全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

孫富森

（廣西機(jī)械工業(yè)研究院有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000）

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，許多先進(jìn)技術(shù)都被應(yīng)用到了工業(yè)領(lǐng)域中來。在我國當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)械制造業(yè)始終是不可缺少的一部分。通過對(duì)機(jī)械行業(yè)進(jìn)行深入分析可知，當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入自動(dòng)化階段，其中自動(dòng)機(jī)械設(shè)備是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的關(guān)鍵所在。當(dāng)前在我國許多大中型企業(yè)中，已廣泛應(yīng)用了全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備，在全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備中，高壓水射流技術(shù)是其中較為先進(jìn)的一種技術(shù)手段，高壓水射流技術(shù)相比于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備而言具有許多優(yōu)勢(shì)，如自動(dòng)化程度高、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，高壓水射流技術(shù)主要涉及了兩大技術(shù)方向，即射流能量控制和射流形狀控制技術(shù)。在當(dāng)前高壓水射流技術(shù)具體應(yīng)用過程中，主要以水為介質(zhì)進(jìn)行壓力輸送、混合、冷卻以及切割等過程，同時(shí)，通過運(yùn)用這種方式進(jìn)行機(jī)械制造過程也可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，受到了工業(yè)企業(yè)單位的高度關(guān)注和重視。

1 全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)

在我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，高壓水射流技術(shù)清洗技術(shù)的使用越來越普遍，其中在制糖、化工、造紙、玻璃生產(chǎn)、機(jī)械生產(chǎn)等領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯，高壓水射流清洗技術(shù)是通過高壓水柱對(duì)物體表面進(jìn)行噴射，對(duì)物體表面及內(nèi)部的污垢及殘留物都可以有效的清除，而不會(huì)損壞物體組織和結(jié)構(gòu)，高壓水射流清洗對(duì)被清洗物不會(huì)造成二次污染，同時(shí)對(duì)不同形狀物體的清洗效果顯著，高壓水射流技術(shù)具有較高的安全性，操作安全可靠，設(shè)備維修、操作使用方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)[1]。目前高壓水射流技術(shù)主要用于機(jī)械行業(yè)和食品工業(yè)，由于其自身特點(diǎn)決定了高壓水射流清洗技術(shù)在制糖、化工等行業(yè)應(yīng)用中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及高效節(jié)能效果，具體如下。

在機(jī)械行業(yè)設(shè)備清洗中，高壓水射流在對(duì)機(jī)械設(shè)備的機(jī)械加工方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)及高效節(jié)能效果。高壓射流清洗對(duì)工業(yè)上各種復(fù)雜型面、異型結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行徹底清洗具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和作用，是一種能替代傳統(tǒng)工藝的新型高效清潔技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到石油煉化、石化等行業(yè)。

1.食品工業(yè)：食品加工是以生物化學(xué)為主的過程，其在生產(chǎn)流程中難免會(huì)有一些殘?jiān)z留在設(shè)備及管道中，這就需要利用相應(yīng)技術(shù)來清除食品中殘留殘?jiān)黐2]。而采用水射流清洗機(jī)的原理是利用射流量大于液體流動(dòng)速度與壓強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊力，可以將殘留物完全沖掉。

2.石油煉化：是通過改變?cè)徒M成來達(dá)到提高汽油質(zhì)量的目的。而在使用高壓水射流清洗進(jìn)行油污處理時(shí)，首先需要根據(jù)油污性質(zhì)制定相應(yīng)解決方案；然后根據(jù)油污特性來確定相應(yīng)解決方案；之后利用高壓水射流清洗機(jī)來進(jìn)行清理工作；再通過一定設(shè)備進(jìn)行清理作業(yè)之后，就可以完成油處理過程。

3.機(jī)械工業(yè)：在機(jī)械行業(yè)中運(yùn)用過此項(xiàng)技術(shù)后，其可以對(duì)各種復(fù)雜型面、異型結(jié)構(gòu)的機(jī)件進(jìn)行徹底清洗，達(dá)到理想效果。

2 全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備與高壓水射流技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)工作中的具體應(yīng)用

