坑道鉆機(jī)涂裝工藝改造及關(guān)鍵技術(shù)分析

龐國(guó)強(qiáng)，　姚寧平，　王敬國(guó)，　王　東，　宋海濤，　宋昱播

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司，陜西 西安　710077)

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坑道鉆機(jī)涂裝工藝改造及關(guān)鍵技術(shù)分析

龐國(guó)強(qiáng)，姚寧平，王敬國(guó)，王東，宋海濤，宋昱播

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司，陜西 西安710077)

為適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)鉆機(jī)涂裝工藝進(jìn)行改造，首先提出適合鉆機(jī)作業(yè)環(huán)境的涂裝參數(shù)，再對(duì)設(shè)備涂裝工藝進(jìn)行改造。分析了改造的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵參數(shù)及對(duì)涂裝設(shè)備的技術(shù)要求，結(jié)合煤礦井下設(shè)備作業(yè)環(huán)境，通過(guò)鉆機(jī)涂裝工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)、涂裝設(shè)備選配設(shè)計(jì)和油漆的檢測(cè)，完善了鉆機(jī)的涂裝工藝并更新了設(shè)備，提高了坑道鉆機(jī)的外觀質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

作業(yè)環(huán)境; 涂裝工藝; 涂裝參數(shù); 涂裝設(shè)備; 檢測(cè)檢驗(yàn)；坑道鉆機(jī)

引　言

近年來(lái)，隨著有實(shí)力的坑道鉆機(jī)生產(chǎn)廠家的增多，客戶不僅要求鉆機(jī)具備良好的性能，同時(shí)對(duì)鉆機(jī)的外觀質(zhì)量也有了更高要求。鉆機(jī)涂裝由手工噴涂逐步走向半機(jī)械化、機(jī)械化進(jìn)程[1-2]。市場(chǎng)坑道鉆機(jī)外觀不僅樣式美觀，視覺(jué)舒適度也更高。

本文結(jié)合煤礦井下設(shè)備作業(yè)環(huán)境需求，提出適合鉆機(jī)作業(yè)環(huán)境的涂裝參數(shù)，通過(guò)分析關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)了改造鉆機(jī)舊的涂裝工藝和涂裝設(shè)備的方案。

坑道鉆機(jī)作為煤礦井下設(shè)備之一，作業(yè)環(huán)境陰暗潮濕、作業(yè)空間窄小。在如此惡劣的環(huán)境里，若將鉆機(jī)的外觀質(zhì)量提高，主要依靠涂裝生產(chǎn)線的改造。改造后新涂裝工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等關(guān)鍵流程，其干式附著力、濕式附著力、耐水性、耐油性及耐沖擊性等鉆機(jī)主要外觀性能均有所提高。

1　煤礦井下設(shè)備作業(yè)環(huán)境與設(shè)備涂裝

1.1煤礦井下設(shè)備作業(yè)環(huán)境

坑道作業(yè)面工況復(fù)雜,受氣候、季節(jié)及地域影響很大,具有作業(yè)分散、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)?？拥雷鳂I(yè)環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響因素主要表現(xiàn)在以下幾方面:

1)陰暗潮濕

通常情況下,作業(yè)坑道內(nèi)光線不足、陰暗潮濕,相對(duì)濕度在50%左右,更有甚者高達(dá)90%。在這種陰暗潮濕的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，設(shè)備容易產(chǎn)生銹蝕。此外,潮濕環(huán)境容易造成設(shè)備外表油漆老化、爆裂、脫落。

2)作業(yè)空間窄小

坑道作業(yè)空間窄小,有的作業(yè)面高度不足3m,寬度不足2m,路面平整度極差,一些設(shè)備的作業(yè)受限?？拥纼?nèi)作業(yè)空間窄小、光線不足,造成操作人員視野受限,容易出現(xiàn)刮蹭、碾壓或碰撞等事故。

