Дослідження базується на потребах обробки лазерної оболонки для виробництва та відновлення гідравлічної опори вугільних шахт. Функції, структура та ключові технології обладнання для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін вивчаються, а напрямок розвитку обладнання передбачається, щоб забезпечити еталон для суміжних галузей.

Технологія лазерного наплавлення використовує високоенергетичні лазерні промені як джерела тепла для плавлення металевих порошкових матеріалів на поверхні деталей для отримання високоефективних захисних покриттів, покращення твердості поверхні деталей і компонентів і протистояння зносу, корозії, окисленню та високій температурі, тим самим подовжуючи термін служби деталей.

Гідравлічна опора є основним допоміжним обладнанням у комплексному гірничому процесі вугільних шахт. Гідравлічне опорне обладнання тривалий час працює в шахті і витримує великі навантаження. Через складні та жорсткі робочі умови обладнання легко піддається корозії та зносу, що призводить до порушення герметичності та скорочення терміну служби обладнання. Традиційне виготовлення та відновлення гідравлічної опори в основному використовує процеси холодного дугового зварювання та гальванічного покриття. Холодне дугове зварювання має такі проблеми, як низька ефективність виробництва та висока швидкість розчинення, тоді як гальванічне покриття є процесом із високим рівнем забруднення, який поступово буде замінено. Виробництво та відновлення гідравлічних опор лазерного покриття — це передова, екологічно чиста нова технологічна технологія, яка може ефективно підвищити ефективність виробництва, зносостійкість і стійкість до корозії гідравлічних опор, подовжити термін їх служби та замінити традиційні процеси холодного дугового зварювання та гальванічного покриття. . Таким чином, ринкові перспективи виготовлення та відновлення гідравлічних опор із застосуванням технології лазерного наплавлення широкі.

1 Стан розвитку с обладнання для лазерного наплавлення для внутрішніх і зовнішніх стін гідравлічних опор вугільних шахт

В останні роки з швидким розвитком волоконних лазерних технологій технологія лазерного покриття широко використовується у виготовленні та реконструкції зовнішнього циліндра та зовнішньої стінки поршня гідравлічних опор вугільних шахт. В даний час попит на обробку лазерного покриття для виготовлення та відновлення зовнішнього циліндра та внутрішньої стінки середнього циліндра гідравлічних опор зростає, і необхідно терміново розробити інтелектуальне обладнання, яке відповідає лазерному покриттю внутрішнього та зовнішнього стінки гідроопор.

Обладнання для лазерного наплавлення Для внутрішніх і зовнішніх стін включає багато аспектів композитної технології. Оскільки задіяна технологія є міждисциплінарною, міжгалузевою та складною, вона розвивалася відносно повільно. В даний час розробка та застосування лазерного обладнання для облицювання внутрішніх і зовнішніх стінок гідравлічних опор вугільних шахт у Китаї все ще знаходиться в зародковому стані. Більшість продуктів, які вийшли на ринок, мають потужність менше 6 кВт, а ефективність лазерного облицювання внутрішніх стін нижча, ніж ефективність облицювання зовнішніх стін. Таким чином, існує нагальна потреба отримати більш потужне та високоефективне 10,000 XNUMX-ватне лазерне обладнання для внутрішньої та зовнішньої стіни. Лазерна облицювальна головка займає невеликий простір під час обробки внутрішньої обшивки стін і працює в умовах високої температури та високої концентрації диму протягом тривалого часу, що ускладнює безперервну роботу лазерної облицювальної головки в глибоких і глухих отворах. Витрати на використання та технічне обслуговування є високими, головка для плакування має низьку стабільність, низьку ефективність плакування та низьке використання порошку. Ці технічні проблеми перешкоджають промисловому просуванню обладнання та технології лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін у вугільній промисловості гідравлічної підтримки.

2 Склад обладнання для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін гідротехнічних опор у вугільних шахтах

Згідно зі специфікаціями та типами гідравлічних опор у вітчизняній вугільній промисловості, обладнання для лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стінок, яке підходить для понад 90% потреб обробки лазерного облицювання гідравлічних опор у вугільних шахтах на ринку, має відповідати вимогам мінімальний обробний отвір не менше 160 мм, глибина не менше 3000 мм, навантаження на верстат не менше 2500 кг. Він також повинен відповідати вимогам обробки лазерного покриття внутрішньої стінки зовнішнього циліндра, внутрішньої стінки та зовнішньої стінки середнього циліндра та зовнішньої стінки плунжера гідравлічної опори. У той же час він підходить для процесу плакування різних металевих матеріалів, таких як порошок на основі заліза, порошок мідного сплаву та порошок з нержавіючої сталі. У поєднанні з вимогами користувача до ефективності обшивки, потужність лазера повинна бути не менше 6 кВт. Обладнання, придатне для лазерного наплавлення внутрішніх і зовнішніх стінок гідравлічних опор у вугільних шахтах, в основному складається з п’яти частин: верстат для лазерного наплавлення, головка лазерного наплавлення, лазер, охолоджувач води та дозатор порошку, як показано на малюнку 1.

