硅鋼片水溶性油漆上片間距控制的研究

陸 犇

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

由于環(huán)保和職業(yè)健康等原因，大型發(fā)電機沖片的油漆涂層，正逐漸從有機溶劑改為無機清水溶劑，但是水溶性油漆的工藝要求較有機漆更為嚴格。據(jù)了解，在我國一般使用二輥涂漆機或者四輥涂漆機，二輥涂漆機多使用羊毛氈輥筒涂漆，涂漆質(zhì)量一般，但是沖片邊緣能掛漆，四輥涂漆機則多使用橡膠輥筒，涂漆質(zhì)量均勻美觀但是沖片邊緣不易上漆，容易產(chǎn)生銹蝕，所以各有利弊，可按產(chǎn)品的實際使用情況進行合理選擇[1]。本公司現(xiàn)有國產(chǎn)涂漆設(shè)備情況特殊，大多為自制非標設(shè)備，使用比較小眾的三輥涂漆方法，在上漆過程中與二輥涂漆機原理類似，依靠工作輥相互上漆。如果前后兩張沖片間隔過近，前一張沖片在油漆輥筒上留下的痕跡，會印到后一張沖片上，導(dǎo)致沖片表面留下水痕降低涂漆厚度和表觀質(zhì)量，嚴重時會影響漆膜厚度的均勻分布，甚至造成絕緣不足的問題。

為避免此情況，根據(jù)工藝參數(shù)要求，必須在涂后一片沖片前讓油漆輥筒空滾一圈，使漆膜厚度一致，然后再涂漆，質(zhì)量才能可控。但是此國產(chǎn)涂漆設(shè)備為手工上片，沖片在傳送帶上時刻在運動，工人師傅沒有良好的基準可以參考，沖片間距時而長時而短，有時工人師傅為了趕生產(chǎn)進度也存在違反工藝紀律，私自縮短沖片間隔距離，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)批量問題，圖1所示為沖片之間的合理間距，大約為600～700 mm。

圖1 沖片間合理間距示意圖

1 三輥涂漆機工作原理

為了更好地提高沖片涂漆質(zhì)量和表觀質(zhì)量，需要先對三輥涂漆機的工作原理進行研究。根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)備的結(jié)構(gòu)，結(jié)合相關(guān)文獻資料，繪制了其工作原理簡圖，如圖2所示。

其中，油漆從油漆池帶到旋轉(zhuǎn)的上漆輥上，上漆輥與上涂漆輥對向轉(zhuǎn)動，將油漆較為均勻的帶到上涂漆輥上，而后上涂漆輥與下涂漆輥對向轉(zhuǎn)動，再將油漆較為均勻的帶到下涂漆輥上。當沖片經(jīng)過上下涂漆輥時，上涂漆輥將無法把油漆帶到下涂漆輥上，造成下涂漆輥油漆不足的情況，直到?jīng)_片離開后，再次恢復(fù)正常的帶漆過程。于是，產(chǎn)生沖片表面留下水痕的問題有兩種可能：

圖2 三輥涂漆機工作原理簡圖

(1) 沖片間距過近，上涂漆輥無法及時把油漆帶到下涂漆輥上，造成下涂漆輥油漆不足；

(2) 沖片長度尺寸過大，超過輥筒周長，此時下涂漆輥油漆不足的情況將無法避免。

2 控制方案原理

由于設(shè)備的實際情況， 以及設(shè)備改造計劃的延

遲性，為了保證生產(chǎn)需要，無法將此設(shè)備立即升級為四輥涂漆機。因此亟需尋找一種簡單實用的控制方法，能解決以上兩個問題。

首先，對于第二個問題，沖片長度尺寸過大的情況，可以采用生產(chǎn)管理手段，將產(chǎn)品提前匯總分類，以設(shè)備橡膠輥周長為限，不在此設(shè)備上生產(chǎn)沖片長度尺寸超過橡膠輥周長的產(chǎn)品，即可解決此問題。當然，也要考慮如何能讓沖片長度尺寸超過橡膠輥周長的產(chǎn)品無法進入設(shè)備，起到保險和保證質(zhì)量的作用。

對于第一個問題，查閱了相關(guān)論文和資料，流水線一般的控制方法有使用定時器、PLC和FPGA等作為控制器的方案[2-3]，比較其優(yōu)缺點如表1所示。對于本課題中沖片間距的控制而言，僅僅需要對沖片進入時間進行控制即可，不需要多通道或高速的控制，而且控制器在現(xiàn)場使用的情況較為復(fù)雜，可能會遇到氣源、電源波動，人員誤操作等情況，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，經(jīng)過對適合度這個因素的比較，最終選擇了定時器方案。

表1 控制器方案優(yōu)缺點對比

3 控制器方案設(shè)計

根據(jù)控制方案的原理，利用定時器基于時間的控制選擇時間繼電器作為控制單元，使用氣缸作為執(zhí)行元件，設(shè)計了油漆上片間距控制器，其原理如圖3所示。