3)鉆機(jī)的主要材料幾乎全是鋼板，如果涂裝質(zhì)量不好就會(huì)導(dǎo)致生銹，因此，相應(yīng)的坑道鉆機(jī)需選擇耐水性、耐油性、附著力強(qiáng)，表面強(qiáng)度高及色彩鮮亮的油漆。

1.2鉆機(jī)涂裝參數(shù)的優(yōu)選

鉆機(jī)產(chǎn)品同機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一樣包括結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容。外觀色彩設(shè)計(jì)具有更直觀、更激烈、更誘人的魅力，是造型設(shè)計(jì)中重要的部分。外觀色彩設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的重要組成部分，主要分為：1)色彩的遠(yuǎn)近感；2)色彩的輕重感；3)色彩的冷暖感；4)色彩的軟硬感；5)色彩的興奮感和安靜感。

從事鉆機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員，應(yīng)不斷地培養(yǎng)色彩分類、色彩情感等方面的素養(yǎng)，設(shè)計(jì)出在市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力的鉆機(jī)外觀。

1.2.1涂層厚度要求

參照國(guó)內(nèi)大部分車輛的涂層δ在90～120μm之間，例如：吉利汽車涂層δ約為90μm左右，長(zhǎng)城汽車涂層δ約為120μm左右。以往鉆機(jī)涂層面漆采用硝基漆，附著力、防銹力較差，不適合井下作業(yè)環(huán)境，而鉆機(jī)新型涂層面漆采用聚氨酯烤漆，附著力、防銹力較好，但遮蓋力較車輛漆稍差，且鉆機(jī)零部件材料表面狀況較汽車鈑金差，故涂層厚度高于車輛,δ約為150μm,一般為3層漆，這樣既彌補(bǔ)了該漆遮蓋力較車輛漆差的缺陷，又增強(qiáng)了鉆機(jī)表面附著力、防銹力。

1.2.2涂裝配套設(shè)備基本參數(shù)

鉆機(jī)涂裝配套設(shè)備較多、工藝參數(shù)復(fù)雜，鉆機(jī)噴漆常用參數(shù)如表1所示。

表1鉆機(jī)涂裝基本條件

參　數(shù)霧罩噴漆定色l(噴槍)/cm20～2515～20涂裝次數(shù)/次13空氣壓力/MPa0．15～0．200．15～0．20出漆量/圈數(shù)2～2．52～2．5噴幅/圈數(shù)22

2　鉆機(jī)涂裝工藝改造

鉆機(jī)新涂裝工藝流程：前處理→檢查→遮蔽→清潔→添加固化劑→霧罩噴涂→第1次定色噴涂→閃干→第2次定色噴涂→閃干→第3次定色噴涂→確認(rèn)著色情況，如果沒(méi)有著上色，重復(fù)定色噴涂和閃干[3]。

鉆機(jī)舊涂裝工藝流程：前處理→清洗油污→膩?zhàn)有扪a(bǔ)→清洗油污→晾干→噴漆2次。

上述兩種工藝通過(guò)對(duì)比可知，新工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等流程，檢查是從作業(yè)環(huán)節(jié)控制涂裝質(zhì)量，遮蔽是避免不同顏色漆的噴漏現(xiàn)象發(fā)生，3次定色噴涂是為防止1次噴涂過(guò)量造成流漆現(xiàn)象發(fā)生。

3　涂裝設(shè)備選配

鉆機(jī)涂裝主要設(shè)備包括：機(jī)械打磨除銹設(shè)備、螺桿式空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、冷凍式空氣干燥機(jī)、壓送式噴槍及多點(diǎn)檢測(cè)報(bào)警器等。噴槍與儲(chǔ)氣罐的性能好壞直接影響到鉆機(jī)表面涂裝質(zhì)量，而現(xiàn)有的鉆機(jī)涂裝車間噴槍及儲(chǔ)氣罐老舊，無(wú)冷凍式空氣干燥機(jī)及多點(diǎn)檢測(cè)報(bào)警器等，造成噴漆過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生氣壓不穩(wěn)或斷氣現(xiàn)象，且噴漆房易燃?xì)怏w超標(biāo)時(shí)有發(fā)生，故對(duì)其進(jìn)行升級(jí)，涂裝空壓機(jī)房設(shè)備示意圖如圖1所示。

