新型恒壓電刷裝置在涂裝電泳工藝中的應(yīng)用

夏 忠，沈 斌

（北京汽車股份有限公司株洲分公司，湖南株洲 412000）

0 引言

北京汽車股份有限公司株洲分公司電泳采用水溶性溶劑為介質(zhì)，將金屬車身浸漬在溶劑中，對擺桿吊具及車身和溶劑槽加高壓直流電源，溶劑為陽極。電泳擺桿輸送機(jī)輸送車身在溶劑槽前進(jìn)過程中，通過擺桿吊具電刷與陰極母排接觸，使溶劑電離，將電泳涂料均勻吸附在車身表面形成電泳漆薄膜，沉積在車身表面。

原有電泳電刷裝置使用錫青銅彈片為支撐，頂部安裝導(dǎo)電的銅質(zhì)電刷，錫青銅彈片既是彈性支撐體又是導(dǎo)電體。在運(yùn)行過程中錫青銅彈片要導(dǎo)通400～900 A 的電泳電流，連續(xù)通過長48 m 的陰極母排。正常情況下電刷與母排的接觸壓力最合適范圍是0.1～0.15 MPa（10～15 N/cm2），才能有效保證電泳的穩(wěn)定性。出現(xiàn)不穩(wěn)定的電流會影響車體涂前電泳的穩(wěn)定性，錫青銅彈片在導(dǎo)通電流時會因發(fā)熱而軟化，失去原有彈性壓力，壓力過小，接觸面小，容易在電刷與母排間產(chǎn)生間隙，電阻增大，其結(jié)果是還有可能出現(xiàn)打火，導(dǎo)致電刷出現(xiàn)電磨損，電泳電流不穩(wěn)定，電鍍效果不均勻。壓力過大，雖然導(dǎo)電好些，但也帶來一些副作用，電刷磨損較快，在母排連接點(diǎn)沖擊大，造成刷體崩裂，停機(jī)更換麻煩，影響生產(chǎn)。電刷問題已經(jīng)引起多起設(shè)備事故，造成多輛車身報廢，影響較大，并且檢修過程中投入大量人力、物力和財力。為此，對原電刷進(jìn)行改造設(shè)計，研發(fā)出一種新型恒壓電刷裝置，2016 年投運(yùn)。

1 原電刷裝置情況

1.1 設(shè)計缺陷

銅質(zhì)電刷與錫青銅彈片的連接方式為固定式連接，該結(jié)構(gòu)決定了裝置導(dǎo)電體兼顧彈性體雙重功能。當(dāng)銅質(zhì)電刷在與母排導(dǎo)入后，在母排全程48 m 接觸過程中承載400～950 A直流電流，持續(xù)672 s，致使彈性體錫青銅彈片因過熱發(fā)生蠕變軟化，失去彈性后造成電刷與母排的接觸電阻陡然增大，直接造成陰極和陽極間的極間引弧，引起電泳電流大幅波動，導(dǎo)致車身電泳質(zhì)量不穩(wěn)定。同時因銅質(zhì)電刷與錫青銅彈片的連接方式為固定式連接，電刷在導(dǎo)入母排后不能自由浮動，使得電刷與母排接觸為線接觸，電密瞬間升高，極易打火，甚至直接燒毀銅質(zhì)電刷，造成該裝置出現(xiàn)維護(hù)頻次高等諸多問題。

原電刷裝置組如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷為彈性體與導(dǎo)電體共用，即電刷和錫青銅彈片通過螺釘連接固定，在接觸陰極母排后，裝置的彈性體錫青銅彈片在連續(xù)承載400～950 A 電流后，會在較短周期內(nèi)發(fā)生過熱蠕變失去彈性。

圖1 原電刷裝置組

1.2 原裝置設(shè)計缺陷的運(yùn)行工況測算

裝置銅片運(yùn)行時的發(fā)熱量對彈片彈力的影響：根據(jù)Q=0.24I2Rt，I=900 A，R=33 Ω，t=672 s，得Q=4.3×109J。在電刷通過母排全過程672 s 后，銅制彈片溫升至80～85 ℃，該溫度下銅片彈性系數(shù)E 明顯下降。現(xiàn)場測得此時銅片壓力為0.02 MPa（0.2 kg），遠(yuǎn)低于設(shè)計壓力（初始）0.1～0.15 MPa（1～1.5 kg）的最佳值。

