庞国强，　姚宁平，　王敬国，　王　东，　宋海涛，　宋昱播

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安　710077)



坑道钻机涂装工艺改造及关键技术分析

庞国强，姚宁平，王敬国，王东，宋海涛，宋昱播

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安710077)

为适应市场竞争对钻机涂装工艺进行改造，首先提出适合钻机作业环境的涂装参数，再对设备涂装工艺进行改造。分析了改造的关键技术、关键参数及对涂装设备的技术要求，结合煤矿井下设备作业环境，通过钻机涂装工艺改进设计、涂装设备选配设计和油漆的检测，完善了钻机的涂装工艺并更新了设备，提高了坑道钻机的外观质量和市场竞争力。

作业环境; 涂装工艺; 涂装参数; 涂装设备; 检测检验；坑道钻机

引　言

近年来，随着有实力的坑道钻机生产厂家的增多，客户不仅要求钻机具备良好的性能，同时对钻机的外观质量也有了更高要求。钻机涂装由手工喷涂逐步走向半机械化、机械化进程[1-2]。市场坑道钻机外观不仅样式美观，视觉舒适度也更高。

本文结合煤矿井下设备作业环境需求，提出适合钻机作业环境的涂装参数，通过分析关键技术、关键参数，设计了改造钻机旧的涂装工艺和涂装设备的方案。

坑道钻机作为煤矿井下设备之一，作业环境阴暗潮湿、作业空间窄小。在如此恶劣的环境里，若将钻机的外观质量提高，主要依靠涂装生产线的改造。改造后新涂装工艺增加了检查、遮蔽及3次定色喷涂等关键流程，其干式附着力、湿式附着力、耐水性、耐油性及耐冲击性等钻机主要外观性能均有所提高。

1　煤矿井下设备作业环境与设备涂装

1.1煤矿井下设备作业环境

坑道作业面工况复杂,受气候、季节及地域影响很大,具有作业分散、环境恶劣等特点。坑道作业环境对设备的影响因素主要表现在以下几方面:

1)阴暗潮湿

通常情况下,作业坑道内光线不足、阴暗潮湿,相对湿度在50%左右,更有甚者高达90%。在这种阴暗潮湿的环境内进行作业，设备容易产生锈蚀。此外,潮湿环境容易造成设备外表油漆老化、爆裂、脱落。

2)作业空间窄小

坑道作业空间窄小,有的作业面高度不足3m,宽度不足2m,路面平整度极差,一些设备的作业受限。坑道内作业空间窄小、光线不足,造成操作人员视野受限,容易出现刮蹭、碾压或碰撞等事故。

3)钻机的主要材料几乎全是钢板，如果涂装质量不好就会导致生锈，因此，相应的坑道钻机需选择耐水性、耐油性、附着力强，表面强度高及色彩鲜亮的油漆。

1.2钻机涂装参数的优选

钻机产品同机械产品的设计一样包括结构参数设计、性能设计、造型设计等多方面的内容。外观色彩设计具有更直观、更激烈、更诱人的魅力，是造型设计中重要的部分。外观色彩设计是机械产品造型设计的重要组成部分，主要分为：1)色彩的远近感；2)色彩的轻重感；3)色彩的冷暖感；4)色彩的软硬感；5)色彩的兴奋感和安静感。

从事钻机设计的技术人员，应不断地培养色彩分类、色彩情感等方面的素养，设计出在市场上更具有竞争力的钻机外观。

1.2.1涂层厚度要求

参照国内大部分车辆的涂层δ在90～120μm之间，例如：吉利汽车涂层δ约为90μm左右，长城汽车涂层δ约为120μm左右。以往钻机涂层面漆采用硝基漆，附着力、防锈力较差，不适合井下作业环境，而钻机新型涂层面漆采用聚氨酯烤漆，附着力、防锈力较好，但遮盖力较车辆漆稍差，且钻机零部件材料表面状况较汽车钣金差，故涂层厚度高于车辆,δ约为150μm,一般为3层漆，这样既弥补了该漆遮盖力较车辆漆差的缺陷，又增强了钻机表面附着力、防锈力。

1.2.2涂装配套设备基本参数

钻机涂装配套设备较多、工艺参数复杂，钻机喷漆常用参数如表1所示。

表1钻机涂装基本条件

参　数雾罩喷漆定色l(喷枪)/cm20～2515～20涂装次数/次13空气压力/MPa0．15～0．200．15～0．20出漆量/圈数2～2．52～2．5喷幅/圈数22

2　钻机涂装工艺改造

钻机新涂装工艺流程：前处理→检查→遮蔽→清洁→添加固化剂→雾罩喷涂→第1次定色喷涂→闪干→第2次定色喷涂→闪干→第3次定色喷涂→确认着色情况，如果没有着上色，重复定色喷涂和闪干[3]。

钻机旧涂装工艺流程：前处理→清洗油污→腻子修补→清洗油污→晾干→喷漆2次。

上述两种工艺通过对比可知，新工艺增加了检查、遮蔽及3次定色喷涂等流程，检查是从作业环节控制涂装质量，遮蔽是避免不同颜色漆的喷漏现象发生，3次定色喷涂是为防止1次喷涂过量造成流漆现象发生。

