超高壓水切割機(jī)

高壓水射流技術(shù)逐漸形成了以下幾類專業(yè)產(chǎn)品:數(shù)控超高壓水切割機(jī)、系列高壓清洗機(jī)(線)、超高壓大功率水射流成套設(shè)備、清洗類的微小型(含熱水)清洗機(jī)等，除此之外，高壓水射流技術(shù)輔助設(shè)備及應(yīng)用發(fā)展得很快，如鉆采工具、推進(jìn)工具、挖(吸)泥工具等。

超高壓水切割機(jī)又稱"水刀"，我國存上世紀(jì)90年代后期開發(fā)的產(chǎn)品，不到10年，目蒔已經(jīng)擁有10多家制造企業(yè)，年產(chǎn)量800臺，產(chǎn)值約2億元人民幣，這一數(shù)據(jù)在美國也是令人生畏的。

水切割機(jī)產(chǎn)品的工作壓力大都在250~330MPa之間，數(shù)控、伺服電機(jī)驅(qū)動，主機(jī)為增壓器和超高壓泵兩種形式。由于超高壓的緣故，高壓承壓件、噴嘴、閥與密封一直是其產(chǎn)品可靠性的攻關(guān)對象，與國外專業(yè)公司的合作極大地促進(jìn)了這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雖說水切割的最大優(yōu)勢是對材料的無選擇性，即它可以切割任何一種材料，但由于運(yùn)行成本、切割工藝及質(zhì)量等諸多因素，我國的水切割及其產(chǎn)品主要用于石材、玻璃等非金屬件的切割，因為一般的金屬板材切割可采用傳統(tǒng)工藝，無需講究切縫質(zhì)量，又很省錢。

水切割作為一種冷態(tài)切割工藝，它不會破壞材料內(nèi)部組織，因此適用于貴重金屬板材的切割，對此，我國已在炮彈切割處廢、核島容器復(fù)合材料切割作業(yè)中有所作為，而水切割主要應(yīng)用在非金屬板材切割，市場現(xiàn)狀使其無斷點(diǎn)切割和切縫無需_二次加工的特點(diǎn)發(fā)揮到了極致，作為產(chǎn)品，磨料射流切割尚處在小功率機(jī)組(大約在15~22kW)范圍，流量在2~31L/min，切割平臺則應(yīng)市場要求最大尺寸達(dá)到了4×2.5m。

顯然，金屬切割將成為超高壓水切割的新的應(yīng)用目標(biāo)，這就需要工作壓力不低于400MPa，而且最好以純水射流切割用于貴重金屬薄板作業(yè)。純水射流切割最大的優(yōu)點(diǎn)是切縫更窄、切割精度更高，而且能鉆出微小孔。增壓器欲可靠地將300MPa壓力提升到400MPa以上，必須加強(qiáng)對超高強(qiáng)度材料與工藝的研究應(yīng)用，要使所用材料常規(guī)化，才能使這一技術(shù)不停留在實驗室里。純水射流要擺脫磨料和磨料噴嘴的束縛，除研究更高壓力源的可靠性以外，還需研究超高壓空化射流的產(chǎn)生與作用，以期盡可能地使低壓力的純水射流形成良好的切割功能。

金屬切割的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域是在線切割，即在有害有毒等危險的現(xiàn)場(如石化、煤油裝置)切割罐槽、管道，由此產(chǎn)生了靠軌切割裝置，像機(jī)器人等。還有一個被忽視的作業(yè)方式就是最簡單而又最難實現(xiàn)的人工手持切割，它隨意性強(qiáng)、用途十分廣泛，但由于不定的靶距和震動等因素，需要借助輔助手段才能達(dá)到頹期效果。

大功率的增壓器也是水切割技術(shù)繼續(xù)解決的問題，我國已有這類產(chǎn)品間世，但超高壓和大功率這對矛盾加之可靠性的要求，300MPa、55--130kW以上的產(chǎn)晶仍是個瓶頸。這種產(chǎn)品可以帶動多切割頭作業(yè)，也可以實現(xiàn)更大流量空化射流的切割工程。流量大就不怕浪費(fèi)，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就要求簡單，也容易實現(xiàn)空化射流。

我國的高壓水射流技術(shù)就是在上世紀(jì)80年代由高壓清洗機(jī)發(fā)展而來，最初技術(shù)參數(shù)是35MPa、37kW的機(jī)組，已經(jīng)顯示出神奇的功能。現(xiàn)在，國產(chǎn)清洗機(jī)的大路產(chǎn)品是lOOMPa、130kW以內(nèi)的，少有150MPa、160kW甚至更高功率的產(chǎn)品。工業(yè)清洗一直是一個方興未艾的巨大市場，目前，20多家制造商年產(chǎn)量約在3000臺(套)，產(chǎn)值在4

