數(shù)控超高壓水切割機

高壓水射流技術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、系列高壓清洗機(線)、超高壓大功率水射流成套設備、清洗類的微小型(含熱水)清洗機等，除此之外，高壓水射流技術輔助設備及應用發(fā)展得很快，如鉆采工具、推進工具、挖(吸)泥工具等。

超高壓水切割機又稱"水刀"，我國存上世紀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。

水切割機產(chǎn)品的工作壓力大都在250~330MPa之間，數(shù)控、伺服電機驅(qū)動，主機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)品可靠性的攻關對象，與國外專業(yè)公司的合作極大地促進了這一產(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、核島容器復合材料切割作業(yè)中有所作為，而水切割主要應用在非金屬板材切割，市場現(xiàn)狀使其無斷點切割和切縫無需_二次加工的特點發(fā)揮到了極致，作為產(chǎn)品，磨料射流切割尚處在小功率機組(大約在15~22kW)范圍，流量在2~31L/min，切割平臺則應市場要求最大尺寸達到了4×2.5m。

顯然，金屬切割將成為超高壓水切割的新的應用目標，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，必須加強對超高強度材料與工藝的研究應用，要使所用材料常規(guī)化，才能使這一技術不停留在實驗室里。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用領域是在線切割，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、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到頹期效果。

大功率的增壓器也是水切割技術繼續(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，對執(zhí)行機構也就要求簡單，也容易實現(xiàn)空化射流。

我國的高壓水射流技術就是在上世紀80年代由高壓清洗機發(fā)展而來，最初技術參數(shù)是35MPa、37kW的機組，已經(jīng)顯示出神奇的功能?，F(xiàn)在，國產(chǎn)清洗機的大路產(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)行機構，技術的成熟性使這類產(chǎn)品的市場有增無減，用途也層出不窮。柴油機組使清洗機越來越機動靈活，可適應更大功率。

在現(xiàn)有應用的良好基礎上，作為清洗機用高壓泵應當在重視進水的水質(zhì)處理基礎上，開發(fā)泵速更高的機型，中、小功率機組應突破500r/min泵速的限制，在500~600r/min之間開發(fā)，這樣，機型將更小、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，國外技術的滲入雖創(chuàng)造了新的局面，但由于高壓清洗機的價位競爭，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，電開關噴槍轉(zhuǎn)移了危險點，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，其應用證明旋轉(zhuǎn)射流遠遠優(yōu)于同等功率的圓柱射流，尤其對大功率機組更是如此，由于旋轉(zhuǎn)噴頭制造要求高、應用成本高，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。隨著應用的成熟，必須加強旋轉(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)密封與減速技術可以帶動相關成套技術的進步，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雜，但這一發(fā)展方向已是廣泛共識。

在高壓清洗機基礎上依據(jù)專用用途要求完善成套技術就能夠達到某種特定功能，如批量刀具油垢、銹垢的清洗，批量軸承油垢的清洗。一項技術的成套開發(fā)是無止境的，也只有以技術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機組功率，這是一套投資很大的設備;二是用途特別，如機場跑道除膠、鋼質(zhì)表面除銹丁程、氧化鋁管道化清除結疤工程等，作業(yè)難度大、強度大、要求也高，因而成套技術性就很強;三是主機大都來自歐美原產(chǎn)地，因市場剛開始啟動、技術含量高、投資成本大，國內(nèi)制造商還不能生產(chǎn)這種大泵機組，但國內(nèi)進行工程的總體設計、裝備的成套組裝已成為現(xiàn)實。也正是如此，以主機進口、國內(nèi)成套已成為當今我國行業(yè)技術提升的一個有效途徑，它小僅可以極大地降低依賴進口的成本，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越來越呈現(xiàn)其專用特點，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場標志線，高壓大流量可以快速將機場跑道除膠;超高壓純水射流機組引起流量的增大可以進行地面鋼質(zhì)表面預處理，而且附以真空技術又創(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)水力破碎設備，以其沒有應力擴散，可以隨心所欲地剝除混凝土厚度，叉可以機器人做執(zhí)行機構實現(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備應用基礎上發(fā)展自己的先進泵技術和先進成套技術，唯有這樣，才能以更低的成本來普及這項技術。

將水射流技術應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謹?shù)募夹g，通過這類設備的開發(fā)，更能深切地感觸到"高壓水射流技術是以水射流為中心，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應用的發(fā)展方向，它的技術難度和投資風險也是相對最大的。

我國的微小型清洗機(含熱水型)是指機組功率7.5kW以下、大路產(chǎn)品在3kW左右的移動式或便攜式機組，這種機組大都是一泵一閥一槍，非常簡單實用。離溫清洗機因其射流加熱到100℃以上的汽化溫度，更適應清洗油污等。最初的微小型清洗機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)達國家稱為家庭工具，這類產(chǎn)品用途在擴大、技術在提高、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)品的標志。

這類產(chǎn)品的成套技術也是新的發(fā)展方向，將清洗機與真空泵結合就能同步清洗、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備，清洗市政道路護欄、高速公路護欄的專用機組;采用爬壁機器人技術與之成套，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，研究機器人的技術與研究水射流技術的一直未能很好地在產(chǎn)品上結合，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的爬壁機器人清洗機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，以爬壁機器人作為執(zhí)行機構，這一技術方案已經(jīng)成熟，因為每個學科都已有成功的應用，現(xiàn)在的工作僅僅是為新的目標組合而已?？梢韵嘈?，不久的將來，微小型清洗機的成套技術發(fā)展與應用會成為這類產(chǎn)品新的開發(fā)方向。