(wú)法準(zhǔn)確判斷其價(jià)值，用戶往往吃啞巴虧。廠家要對(duì)再制造產(chǎn)品的質(zhì)保和壽命周期進(jìn)行擔(dān)保，給用戶吃“定心丸”。有些廠商的做法值得推廣，如三一重工承諾，對(duì)再制造泵車提供3～12個(gè)月免費(fèi)保修服務(wù)，終生提供維修服務(wù)。因此，再制造企業(yè)要對(duì)提供的再制造設(shè)備各個(gè)系統(tǒng)的性能參數(shù)的實(shí)測(cè)值與原型機(jī)進(jìn)行比較，保質(zhì)期和質(zhì)保標(biāo)準(zhǔn)不低于新品原型機(jī)。

4)設(shè)備使用企業(yè)要舍得投入，引領(lǐng)隧道掘進(jìn)機(jī)再制造事業(yè)發(fā)展。再制造業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的說(shuō)法:“再制造產(chǎn)品是新品，不是修理品，不是二手產(chǎn)品。”一般要求投入設(shè)備原值50%，再制造產(chǎn)品性能達(dá)到或超過(guò)原型新機(jī)。以筆者多年從事設(shè)備管理和維修的經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)以大修(項(xiàng)修)標(biāo)準(zhǔn)投入的設(shè)備修理費(fèi)一般占設(shè)備原值的1/6～1/4，若按此投入進(jìn)行所謂的“再制造”，將不可能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。然而，一臺(tái)地鐵盾構(gòu)原值動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)元，如果按照50%投入進(jìn)行再制造將是一個(gè)巨大的數(shù)值，對(duì)于設(shè)備使用企業(yè)將是不小的負(fù)擔(dān)。恢復(fù)和提升設(shè)備性能進(jìn)行再制造，如何投入才能達(dá)到這一要求，需在實(shí)踐中進(jìn)一步探索和總結(jié)。

5)要樹立協(xié)作觀念。再制造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到研發(fā)與設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)、銷售、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)再制造企業(yè)的綜合能力有非常高的要求。工程機(jī)械的通用部件都是由專業(yè)化的企業(yè)配套生產(chǎn)的，所以工程機(jī)械整機(jī)再制造僅靠單個(gè)企業(yè)做，既不可能，也不經(jīng)濟(jì)。要努力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)集群，高度重視再制造企業(yè)產(chǎn)品布局、營(yíng)銷模式和物流體系建設(shè)。如利用現(xiàn)有的銷售服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建立以舊換新的回收模式，加強(qiáng)再制造企業(yè)之間的分工與戰(zhàn)略合作，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)等。

6)要重視外觀質(zhì)量。再制造產(chǎn)品雖然不是新造產(chǎn)品，但也要特別注意外觀形象，要牢固樹立內(nèi)在性能與外觀形象同樣重要的理念，按照新機(jī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行表面涂裝。一般的工廠就是購(gòu)買原材料進(jìn)行加工，然后再把產(chǎn)品賣給客戶，而再制造需要對(duì)舊件進(jìn)行鑒別、拆卸、清洗、除銹等環(huán)節(jié)，才能進(jìn)行下一步正常工廠的操作。因此，業(yè)內(nèi)專家提出:“相對(duì)于一般工廠新制產(chǎn)品，再制造行業(yè)操作起來(lái)更復(fù)雜，因?yàn)樗喈?dāng)于在同時(shí)運(yùn)營(yíng)兩個(gè)工廠。”

5 結(jié)論與討論

我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)之一就是大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)。如前所述，到2020年僅中鐵系統(tǒng)將保有盾構(gòu)500多臺(tái)，TBM數(shù)十臺(tái)，隨著設(shè)備逐步進(jìn)入“老齡化”階段，再制造顯得越來(lái)越重要和迫切。

在進(jìn)行設(shè)備大修時(shí)，一般對(duì)于檢測(cè)合格的管線和零部件，如液壓油管、電氣線路和零部件等可不予更換，而再制造產(chǎn)品的外觀要求等同于新機(jī)，隧道掘進(jìn)機(jī)包括主機(jī)和后配套拖車等，各種管線和零部件數(shù)量巨大，如何解決檢測(cè)合格且繼續(xù)使用的管線和零部件的外觀質(zhì)量也需研究和探討。

再制造產(chǎn)品是以廢舊機(jī)電產(chǎn)品為原料，省去了由采礦到冶煉、成型加工等許多工序，新產(chǎn)品制造過(guò)程中造成的環(huán)境污染，同時(shí)能夠極大地節(jié)約能源，減少溫室氣體排放。發(fā)達(dá)國(guó)家工程機(jī)械先進(jìn)企業(yè)的利潤(rùn)有17%來(lái)自于再制造領(lǐng)域，而我國(guó)才剛剛開始，大力推進(jìn)國(guó)內(nèi)隧道掘進(jìn)機(jī)維修、再制造是綠色環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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