水刀自动爬壁除锈成套系统包括超高压大功率泵机组、爬壁机器人和控制柜、真空抽吸系统3部分。爬壁机器人主要解决以下3个问题：行走、附壁和射流。

    (1)行走：采用双回路电机驱动机构，该机构将机器人4只行走轮分为左右两组，分别由两台微型电动机通过减速机驱动，当两台电机转向与转速都一致时，机器人清洗器作直线往复运动；当两台电机造成速差（改变其中一台电机速度），则机器人清洗器作转向动作，从而实现“之”字形换行。这里要求电机的输出扭矩要足以克服机器人重力、真空吸附力、摩擦力等。

    (2)附壁：机器人靠外来真空附壁，要求真空吸力（0.6bar真空度）产生的附壁扭矩大于机器人本身因其重量、拖带物重量（水管、电缆、回收气管、管内水重量）和真空吸力产生的滚动摩擦力矩共同构成的倾覆力矩，机器人附壁真空腔由橡胶材料制作。

    (3)射流：机器人作为执行机构安装有超高压旋转接头和4只喷嘴组成的喷头，喷头的旋转运动由喷嘴射流的反冲力形成的扭矩驱动实现；旋转接头凭借平板间隙密封使得喷头做到超高压自旋转稳定可靠，同时调整喷嘴（杆）的安装角度可以调节喷头旋转速度。

    机器人技术参数：最大行走速度为46. 3mm/s(清洗速度50mz /h)

    清洗宽度：          300mm

    真空腔内径：        330mm

    喷头旋转速度：      400-600r/min（可调）

    真空腔内最大真空度： -0. 06MPa

    重量：              55kg

    真空系统有两大功能：确保机器人附壁和及时抽吸锈屑与废水。

    显然，真空泵真空度与抽气量的选择首先必须满足机器人附壁的要求，即达到足够的附壁力矩；其次抽气量要与射流流量和剥除锈屑的速度相适应。由于超高压工况下流体的可压缩性，水由常压下的常温达到超高压下的84℃-90℃，加之旋转射流的雾化，就在真空腔内形成了均匀的高温场。在真空作用下，锈屑与废水被及时抽吸，高温场就使部分废水汽化蒸发，造成水射流除锈即除即干的结果，这正是人们多年追求的目标——解决水除锈的返锈问题。当然，这一切必须在一个密封可靠的真空腔内进行。

    真空系统一旦失灵，机器人将失落。为此，以一台或两台卷扬机输送钢丝绳对机器人清洗器实施高空保险。抽吸后的锈屑与废水再经过滤达到可排放标准。

    可见，以上3组系统的参数匹配、运行速度控制至关重要，单位时间的锈层去除量V则是各系统特征参数的函数，也就是说：各系统间相互制约，谐调作业，它们的组合则最终表现在除锈量或除锈深度（质量）上。

    其次，成套系统的智能化控制，实现了远控操作机器人高空作业的目标。该机器人不但能够实现垂直壁面、曲面的爬行，甚至能实现顶面的爬行。换上履带，又能适应大型罐槽罐底油泥的清除。

    至此，不难看出：本项目的完成，使水力除锈、自动爬壁作业和真空吸附与排渣3种功能得到了有机的统一和结合。

    本项目的完成，再一次与国际先进水平同步。10余年的水力除锈发展史中，笔者认真地印证着每一个过程，刻意地实践着每一个构思。

    利用低工况参数达到高工况的作业效率，即以新的射流形式取代传统射流形式，一直是水射流技术的发展方向，脉冲射流就是这样一个方向。造成脉冲射流的方法很多，自激振荡、电磁脉冲、超声波等等，总之，形成不连续的间断射流，聚能骤放、断续水击。典型的脉冲效果，加拿大的水射流技术专家M．M．Vijay在强制脉冲射流（即自激激荡和电磁脉冲）方面做出了突出贡献。

    自激振荡脉冲射流是利用水声学、流体动力学、流体共振和流体弹性学等原理而发展起来的一种新型高效脉冲射流，通过自激即不需要外加激励源，靠流体本身在特殊的流体结构中产生自激振荡，将连续水射流转变为振荡脉冲水射流。

    一个类似Helmhotz振荡器的自激振荡脉冲喷嘴。上游喷嘴中高速射流束的不稳定的微弱扰动即涡旋扰动，在穿过振荡腔内射流剪切层时，射流剪切层对其具有选择性的放大作用，逐步形成大尺寸的涡环结构，这些放大的涡环结构与振荡腔壁碰撞反射，产生不同频率的压力扰动波，其中一部分压力扰动波以声速向上游反射至分离区，引起新的分离和涡旋扰动，经过射流剪切层放大后再次与振荡腔壁碰撞；另一部分压力扰动波横向振荡往内波及射流核心反射，当其频率与振荡腔的固有频率相同或相近时，引起Helmhoz谐振，使得横向振荡波自激励放大，导致振荡腔内流体阻抗的脉动变化，使得压力和流量产生阶跃性变化，从而产生了自激振荡脉冲水射流。