3　涂装设备选配

钻机涂装主要设备包括：机械打磨除锈设备、螺杆式空气压缩机、储气罐、冷冻式空气干燥机、压送式喷枪及多点检测报警器等。喷枪与储气罐的性能好坏直接影响到钻机表面涂装质量，而现有的钻机涂装车间喷枪及储气罐老旧，无冷冻式空气干燥机及多点检测报警器等，造成喷漆过程中，经常发生气压不稳或断气现象，且喷漆房易燃气体超标时有发生，故对其进行升级，涂装空压机房设备示意图如图1所示。

图1　涂装空压机房设备示意图

3.1喷枪与储气罐配置

喷枪的选择原则一般为性价比、雾化效果及耐用程度。现有喷枪雾化效果比较差，寿命短，影响喷漆效率和质量。因坑道钻机喷漆件主要由钣金件和结构件为主，表面复杂，加工质量比较差。因此购置雾化效果好，耐用程度高的喷枪对钻机表面质量提高至关重要。细管喷枪主要用于设备狭窄夹缝处的喷漆，上壶喷枪主要用于钻机装配后局部补漆，下壶喷枪主要用于大面积的底漆、面漆喷漆。

压缩空气在涂装工艺中有着非常重要的作用，喷涂所需的压缩空气的清洁度要达到无油、无尘、水分含量极少的要求。储气罐选型合适与否，直接影响了油漆的附着力，钻机表面会出现痱粒等表面缺陷。

原工艺中储气罐容量太小，约0.6m3，而新的空压机3m3/min，明显不匹配，影响空压机寿命和喷漆效果，措施是更换大容量的储气罐，约1.5m3。

储气罐的选择包括额定工作压力和容积的选择，螺杆式空气压缩机的最高输出压力为0.8MPa，因此选择额定工作压力为1.0MPa的储气罐，留有一定余量。

储气罐的容积选择计算：

根据气动系统在最大耗气量下工作时间来确定储气罐的容积V[4]：

(1)

式中：qmax为气动系统的最大耗气量,L/min；qsa为气动系统的平均耗气量,L/min；pa为大气压力,pa为0.1MPa；p为气动系统的使用压力，MPa；t'为气动系统在最大耗气量下的工作时间，s。

喷枪数量1～4把，每把喷枪耗气量为200L/min，使用压力为0.6MPa，气动系统在最大耗气量下的工作t为1800s。

当4把喷枪同时工作时，气动系统的耗气量最大：

qmax=200×4=800L/min

当1把喷枪工作时，气动系统的耗气量最小：

qmin=200×1=200L/min

平均耗气量：

把qmax、qsa、pa、p、t代入公式(1)

求得：V≥1500L；即计算出储气罐的容积不小于1500L。根据以上计算结果，选择容积为1500L，压力为1.0Mpa的储气罐。

4　检测检验

4.1油漆的检测标准、方法及性能

结合实际，选择操作易行符合国家标准规定的检测方法，进行油漆选型试验，与钻机同材质的样片[5-6]。我国将涂膜的干燥过程分作表面干燥和实际干燥两个阶段。本次试验样片与产品同等条件下加工，需要完全干燥后标记序号、名称、检测项目，每一项检测至少需要3个样片，新工艺试样完全干燥需要7天时间，旧工艺试样完全干燥需要6天时间，选型试验遵循标准如表2所示。

表2油漆涂层试验国家标准

标准方法性能GB/T9286⁃1998划格法干式附着力GB/T9286⁃1998划格法湿式附着力GB/T1733⁃93/耐水性GB/T9274⁃88/耐油性GB/T1732⁃93/冲击性

4.2检测结果

钻机新、旧涂装工艺及关键技术参数变更后，涂层干式附着力、湿式附着力、耐水性、耐油性及耐冲击性等性能均有所提高[7-8]，测试报告如表3所示,涂装样机如图2所示。

表3新旧涂层测试报告

项目名称新工艺旧工艺干附着力/级12湿附着力(耐水24h)/级2级3级耐水性(24h)无变色、无起泡、无发软、无脱落轻微变色、无起泡、无发软、部分脱落耐油性(长城卓力46#3d)无变色、无起泡、无发软、无脱落无变色、无起泡、无发软、无脱落冲击性50cm通过30cm通过试验结论新工艺性能优于旧工艺

图2　样机新旧涂装对比图

在涂装生产线改造期间，编制了钻机涂装工艺技术规范、检验方法和标准、《钻机表面涂装工艺》及《钻机喷涂检验方法和标准(试行)》文件2套。

5　结　论

结合煤矿设备井下作业环境，通过系统的分析、计算，并成功的对涂装空压机房进行了升级改造，配备了稳定可靠的喷漆设施硬件系统；且对涂装工艺进行改造。新工艺增加了检查、遮蔽及3次定色喷涂等关键流程。通过试验表明，改造后设备表面涂装性能均有所提高，上述工艺及硬件系统的改造为关键技术。应用新技术完成了分体式、履带式2大类机型共30台(套)钻机的涂装，钻机的表面质量得到明显提高，产品的市场竞争力得到了增强，使钻机喷涂工作上了一个新的台阶。

[1]梁娟,王帅,徐朝,等.工程机械涂装工艺概述[J].现代涂装，2014，(3):57-61.

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[8]李国英.表面工程手册[M].北京:机械工业出版社，1997：20-30.

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

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