2.1 Верстат лазерного наплавлення

Верстат для лазерного облицювання є ключовим компонентом обладнання для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін, який може дозволити заготовці та головці для лазерного облицювання здійснювати автоматичний рух обробки лазерного облицювання. Верстат для лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стін гідравлічної опори включає станину, напірну коробку, систему керування, опорний механізм, задню бабку, тривісний механізм руху та стрижень для кріплення лазерної головки, як показано на малюнку 2. Серед них: ліжко є опорним елементом для установки різних рухових модулів і компонентів; напірний ящик, як правило, фіксується на одному кінці станини, щоб обертати заготовку; система управління використовується для керування автоматичним рухом верстата; під час обробки заготовки внутрішньої стінки опорний механізм використовується для підтримки зовнішньої стінки заготовки та має функцію регульованого діапазону діаметра опори, що зручно для задоволення вимог обробки заготовок різного діаметру; під час обробки заготовки зовнішньої стінки задня бабка використовується для підтримки заготовки та має функції поперечного ковзання та швидкого позиціонування, що зручно для перемикання між заготовками внутрішньої та зовнішньої стінок і переміщення задньої бабки під час перемикання заготовок різної довжини; механізм руху по трьох осях може керувати головкою лазерного покриття для досягнення осьового руху в трьох напрямках: вгору і вниз, спереду і назад, а також вліво і вправо; щоб зменшити довжину лазерної головки, головка лазерної оболонки з внутрішнім отвором встановлюється на монтажний стрижень лазерної головки, щоб збільшити міцність лазерної головки, тим самим покращуючи стабільність внутрішнього оптичного шляху лазерної головки, так що лазерна головка може досягти обробки внутрішньої стінки отвору глибиною понад 3000 мм.

На даний момент у широко використовуваних лазерах для лазерного покриття на ринку зазвичай використовуються волоконні лазери, які належать до четвертої категорії лазерних продуктів. Цей тип прямого лазерного променя та дзеркально відбитого променя може серйозно пошкодити очі та шкіру оператора, тому машина для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін повинна бути оснащена необхідними захисними кришками від лазера. Велика кількість диму та пилу буде утворюватися під час процесу лазерного покриття. Дим містить шкідливі речовини, які спричиняють забруднення навколишнього середовища та впливають на здоров'я працівників. Тому машина для лазерного наплавлення також повинна мати ефективні пристрої для копчення та видалення пилу.

2.2 Лазерна накладна головка

Будучи основним ключовим компонентом обробки лазерного покриття, продуктивність головки лазерного покриття безпосередньо впливає на якість покриття, ефективність покриття та швидкість використання порошку. Конструкція головки для лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стінок, придатної для обробки лазерним облицюванням внутрішньої стінки, є ключовою технічною проблемою при розробці обладнання для лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стінок для гідравлічної підтримки вугільної шахти. На відміну від головки для лазерного облицювання зовнішньої стіни, головка для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін повинна працювати в невеликому просторі, тому необхідно інтегрувати конструкцію лазерних променів, порошків, охолоджуючої води та захисного газу в обмеженому просторі. Під час обробки внутрішньої стінки головка для лазерного облицювання внутрішньої стінки продовжує працювати в суворому середовищі з високою температурою та високою концентрацією диму та пилу, що є схильним до вигоряння захисних лінз та оптичних лінз, що призводить до дефектів якості покриття. Оскільки такі дефекти нелегко виявити, головка лазерного покриття внутрішньої стінки повинна мати ефективне водяне охолодження та необхідні функції моніторингу та сигналізації. В даний час технічні засоби моніторингу, які зазвичай використовуються вітчизняними дослідницькими та розробними компаніями, включають моніторинг потоку води, повітряного потоку, аномального тиску повітря та температури та сигналізацію.