2.1 在玻璃生產(chǎn)中的具體使用方法

玻璃切割設(shè)備通常是在使用高壓水射流切割技術(shù)時(shí)使用的，例如：在玻璃生產(chǎn)中，可以采用水射流來對(duì)板材進(jìn)行切割，從而實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，如果玻璃企業(yè)中的材料較為昂貴且種類較多，還可以采用水射流來對(duì)大型板材進(jìn)行切割。水射流的使用主要是針對(duì)那些具有較高工藝要求并且具有較高生產(chǎn)效率和高質(zhì)量特點(diǎn)的大型板式加工設(shè)備。如果該行業(yè)需要大量生產(chǎn)、需要進(jìn)行批量制造或者是需要進(jìn)行大面積處理的情況下，則可以采用水射流來對(duì)大型板材進(jìn)行切割。此外，由于玻璃是一種非晶態(tài)物質(zhì)，因此在加工過程中也可以對(duì)其進(jìn)行處理，比如在玻璃切割過程中，采用高壓水射流來對(duì)其進(jìn)行切割加工時(shí)，能夠達(dá)到十分理想的效果[3]。根據(jù)玻璃廠的生產(chǎn)工作實(shí)際需要，通過技術(shù)改造，把機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)結(jié)合起來，形成一套完整的自動(dòng)生產(chǎn)線，主要工作流程包含以下幾個(gè)方面：

1.機(jī)械設(shè)備的改造：由于玻璃生產(chǎn)線中有各種不同型號(hào)、不同規(guī)格的設(shè)備，為了更好地適應(yīng)各種不同型號(hào)、不同規(guī)格的玻璃生產(chǎn)，需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行改造，將機(jī)械設(shè)備由原來的手動(dòng)控制方式改造為自動(dòng)控制方式，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造：主要包括自動(dòng)上下料系統(tǒng)、自動(dòng)噴吹系統(tǒng)、自動(dòng)控制和顯示系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的效果。

3.高壓水射流技術(shù)在玻璃廠中應(yīng)用：傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線采用的是人工操作方式，工人操作不方便，勞動(dòng)強(qiáng)度大；采用高壓水射流技術(shù)后，采用機(jī)械設(shè)備帶動(dòng)高壓泵工作，工人在控制室中根據(jù)要求控制和調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行即可；另外通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)可隨時(shí)觀察到設(shè)備運(yùn)行情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障。

4.自動(dòng)化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線采用手動(dòng)控制方式，工人在控制室中根據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行狀況，勞動(dòng)強(qiáng)度大；采用高壓水射流技術(shù)后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過程；另外通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)和高壓水射流技術(shù)相結(jié)合可對(duì)生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)記錄、處理和顯示[4]。傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)線人工操作方式存在的不足主要表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)漏料、漏玻璃現(xiàn)象；采用高壓水射流技術(shù)后可以有效避免出現(xiàn)漏料、漏玻璃現(xiàn)象，同時(shí)可以減少生產(chǎn)過程中能源消耗。

2.2 在制糖、化工領(lǐng)域列管式加熱器清洗工作中的使用

針對(duì)制糖、化工等領(lǐng)域存在的列管式加熱器用高壓水射流進(jìn)行清洗時(shí)，普遍采用人工操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，清罐質(zhì)量不佳，存在較大的安全生產(chǎn)隱患等問題，研發(fā)一套特種高壓清洗機(jī)器人智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)清罐不需要人工直接操作高壓水管，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提升清洗質(zhì)量、保障員工安全。關(guān)鍵技術(shù)涉及關(guān)節(jié)式機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。本項(xiàng)目解決的主要關(guān)鍵技術(shù)有：第一，分析特種高壓清洗機(jī)器人在糖廠、化工、冶金等行業(yè)工作時(shí)遇到的各種特殊環(huán)境導(dǎo)致影響機(jī)器人正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵原因和參數(shù)，并根據(jù)調(diào)查分析的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，最終研發(fā)出關(guān)節(jié)式高壓清洗機(jī)器人使上述問題得到解決。第二，解決原高壓清洗機(jī)器人在客戶處實(shí)施時(shí)必須新開人孔的問題，通過使用關(guān)節(jié)式機(jī)器人技術(shù)，取消了導(dǎo)軌滑塊，齒輪齒條，主機(jī)和傳動(dòng)臂沒有直接的機(jī)械傳動(dòng)關(guān)系，只是作為一個(gè)固定連接，可以使主機(jī)和傳動(dòng)臂分開進(jìn)行入罐，保證了設(shè)備的小型化、模塊化[5]。第三，解決清洗機(jī)器人的電控系統(tǒng)在高溫高濕蒸發(fā)罐內(nèi)容易進(jìn)水導(dǎo)致設(shè)備頻繁故障的問題，將各類控制元件罐外放置（PLC、驅(qū)動(dòng)器等），使原先容易因水氣浸泡的電器遠(yuǎn)離故障源，從而消除電氣元件故障，并且強(qiáng)電弱電控制元件隔離安裝，防止相互電磁干擾，保證了運(yùn)行的穩(wěn)定性。（如圖1）

