数控超高压水切割机

高压水射流技术逐渐形成了以下几类专业产品:数控超高压水切割机、系列高压清洗机(线)、超高压大功率水射流成套设备、清洗类的微小型(含热水)清洗机等，除此之外，高压水射流技术辅助设备及应用发展得很快，如钻采工具、推进工具、挖(吸)泥工具等。

超高压水切割机又称"水刀"，我国存上世纪90年代后期开发的产品，不到10年，目莳已经拥有10多家制造企业，年产量800台，产值约2亿元人民币，这一数据在美国也是令人生畏的。

水切割机产品的工作压力大都在250~330MPa之间，数控、伺服电机驱动，主机为增压器和超高压泵两种形式。由于超高压的缘故，高压承压件、喷嘴、阀与密封一直是其产品可靠性的攻关对象，与国外专业公司的合作极大地促进了这一产业的发展。虽说水切割的最大优势是对材料的无选择性，即它可以切割任何一种材料，但由于运行成本、切割工艺及质量等诸多因素，我国的水切割及其产品主要用于石材、玻璃等非金属件的切割，因为一般的金属板材切割可采用传统工艺，无需讲究切缝质量，又很省钱。

水切割作为一种冷态切割工艺，它不会破坏材料内部组织，因此适用于贵重金属板材的切割，对此，我国已在炮弹切割处废、核岛容器复合材料切割作业中有所作为，而水切割主要应用在非金属板材切割，市场现状使其无断点切割和切缝无需_二次加工的特点发挥到了极致，作为产品，磨料射流切割尚处在小功率机组(大约在15~22kW)范围，流量在2~31L/min，切割平台则应市场要求最大尺寸达到了4×2.5m。

显然，金属切割将成为超高压水切割的新的应用目标，这就需要工作压力不低于400MPa，而且最好以纯水射流切割用于贵重金属薄板作业。纯水射流切割最大的优点是切缝更窄、切割精度更高，而且能钻出微小孔。增压器欲可靠地将300MPa压力提升到400MPa以上，必须加强对超高强度材料与工艺的研究应用，要使所用材料常规化，才能使这一技术不停留在实验室里。纯水射流要摆脱磨料和磨料喷嘴的束缚，除研究更高压力源的可靠性以外，还需研究超高压空化射流的产生与作用，以期尽可能地使低压力的纯水射流形成良好的切割功能。

金属切割的一个重要应用领域是在线切割，即在有害有毒等危险的现场(如石化、煤油装置)切割罐槽、管道，由此产生了靠轨切割装置，像机器人等。还有一个被忽视的作业方式就是最简单而又最难实现的人工手持切割，它随意性强、用途十分广泛，但由于不定的靶距和震动等因素，需要借助辅助手段才能达到颓期效果。

大功率的增压器也是水切割技术继续解决的问题，我国已有这类产品间世，但超高压和大功率这对矛盾加之可靠性的要求，300MPa、55--130kW以上的产晶仍是个瓶颈。这种产品可以带动多切割头作业，也可以实现更大流量空化射流的切割工程。流量大就不怕浪费，对执行机构也就要求简单，也容易实现空化射流。

我国的高压水射流技术就是在上世纪80年代由高压清洗机发展而来，最初技术参数是35MPa、37kW的机组，已经显示出神奇的功能。现在，国产清洗机的大路产品是lOOMPa、130kW以内的，少有150MPa、160kW甚至更高功率的产品。工业清洗一直是一个方兴未艾的巨大市场，目前，20多家制造商年产量约在3000台(套)，产值在4

~5亿元人民币。

高压清洗机的发展从泵的可靠性和系列化到重视射流附件和执行机构，技术的成熟性使这类产品的市场有增无减，用途也层出不穷。柴油机组使清洗机越来越机动灵活，可适应更大功率。

在现有应用的良好基础上，作为清洗机用高压泵应当在重视进水的水质处理基础上，开发泵速更高的机型，中、小功率机组应突破500r/min泵速的限制，在500~600r/min之间开发，这样，机型将更小、成本也就更低。泵速的提高要注意解决润滑和温升问题。

射流附件一直是制造商想绕叉绕不开的问题，国外技术的渗入虽创造了新的局面，但由于高压清洗机的价位竞争，附件还需立足于自主发展。溢流型喷枪已经广泛应用，只是现有产品还偏于保守，显得笨重，造型也不尽如人意，要减少承压件的数量和尺寸，可通过对非承压件以塑代钢，把重量降下来。另外，电开关喷枪转移了危险点，而启动溢流阀又容易实现，值得推广使用。