~5億元人民幣。

高壓清洗機(jī)的發(fā)展從泵的可靠性和系列化到重視射流附件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，技術(shù)的成熟性使這類產(chǎn)品的市場有增無減，用途也層出不窮。柴油機(jī)組使清洗機(jī)越來越機(jī)動靈活，可適應(yīng)更大功率。

在現(xiàn)有應(yīng)用的良好基礎(chǔ)上，作為清洗機(jī)用高壓泵應(yīng)當(dāng)在重視進(jìn)水的水質(zhì)處理基礎(chǔ)上，開發(fā)泵速更高的機(jī)型，中、小功率機(jī)組應(yīng)突破500r/min泵速的限制，在500~600r/min之間開發(fā)，這樣，機(jī)型將更小、成本也就更低。泵速的提高要注意解決潤滑和溫升問題。

射流附件一直是制造商想繞叉繞不開的問題，國外技術(shù)的滲入雖創(chuàng)造了新的局面，但由于高壓清洗機(jī)的價位競爭，附件還需立足于自主發(fā)展。溢流型噴槍已經(jīng)廣泛應(yīng)用，只是現(xiàn)有產(chǎn)品還偏于保守，顯得笨重，造型也不盡如人意，要減少承壓件的數(shù)量和尺寸，可通過對非承壓件以塑代鋼，把重量降下來。另外，電開關(guān)噴槍轉(zhuǎn)移了危險點(diǎn)，而啟動溢流閥又容易實現(xiàn)，值得推廣使用。

各類旋轉(zhuǎn)噴頭一直是行業(yè)產(chǎn)品的弱項，其應(yīng)用證明旋轉(zhuǎn)射流遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同等功率的圓柱射流，尤其對大功率機(jī)組更是如此，由于旋轉(zhuǎn)噴頭制造要求高、應(yīng)用成本高，制造商們在萬不得已的情況下是不推薦使用的。因此，它的用量和質(zhì)量還都不如意，除了大功率機(jī)組成本高難以回避使用外，旋轉(zhuǎn)射流尚處在概念階段，其產(chǎn)品也是舶來品。隨著應(yīng)用的成熟，必須加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)噴頭的國產(chǎn)化工作，它不僅是射流技木的革命，更重要的是高壓旋轉(zhuǎn)密封與減速技術(shù)可以帶動相關(guān)成套技術(shù)的進(jìn)步，其中要注視組合噴嘴(頭)的使用。從單一噴嘴元件到組合噴嘴總成也是一個質(zhì)的飛躍，后者的要害是將射流磨損件單獨(dú)以小尺寸制作，既降低成本，叉作為易損件拆換，而且同一個外形尺寸能更換多變工況與形狀的噴嘴，然而這一技術(shù)在國內(nèi)制造業(yè)中并未推廣，因為材料、工藝都要比單一噴嘴復(fù)雜，但這一發(fā)展方向已是廣泛共識。

在高壓清洗機(jī)基礎(chǔ)上依據(jù)專用用途要求完善成套技術(shù)就能夠達(dá)到某種特定功能，如批量刀具油垢、銹垢的清洗，批量軸承油垢的清洗。一項技術(shù)的成套開發(fā)是無止境的，也只有以技術(shù)含量才能贏得更大的市場和利潤空間。

超高壓大功率成套設(shè)備是近年在我國發(fā)展起來的，它之所以區(qū)別高壓清洗機(jī)系列產(chǎn)品，一是參數(shù)特別，一般在150~250MPa、200kW以上甚至是520kW機(jī)組功率，這是一套投資很大的設(shè)備;二是用途特別，如機(jī)場跑道除膠、鋼質(zhì)表面除銹丁程、氧化鋁管道化清除結(jié)疤工程等，作業(yè)難度大、強(qiáng)度大、要求也高，因而成套技術(shù)性就很強(qiáng);三是主機(jī)大都來自歐美原產(chǎn)地，因市場剛開始啟動、技術(shù)含量高、投資成本大，國內(nèi)制造商還不能生產(chǎn)這種大泵機(jī)組，但國內(nèi)進(jìn)行工程的總體設(shè)計、裝備的成套組裝已成為現(xiàn)實。也正是如此，以主機(jī)進(jìn)口、國內(nèi)成套已成為當(dāng)今我國行業(yè)技術(shù)提升的一個有效途徑，它小僅可以極大地降低依賴進(jìn)口的成本，而且很多特別的專用要求是國外也未有經(jīng)驗的，需要我們自己去研究、去嘗試。