    在喷嘴中设置一个振子来使连续的水射流产生高频脉动。当一连串的射流脉冲冲击到涂层表面时，所产生的水锤作用使涂层产生弹性或弹塑性变形，在喷枪控制阀和喷嘴之间的枪管部位设计了专门的振动腔。实验应用表明：这种自激振荡脉冲射流在小于或等于69MPa压力和49L/min流量时，就可以达到210MPa超高压连续射流的除锈效果，除锈速度在0. 66-23. 2m2/h。

    强制脉冲水射流除漆的机理主要是，当一连串的射流脉冲冲击到涂层表面时，所产生的水锤作用使涂层产生弹性或弹塑性变形。在脆性涂层上，大约7MPa的泵压所产生的脉冲冲击压力约为l60MPa，该压力超过了涂层材料的强度而形成半球状的裂纹；在进一步的冲击下，裂纹沿径向扩展到涂层和底漆接合面的底部，则水膜会进入裂纹并一层层地剥除涂层；当泵的压力进一步增加时(7MPa≤P≤34. 5MPa)，冲击力超过了基底材料和底漆的黏合力，这时射流不仅除去底漆，而且开始冲蚀基底材料。通过一系列试验，比较了连续水射流和脉冲水射流去除各种类型涂层的结果。由超声喷嘴所产生的高频(15kHz)脉冲水射流除漆的结论表明，对较硬的涂层（如汽车门上的防护漆）都可以被脉冲水射流在34. 5MPa的压力下去除。在这个压力下，靶距和进给速度可达0. 127和3.0m/min。通过喷嘴在被除漆表面的复合运动（如直线进给和旋转进给的复合等），可以显著增加除漆速度。采用适当的作业参数可得到有利于增加基底材料和涂层之间附着力的表面粗糙度。

    降低压力而又无需磨料进行除锈作业显然是新喷嘴技术的突破，但是这一技术（包括电磁脉冲技术）的共同缺点是适应的机组功率较小，笔者多年来一直密切跟踪这一技术的发展，它只能应用在55kW左右，也就是说虽能除锈，但效率不高，适用于小面积除锈作业；再者，这一技术还仅限于喷枪应用，成套性较差。

    除锈是船舶、车辆、工程装备和工业设备加工制造的重要工序之一，它直接影响到后续工艺和零件、设备表面涂装的正常进行，通常称之为表面预处理工艺。常用的钢材表面预处理工艺有：

    (1)手工或动力工具清理。即用铲刀、钢丝刷、机动钢丝刷等工具进行的表面预处理。其优点是成本低（在劳动力价格较低的情况下），缺点是效率太低、劳动强度大，而且除锈质量不均匀。

    (2)火焰清理。它是一种热作业工艺，清理后需用机动钢丝刷清除由于火焰加热作业而产生的附着物。我国通常不采用这一工艺。

    (3)超声波清理。它又称为超声场内侵蚀清洗，其原理是将物件与浸洗介质一起置于超声场内，在浸泡的同时施加一个强力的超声波振荡作用，促使锈蚀物剥离，氧化皮和侵蚀残渣快速离开工件表面。超声波频率为22—23kHz。这种工艺只适于小型工件的除锈。

    (4)气体喷砂。它是利用压缩空气抽吸砂（铜矿渣）并使其加速喷射到被处理表面上，利用磨料的打击力除锈、剥层。其除锈质量较好、效率较高，得到广泛应用。缺点是铜矿渣原料较贵，又不能回收利用，而且因为有毒而必须运送到指定地点深埋或废弃，每年产生大量污染物；施工过程中产生的大量灰尘危及作业人员的健康，对现场的空气造成严重污染，对一些敏感设备如雷达、起重机、绞盘和控制设备等需要进行粉尘防护。

    (5)磨料水射流除锈。消除了气体喷砂所造成的现场粉尘污染问题，磨料采用河沙或海沙，来源广泛而便宜，除锈、剥层作业速度快、质量好，是一种行之有效的除锈作业工艺。

    (6)纯水射流除锈。虽然磨料射流除锈的实用效果很好，但由于除锈作业（特别是船舶、大型容器的除锈作业）大都属高空作业，因此磨料的输送在有些场合下显得不太方便。为了解决这一问题，人们又开始采用150—250MPa的超高压纯水射流或较低压力下的特种射流（脉冲射流、空化射流等）进行除锈作业，大大提高了水射流除锈的适应性，简化了除锈装置系统，有利于机械化和自动化的实施。

    综观几种除锈工艺，各自都有优缺点，但从改善作业环境、降低劳动强度、提高除锈作业的效率和质量、实现机械化和自动化除锈作业方面来讲，水射流除锈工艺（特别是纯水射流除锈）都有其显著的优势。对于水射流除锈作业存在被除锈表面的轻微返锈问题，很多涂料都可以适应。在高要求下，一可以通过在水中加入一定量的化学缓蚀剂使其在涂装前抑制返锈；二是合理安排预处理与涂装时间；三是水刀采用真空排渣并促使表面快速干燥来防止返锈。