Головки для лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стінок зазвичай використовують два методи: широкосмугове лазерне облицювання із попередньо встановленим порошковим подаванням і високошвидкісне лазерне облицювання з синхронним подаванням порошку. Попередньо налаштована широкосмугова лазерна накладна головка з подачею порошку має такі переваги, як висока потужність лазера, висока ефективність облицювання та високе використання порошку. Високошвидкісна лазерна плакувальна головка із синхронною подачі порошку має невелику тепловіддачу, яка має невеликий тепловий вплив на підкладку заготовки, а площинність поверхні шару плакування висока, а об’єм обробки після плакування невеликий. При обробці внутрішньої стінки зовнішнього циліндра гідроопори необхідно досягти положення біля дна циліндра. Таким чином, головки лазерного облицювання внутрішньої та зовнішньої стінок повинні мати вимоги до обробки глухих отворів, а оптичний шлях головки лазерного облицювання повинен мати конструкцію оптичного шляху, нахиленого вперед. Похилий вперед оптичний шлях широкосмугової лазерної облицювальної головки із попередньо встановленою подачею порошку зазвичай використовує колімуючу лінзу для колімації лазерного променя, а потім заломлює та формує лазерний промінь через інтегруюче дзеркало з кутом заломлення більше 90° для отримання необхідного форму плями в робочому положенні, як показано на малюнку 3. Загалом існує дві форми нахиленої вперед оптичної траєкторії високошвидкісної лазерної плакуючої головки синхронної подачі порошку. Один полягає у використанні колімаційної лінзи для колімації лазерного променя, а потім заломлення та зведення лазерного променя через позаосьове параболічне дзеркало з кутом заломлення більше 90″, як показано на малюнку 4; інший полягає у використанні колімаційної лінзи для колімації лазерного променя, а потім зведення колімованого лазерного променя через фокусуючу лінзу та, нарешті, заломлення лазерного променя через плоске дзеркало з кутом заломлення більше 90°, як показано на малюнку 5.

2.3 Живильник порошку

Для того, щоб скоротити відстань транспортування труби подачі порошку та підвищити точність подачі порошку, пристрій подачі порошку внутрішньої та зовнішньої стінок обладнання для лазерного облицювання гідравлічної опори вугільної шахти зазвичай закріплюється на верстаті та рухається разом із трьома осьовий механізм руху верстата. Оскільки металевий порошок потрібно подавати до лазерної головки в заготовці з глибоким отвором, устаткування для лазерного покриття внутрішньої та зовнішньої стінок зазвичай використовує пристрій подачі порошкового газу-носія. Під час використання широкосмугової лазерної технології обробки попередньо встановленої подачі порошку порошок повинен потрапити в передню частину сопла для подачі порошку, а тиск повітря, що переносить порошок, припиняється, щоб запобігти впливу газу, що переносить порошок, на якість розподілу порошку при подачі порошку. насадка на заготовку.

3 Тенденція розвитку обладнання для лазерного наплавлення для внутрішніх і зовнішніх стін гідравлічних опор вугільних шахт

Щоб продовжити термін служби лазерної облицювальної головки, необхідно оптимізувати контур охолоджувальної води та структуру контуру захисного газу лазерної облицювальної головки, оптимізувати параметри процесу та розробити металеві матеріали, придатні для обробки внутрішньої обшивки стін, щоб зменшити дим. і бризки, що утворюються під час процесу облицювання. Під час процесу плакування на внутрішній стінці заготовки непросто спостерігати за робочим станом головки лазерного плакування та якістю поверхні шару плакування. Він має розвиватися в напрямку функціональної диверсифікації, відображати інформацію про потік порошку та розплавлену ємність процесу наплавлення в режимі реального часу та автоматично оцінювати стабільність процесу наплавлення через систему керування. У той же час пристрій виявлення автоматично збирає та відображає параметри однорідності шару облицювання та автоматично оцінює, чи відповідає заготовка кваліфікованості відповідно до параметрів, встановлених користувачем.

Ефективність виробництва пов'язана з корпоративним прибутком. Вивчаючи головки лазерного покриття, металеві матеріали та параметри процесу, придатні для більш високої потужності, ефективність обробки лазерного покриття можна покращити. У зв’язку зі швидким розвитком технологій автоматизації, дефіцитом робочої сили та прагненням людей до хороших робочих умов верстати для лазерного наплавлення в майбутньому повинні розвиватися в напрямку автоматизації, такої як автоматичне завантаження та безпілотні виробничі лінії, скорочуючи робочу силу, покращуючи якість продукції. та ефективність виробництва.

Висновок 4

В даний час обладнання для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін було просунуто та застосовано у виробництві гідравлічної підтримки вугільних шахт та промисловості відновлення. Його базові функції спочатку відповідають вимогам промислового застосування, а відставання від іноземної техніки за функціональним розмаїттям і стабільністю роботи стає все меншим. Зі швидким розвитком та інтеграцією технології інтелектуального обладнання моєї країни, лазерної технології, технології виявлення, системи керування, металевих матеріалів тощо, обладнання для лазерного облицювання внутрішніх і зовнішніх стін гідравлічної підтримки вугільної шахти буде більш досконалим з точки зору функцій і стабільність у майбутньому.