提高壓力即提高了作業(yè)的能力，提高流量及提高了作業(yè)的效率，這就是為什么要發(fā)展超高壓大功率水射流機(jī)組的原因。美歐專業(yè)制造商今年的產(chǎn)品發(fā)展方向就是如此。這樣一來，原本通用性的水射流技術(shù)越來越呈現(xiàn)其專用特點(diǎn)，越來越由單一清洗走向工程化，如采用一臺變速泵、超高壓小流蕈可以清除機(jī)場標(biāo)志線，高壓大流量可以快速將機(jī)場跑道除膠;超高壓純水射流機(jī)組引起流量的增大可以進(jìn)行地面鋼質(zhì)表面預(yù)處理，而且附以真空技術(shù)又創(chuàng)造了用水除銹不返銹的奇跡。采用100MPa、300kW以上的泵杌組就可以成套開發(fā)水力破碎設(shè)備，以其沒有應(yīng)力擴(kuò)散，可以隨心所欲地剝除混凝土厚度，叉可以機(jī)器人做執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)任意工作面作業(yè)從事水力破碎路面、橋梁、隧道等工程。氧化鋁管道化和壓煮器等裝備的結(jié)疤現(xiàn)象一直是無法解決的難題，可采用150MPa、200L/min流量的大型泵機(jī)組配備專用多噴嘴噴頭使想象得以實現(xiàn)。超高壓大功率水射流成套設(shè)備的市場很大，在現(xiàn)階段也必須由國際合作才能完成，這就昭示著我們要在成套設(shè)備應(yīng)用基礎(chǔ)上發(fā)展自己的先進(jìn)泵技術(shù)和先進(jìn)成套技術(shù)，唯有這樣，才能以更低的成本來普及這項技術(shù)。

將水射流技術(shù)應(yīng)用于大型工程一直是業(yè)內(nèi)人士的追求，這就需要我們要有更大的膽識、更多的知識面和更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)，通過這類設(shè)備的開發(fā)，更能深切地感觸到"高壓水射流技術(shù)是以水射流為中心，集泵、閥、密封、液壓、材料、自動化控制等多學(xué)科為一體"的含義。有了這樣的業(yè)績，就能夠一通。肖通地解決更加復(fù)雜與苛求的工程難題，可以說，本節(jié)所述內(nèi)容是我國也是國際水射流技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向，它的技術(shù)難度和投資風(fēng)險也是相對最大的。

我國的微小型清洗機(jī)(含熱水型)是指機(jī)組功率7.5kW以下、大路產(chǎn)品在3kW左右的移動式或便攜式機(jī)組，這種機(jī)組大都是一泵一閥一槍，非常簡單實用。離溫清洗機(jī)因其射流加熱到100℃以上的汽化溫度，更適應(yīng)清洗油污等。最初的微小型清洗機(jī)組要用于清洗汽車車輛，隨著清洗市場滲透到各個角度、在發(fā)達(dá)國家稱為家庭工具，這類產(chǎn)品用途在擴(kuò)大、技術(shù)在提高、美觀實用已成為首選條件。我國這類產(chǎn)品歷經(jīng)優(yōu)勝劣汰，已呈現(xiàn)出集約化產(chǎn)業(yè)趨勢。批量大、規(guī)模大、出口量大已成為這類產(chǎn)品的標(biāo)志。

這類產(chǎn)品的成套技術(shù)也是新的發(fā)展方向，將清洗機(jī)與真空泵結(jié)合就能同步清洗、吸干地面，是多功能的清潔產(chǎn)品，以該產(chǎn)品為動力提高壓力，可以改造成為清洗街頭小廣告的專用設(shè)備，清洗市政道路護(hù)欄、高速公路護(hù)欄的專用機(jī)組;采用爬壁機(jī)器人技術(shù)與之成套，可以實現(xiàn)高層建筑自動爬壁清洗，這一市場明顯有著廣泛的前景，但長時間以來，研究機(jī)器人的技術(shù)與研究水射流技術(shù)的一直未能很好地在產(chǎn)品上結(jié)合，使得這一市場一直處于宣傳階段，好的產(chǎn)品仍是空白。在城市清潔化越來越高要求的今天，以百米高層建筑外表面清洗為目標(biāo)的爬壁機(jī)器人清洗機(jī)必將贏得驚人的市場。以高壓水直接作用于壁面清洗并回收循環(huán)使用廢水，以爬壁機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這一技術(shù)方案已經(jīng)成熟，因為每個學(xué)科都已有成功的應(yīng)用，現(xiàn)在的工作僅僅是為新的目標(biāo)組合而已。可以相信，不久的將來，微小型清洗機(jī)的成套技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用會成為這類產(chǎn)品新的開發(fā)方向。