圖1　涂裝空壓機(jī)房設(shè)備示意圖

3.1噴槍與儲(chǔ)氣罐配置

噴槍的選擇原則一般為性價(jià)比、霧化效果及耐用程度?，F(xiàn)有噴槍霧化效果比較差，壽命短，影響噴漆效率和質(zhì)量。因坑道鉆機(jī)噴漆件主要由鈑金件和結(jié)構(gòu)件為主，表面復(fù)雜，加工質(zhì)量比較差。因此購(gòu)置霧化效果好，耐用程度高的噴槍對(duì)鉆機(jī)表面質(zhì)量提高至關(guān)重要。細(xì)管噴槍主要用于設(shè)備狹窄夾縫處的噴漆，上壺噴槍主要用于鉆機(jī)裝配后局部補(bǔ)漆，下壺噴槍主要用于大面積的底漆、面漆噴漆。

壓縮空氣在涂裝工藝中有著非常重要的作用，噴涂所需的壓縮空氣的清潔度要達(dá)到無(wú)油、無(wú)塵、水分含量極少的要求。儲(chǔ)氣罐選型合適與否，直接影響了油漆的附著力，鉆機(jī)表面會(huì)出現(xiàn)痱粒等表面缺陷。

原工藝中儲(chǔ)氣罐容量太小，約0.6m3，而新的空壓機(jī)3m3/min，明顯不匹配，影響空壓機(jī)壽命和噴漆效果，措施是更換大容量的儲(chǔ)氣罐，約1.5m3。

儲(chǔ)氣罐的選擇包括額定工作壓力和容積的選擇，螺桿式空氣壓縮機(jī)的最高輸出壓力為0.8MPa，因此選擇額定工作壓力為1.0MPa的儲(chǔ)氣罐，留有一定余量。

儲(chǔ)氣罐的容積選擇計(jì)算：

根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)在最大耗氣量下工作時(shí)間來(lái)確定儲(chǔ)氣罐的容積V[4]：

(1)

式中：qmax為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量,L/min；qsa為氣動(dòng)系統(tǒng)的平均耗氣量,L/min；pa為大氣壓力,pa為0.1MPa；p為氣動(dòng)系統(tǒng)的使用壓力，MPa；t'為氣動(dòng)系統(tǒng)在最大耗氣量下的工作時(shí)間，s。

噴槍數(shù)量1～4把，每把噴槍耗氣量為200L/min，使用壓力為0.6MPa，氣動(dòng)系統(tǒng)在最大耗氣量下的工作t為1800s。

當(dāng)4把噴槍同時(shí)工作時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)的耗氣量最大：

qmax=200×4=800L/min

當(dāng)1把噴槍工作時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)的耗氣量最?。?/p>

qmin=200×1=200L/min

平均耗氣量：

把qmax、qsa、pa、p、t代入公式(1)

求得：V≥1500L；即計(jì)算出儲(chǔ)氣罐的容積不小于1500L。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選擇容積為1500L，壓力為1.0Mpa的儲(chǔ)氣罐。

4　檢測(cè)檢驗(yàn)