1.沖片；2.輸送帶；3.本體；4.油漆線；5.斜裝雙作用氣缸；6.聚四氟乙烯支撐塊；7.聚四氟乙烯定位塊圖3 油漆上片間距控制器機械原理簡圖

該系統(tǒng)主要由機械執(zhí)行系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩部分組成。

其中，機械執(zhí)行系統(tǒng)由本體、斜裝雙作用氣缸、聚四氟乙烯定位塊和聚四氟乙烯支撐塊等組成。

電控系統(tǒng)由電氣箱、總開關(guān)、開關(guān)電源、時間繼電器、單向節(jié)流減壓閥、三位五通電磁閥和氣管等組成，用于控制兩個雙作用氣缸往復(fù)運動，以實現(xiàn)定距上片，如圖4所示。

S1：總開關(guān)；P1；開關(guān)電源；T1：時間繼電器；F1：單向節(jié)流減壓閥；F2：三位五通電磁閥；G1&G2：雙作用氣缸圖4 油漆上片間距控制器電氣原理簡圖

系統(tǒng)工作時，斜裝雙作用氣缸伸長至最外端，此時工人將沖片中心凹槽對準聚四氟乙烯定位塊，將沖片放置在聚四氟乙烯支撐塊上，聚四氟乙烯的作用是減少摩擦和撞擊力，防止沖片表面劃傷和變形，支撐塊的上平面用來支撐沖片，此時沖片與輸送帶脫離，保持不動。支撐塊下平面與傳送帶接觸，防止工人提前將沖片送入涂漆機中，起到閘門的作用。為保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和持久性，所有螺栓固定處，均采用了平墊圈、彈簧墊圈和雙螺母鎖止，兩側(cè)與機床固定的螺栓還使用了蝶形螺母預(yù)緊，防止工作中的振動使各機構(gòu)產(chǎn)生松動。

4 試驗及分析

根據(jù)方案設(shè)計，制造了如圖5所示的硅鋼片水溶性油漆上片間距控制器，安裝到國產(chǎn)三輥涂漆設(shè)備上，前后進行了單張、小批量和較大批量的試用。功能均達到預(yù)期設(shè)想，可以很好地控制上片速度、涂漆質(zhì)量明顯改善、水痕基本消失。但是在大批量試用中控制器遇到了問題，因為長時間工作產(chǎn)生的振動，使得本體在運行一段時間后，支撐塊與傳送皮帶之間產(chǎn)生了微小的間隙。工人師傅為了搶定額工時，從間隙中放入沖片，造成了控制器形同虛設(shè)，無法起到原來設(shè)想的作用，出現(xiàn)了批量性涂漆質(zhì)量問題。

圖5 改進前間距控制器實物圖

為此，對控制系統(tǒng)現(xiàn)場安裝進行改進，在本體和設(shè)備固定的U型卡槽里，采用了木制三角斜鍥和夾具對本體進行固定，使得氣缸斜裝的角度正好能完全消除支撐塊與傳送皮帶之間的間隙，并使用夾具加強固定的可靠度，使用攝像、現(xiàn)場巡查等方式加強管理，上面的問題得到了解決。

為了能在保證質(zhì)量的同時，盡可能提高生產(chǎn)效率，根據(jù)實際生產(chǎn)的沖片產(chǎn)品，微調(diào)了控制系統(tǒng)參數(shù)。根據(jù)油漆輥筒的周長，確定沖片的間隔距離為720 mm，根據(jù)輥筒轉(zhuǎn)速，實測間隔周期為8.9 s?？紤]到氣動和機械部分的延時，以及沖片落下的時間，將時間繼電器設(shè)定為每5.6 s動作一次，時間繼電器給三位五通電磁閥通電，交換氣缸的進出氣方向，缸內(nèi)的剩余氣體通過消音器排到空氣中，減少噪聲污染。此時氣缸縮回并延時3.3 s，使沖片依靠重力沿聚四氟乙烯定位塊下滑至輸送帶，依靠摩擦力運動至涂漆線，而后氣缸伸出關(guān)閉閘門，防止提前放片，不斷循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)精確上片和控制間距的目的，實際調(diào)整中不斷使用“二分法”，確定了最合理的工藝參數(shù)窗口，如圖6所示。

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場試用，該系統(tǒng)能準確控制上片的間距，操作簡單方便，對提高和保持沖片涂漆的質(zhì)量具有很好的效果，而且系統(tǒng)標準化程度高、 造價低、 維修方便，適合二輥涂漆機和三輥涂漆機等進行各類手工上下料的涂漆機推廣使用。

圖6 改進后的間距控制器和定時器實物圖

此方法在實際使用中還是有一定欠缺的，即保證上片間距的代價是設(shè)備的生產(chǎn)效率受到一定的限制，最終的解決方案還是設(shè)備更新或改造為四輥涂漆機，但是作為階段性的質(zhì)量控制措施，不失為簡單、便宜、實用且有效的方案，有很大的實際價值。