圖1 高壓清洗機(jī)器人

在當(dāng)前高壓水射流相關(guān)應(yīng)用過程中，其關(guān)鍵影響因素是壓力大小和速度快慢的問題，為了實(shí)現(xiàn)水射流系統(tǒng)穩(wěn)定工作，需要確保設(shè)備壓力處于合適狀態(tài)下，當(dāng)高壓水射流在較大壓力下可實(shí)現(xiàn)較高流速的產(chǎn)生，這對(duì)水射流系統(tǒng)影響很小。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和安全性，在該情況下還需結(jié)合不同材質(zhì)進(jìn)行具體分析，此外，在實(shí)際工作過程中如果發(fā)現(xiàn)壓力過高應(yīng)及時(shí)進(jìn)行降低調(diào)節(jié)，從而確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)高壓水射流相關(guān)工藝還需對(duì)噴嘴進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)工作性能。隨著高壓水射流相關(guān)技術(shù)水平的不斷提高及其自身特點(diǎn)的不斷改變，如：流量可調(diào)范圍擴(kuò)大等，在本次項(xiàng)目開展過程中，技術(shù)創(chuàng)新工作方面表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，在高壓清洗領(lǐng)域創(chuàng)新地利用機(jī)器人關(guān)節(jié)臂技術(shù)設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)式高壓清洗機(jī)器人，避免了使用導(dǎo)軌、滑塊、齒輪和齒條等傳動(dòng)形式在特定環(huán)境內(nèi)容易出故障的弊端。第二，在機(jī)器視覺找孔過程中，創(chuàng)新地運(yùn)用了光學(xué)矯正和空間多次定位的方法提高清洗機(jī)器人找孔速度和找空準(zhǔn)確性，并在完成所有孔數(shù)據(jù)的獲取后，通過最優(yōu)擬合算法，對(duì)所有的孔按最優(yōu)路徑進(jìn)行清洗控制。

2.3 在工業(yè)生產(chǎn)焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)焊接領(lǐng)域中，水射流技術(shù)是其中最為重要的一種技術(shù)手段，該領(lǐng)域涉及的高壓水射流壓力范圍較大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)許多金屬材料的高效焊接。高壓水射流焊接技術(shù)，主要是指在高速水流狀態(tài)下，通過射流裝置形成一種能量密度高、焊接質(zhì)量好的新型壓力焊工藝，它廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。在高速水射流條件下，水與金屬之間的碰撞可以產(chǎn)生許多物理和化學(xué)效應(yīng)，因此對(duì)于焊接材料而言具有較大好處，在進(jìn)行高強(qiáng)度、低硬度材料的焊接時(shí)，采用高壓水射流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高效焊接。高壓水射流技術(shù)，主要是通過高速水射流裝置產(chǎn)生的流體壓力來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行切割加工的一種先進(jìn)手段，通過對(duì)大量工業(yè)試驗(yàn)可知，利用高壓水射流技術(shù)可以有效切割出形狀復(fù)雜或者具有一定弧度的工件。在進(jìn)行該工藝處理時(shí)需要根據(jù)實(shí)際要求控制水流量、水流量以及噴嘴壓力等參數(shù)。高壓水射流技術(shù)能夠?qū)δ承┨厥獠牧线M(jìn)行切割加工，如一些金屬材料、非金屬材質(zhì)等，如利用高壓水射流技術(shù)能夠?qū)δ撤N合金材料進(jìn)行切割加工時(shí)，要選擇適當(dāng)?shù)墓β室约皣娮靿毫Φ葏?shù)。因此，使用高壓水射流技術(shù)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際要求選擇相應(yīng)參數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)要求。（如圖2）

圖2 高壓水射流切割金屬件

除此之外，一些較為復(fù)雜的焊接工作，也可采用高壓水射流技術(shù)予以解決。例如，在一些金屬板焊接生產(chǎn)過程中，常常會(huì)遇到板材形狀比較復(fù)雜且厚度較薄等情況，使用傳統(tǒng)辦法很難實(shí)現(xiàn)這一要求，此時(shí)則可以采用高壓水射流技術(shù)進(jìn)行處理。

3 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展過程中，各行各業(yè)對(duì)科技技術(shù)都有著較高的要求，在此情況下高壓水射流技術(shù)作為一種新型的高壓流體動(dòng)力裝置，在我國工業(yè)發(fā)展過程中具有十分重要的作用。目前我國工業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新階段，在此期間高壓水射流技術(shù)必將為我國工業(yè)生產(chǎn)帶來更多優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)際情況進(jìn)行分析可知，該技術(shù)還有著廣闊的發(fā)展空間。