2 總體方案設(shè)計

傳統(tǒng)形式電泳電刷裝置存在問題的原因是電刷與導(dǎo)電錫青銅彈片為固定式連接。為此，新型恒壓電泳電刷裝置采取彈性體與導(dǎo)電體為獨(dú)立絕緣隔離結(jié)構(gòu)，電刷與彈性體連接為浮動連接的設(shè)計方式。

新型結(jié)構(gòu)主要分為3 個部分：①恒壓電刷裝置的彈性支撐體設(shè)計；②恒壓電刷裝置的浮動導(dǎo)電元件設(shè)計；③彈性支撐體與導(dǎo)電體絕緣隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1 恒壓電刷裝置的彈性支撐體設(shè)計

恒壓電刷裝置按照下列參數(shù)設(shè)計：電泳鏈速度6 m/84 s，電刷接觸壓力0.15 MPa（15 N/cm2），電泳陰極母排長48 m，環(huán)境溫度15～40 ℃，電流400～900 A，電壓120～280 V。恒壓電刷裝置彈性支撐體如圖2 所示，刷臂導(dǎo)入母排后，以銷軸為中心可以做圓周擺動。

2.2 恒壓電刷裝置的浮動導(dǎo)電元件設(shè)計

恒壓電刷裝置的浮動導(dǎo)電元件如圖3 所示。電刷導(dǎo)入母排后可繞浮動銷軸轉(zhuǎn)動，電刷臂可繞擺動銷軸擺動，這樣能實(shí)現(xiàn)裝置電刷與母排之間浮動，實(shí)現(xiàn)完整有效的面接觸。

圖2 恒壓電刷裝置彈性支撐體

圖3 恒壓電刷裝置的浮動導(dǎo)電元件

2.3 彈性支撐體與導(dǎo)電體絕緣隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計

彈性支撐體與導(dǎo)電體絕緣隔離結(jié)構(gòu)如圖4 所示。（導(dǎo)電體）鋯銅石墨電刷、銅制軟連接上部由螺釘連接，下部至陽極吊具安裝板由螺釘連接。（導(dǎo)電體）鋯銅石墨電刷、銅制軟連接與彈性支撐體的刷臂座底部之間由（絕緣體）環(huán)氧樹脂板做了絕緣隔離處理。（導(dǎo)電體）鋯銅石墨電刷與陰極母排接觸后，因彈性支撐體與之作了絕緣隔離處理，電流不會通過彈性支撐體造成彈簧過電流，實(shí)現(xiàn)恒壓力接觸運(yùn)行。

2.4 實(shí)用新型電泳電刷裝置（圖5）

（1）彈性支撐體通過擺動銷軸和浮動銷軸連接，電刷接觸陰極母排后可自由浮動，實(shí)現(xiàn)電刷與母排的面接觸。

圖4 彈性支撐體與導(dǎo)電體絕緣隔離結(jié)構(gòu)

圖5 實(shí)用新型電泳電刷裝置

（2）導(dǎo)電體銅制軟連接與彈性支撐體底部之間由環(huán)氧樹脂板做了絕緣隔離處理，使彈性體的彈性元件彈簧不會導(dǎo)通電流退火失去彈性，實(shí)現(xiàn)恒壓力接觸陰極母排運(yùn)行，避免接觸電阻增大引弧燒毀電刷的故障，穩(wěn)定了電泳電流和車身電泳質(zhì)量。

3 實(shí)用新型電刷裝置實(shí)際運(yùn)行效果

2016 年7 月完成全部67套裝置的改造安裝，投產(chǎn)至今運(yùn)行一年半跟蹤驗(yàn)證，工況完全滿足生產(chǎn)工藝要求，車身電泳質(zhì)量穩(wěn)定，大幅度降低了維護(hù)成本和時間。