各类旋转喷头一直是行业产品的弱项，其应用证明旋转射流远远优于同等功率的圆柱射流，尤其对大功率机组更是如此，由于旋转喷头制造要求高、应用成本高，制造商们在万不得已的情况下是不推荐使用的。因此，它的用量和质量还都不如意，除了大功率机组成本高难以回避使用外，旋转射流尚处在概念阶段，其产品也是舶来品。随着应用的成熟，必须加强旋转喷头的国产化工作，它不仅是射流技木的革命，更重要的是高压旋转密封与减速技术可以带动相关成套技术的进步，其中要注视组合喷嘴(头)的使用。从单一喷嘴元件到组合喷嘴总成也是一个质的飞跃，后者的要害是将射流磨损件单独以小尺寸制作，既降低成本，叉作为易损件拆换，而且同一个外形尺寸能更换多变工况与形状的喷嘴，然而这一技术在国内制造业中并未推广，因为材料、工艺都要比单一喷嘴复杂，但这一发展方向已是广泛共识。

在高压清洗机基础上依据专用用途要求完善成套技术就能够达到某种特定功能，如批量刀具油垢、锈垢的清洗，批量轴承油垢的清洗。一项技术的成套开发是无止境的，也只有以技术含量才能赢得更大的市场和利润空间。

超高压大功率成套设备是近年在我国发展起来的，它之所以区别高压清洗机系列产品，一是参数特别，一般在150~250MPa、200kW以上甚至是520kW机组功率，这是一套投资很大的设备;二是用途特别，如机场跑道除胶、钢质表面除锈丁程、氧化铝管道化清除结疤工程等，作业难度大、强度大、要求也高，因而成套技术性就很强;三是主机大都来自欧美原产地，因市场刚开始启动、技术含量高、投资成本大，国内制造商还不能生产这种大泵机组，但国内进行工程的总体设计、装备的成套组装已成为现实。也正是如此，以主机进口、国内成套已成为当今我国行业技术提升的一个有效途径，它小仅可以极大地降低依赖进口的成本，而且很多特别的专用要求是国外也未有经验的，需要我们自己去研究、去尝试。

提高压力即提高了作业的能力，提高流量及提高了作业的效率，这就是为什么要发展超高压大功率水射流机组的原因。美欧专业制造商今年的产品发展方向就是如此。这样一来，原本通用性的水射流技术越来越呈现其专用特点，越来越由单一清洗走向工程化，如采用一台变速泵、超高压小流蕈可以清除机场标志线，高压大流量可以快速将机场跑道除胶;超高压纯水射流机组引起流量的增大可以进行地面钢质表面预处理，而且附以真空技术又创造了用水除锈不返锈的奇迹。采用100MPa、300kW以上的泵杌组就可以成套开发水力破碎设备，以其没有应力扩散，可以随心所欲地剥除混凝土厚度，叉可以机器人做执行机构实现任意工作面作业从事水力破碎路面、桥梁、隧道等工程。氧化铝管道化和压煮器等装备的结疤现象一直是无法解决的难题，可采用150MPa、200L/min流量的大型泵机组配备专用多喷嘴喷头使想象得以实现。超高压大功率水射流成套设备的市场很大，在现阶段也必须由国际合作才能完成，这就昭示着我们要在成套设备应用基础上发展自己的先进泵技术和先进成套技术，唯有这样，才能以更低的成本来普及这项技术。

将水射流技术应用于大型工程一直是业内人士的追求，这就需要我们要有更大的胆识、更多的知识面和更严谨的技术，通过这类设备的开发，更能深切地感触到"高压水射流技术是以水射流为中心，集泵、阀、密封、液压、材料、自动化控制等多学科为一体"的含义。有了这样的业绩，就能够一通。肖通地解决更加复杂与苛求的工程难题，可以说，本节所述内容是我国也是国际水射流技术应用的发展方向，它的技术难度和投资风险也是相对最大的。

我国的微小型清洗机(含热水型)是指机组功率7.5kW以下、大路产品在3kW左右的移动式或便携式机组，这种机组大都是一泵一阀一枪，非常简单实用。离温清洗机因其射流加热到100℃以上的汽化温度，更适应清洗油污等。最初的微小型清洗机组要用于清洗汽车车辆，随着清洗市场渗透到各个角度、在发达国家称为家庭工具，这类产品用途在扩大、技术在提高、美观实用已成为首选条件。我国这类产品历经优胜劣汰，已呈现出集约化产业趋势。批量大、规模大、出口量大已成为这类产品的标志。

这类产品的成套技术也是新的发展方向，将清洗机与真空泵结合就能同步清洗、吸干地面，是多功能的清洁产品，以该产品为动力提高压力，可以改造成为清洗街头小广告的专用设备，清洗市政道路护栏、高速公路护栏的专用机组;采用爬壁机器人技术与之成套，可以实现高层建筑自动爬壁清洗，这一市场明显有着广泛的前景，但长时间以来，研究机器人的技术与研究水射流技术的一直未能很好地在产品上结合，使得这一市场一直处于宣传阶段，好的产品仍是空白。在城市清洁化越来越高要求的今天，以百米高层建筑外表面清洗为目标的爬壁机器人清洗机必将赢得惊人的市场。以高压水直接作用于壁面清洗并回收循环使用废水，以爬壁机器人作为执行机构，这一技术方案已经成熟，因为每个学科都已有成功的应用，现在的工作仅仅是为新的目标组合而已。可以相信，不久的将来，微小型清洗机的成套技术发展与应用会成为这类产品新的开发方向。