4.1油漆的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、方法及性能

結(jié)合實(shí)際，選擇操作易行符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)方法，進(jìn)行油漆選型試驗(yàn)，與鉆機(jī)同材質(zhì)的樣片[5-6]。我國(guó)將涂膜的干燥過(guò)程分作表面干燥和實(shí)際干燥兩個(gè)階段。本次試驗(yàn)樣片與產(chǎn)品同等條件下加工，需要完全干燥后標(biāo)記序號(hào)、名稱、檢測(cè)項(xiàng)目，每一項(xiàng)檢測(cè)至少需要3個(gè)樣片，新工藝試樣完全干燥需要7天時(shí)間，舊工藝試樣完全干燥需要6天時(shí)間，選型試驗(yàn)遵循標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2油漆涂層試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)方法性能GB/T9286?1998劃格法干式附著力GB/T9286?1998劃格法濕式附著力GB/T1733?93/耐水性GB/T9274?88/耐油性GB/T1732?93/沖擊性

4.2檢測(cè)結(jié)果

鉆機(jī)新、舊涂裝工藝及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)變更后，涂層干式附著力、濕式附著力、耐水性、耐油性及耐沖擊性等性能均有所提高[7-8]，測(cè)試報(bào)告如表3所示,涂裝樣機(jī)如圖2所示。

表3新舊涂層測(cè)試報(bào)告

項(xiàng)目名稱新工藝舊工藝干附著力/級(jí)12濕附著力(耐水24h)/級(jí)2級(jí)3級(jí)耐水性(24h)無(wú)變色、無(wú)起泡、無(wú)發(fā)軟、無(wú)脫落輕微變色、無(wú)起泡、無(wú)發(fā)軟、部分脫落耐油性(長(zhǎng)城卓力46#3d)無(wú)變色、無(wú)起泡、無(wú)發(fā)軟、無(wú)脫落無(wú)變色、無(wú)起泡、無(wú)發(fā)軟、無(wú)脫落沖擊性50cm通過(guò)30cm通過(guò)試驗(yàn)結(jié)論新工藝性能優(yōu)于舊工藝

圖2　樣機(jī)新舊涂裝對(duì)比圖

在涂裝生產(chǎn)線改造期間，編制了鉆機(jī)涂裝工藝技術(shù)規(guī)范、檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)、《鉆機(jī)表面涂裝工藝》及《鉆機(jī)噴涂檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)(試行)》文件2套。

5　結(jié)　論

結(jié)合煤礦設(shè)備井下作業(yè)環(huán)境，通過(guò)系統(tǒng)的分析、計(jì)算，并成功的對(duì)涂裝空壓機(jī)房進(jìn)行了升級(jí)改造，配備了穩(wěn)定可靠的噴漆設(shè)施硬件系統(tǒng)；且對(duì)涂裝工藝進(jìn)行改造。新工藝增加了檢查、遮蔽及3次定色噴涂等關(guān)鍵流程。通過(guò)試驗(yàn)表明，改造后設(shè)備表面涂裝性能均有所提高，上述工藝及硬件系統(tǒng)的改造為關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用新技術(shù)完成了分體式、履帶式2大類機(jī)型共30臺(tái)(套)鉆機(jī)的涂裝，鉆機(jī)的表面質(zhì)量得到明顯提高，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了增強(qiáng)，使鉆機(jī)噴涂工作上了一個(gè)新的臺(tái)階。

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Reform and Key Technology Analysis of the Coating Process for Tunnel Drilling Rig

PANG Guoqiang，YAO Ningping，WANG Jingguo，WANG Dong,SONG Haitao，SONG Yubo

(China Coal Technology & Engineering Group Xi'an Research Institute，Xi'an 710077，China)

In order to adapt to market competition,reform of the coating process for drilling rig was carried out.Firstly,coating parameters suitable for the working environment of drilling rigs were proposed.And then the coating process was modified.In this paper,key technologies and key parameters of the reform and the technical requirements of the coating equipments were analyzed.Combining with the working environment of coal mine equipment and through the improvement design of the drilling rig coating process,matching design of the coating equipments as well as the paint testing,coating process for drilling rig was improved,equipments were updated,and the appearance quality along with the market competitiveness of tunnel drilling rig was raised.

working environment; coating process; coating parameter; coating equipment; checking and inspection；tunnel drilling rig

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.10.009

2016-05-26

2016-07-15

TQ639

B