工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件涂裝線規(guī)劃設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳佳春

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著國(guó)家工業(yè)化的進(jìn)程，工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)近十幾年來(lái)一直持續(xù)快速發(fā)展，為國(guó)家的建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。涂裝是工程機(jī)械生產(chǎn)的一個(gè)重要過(guò)程，隨著國(guó)家的藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的落實(shí)，對(duì)涂裝線的VOCs 排放提出了更高的要求，客戶對(duì)產(chǎn)品的外觀要求也不斷提高。要滿足規(guī)定的排放要求及不斷提高涂裝表面質(zhì)量，就必須有相應(yīng)的涂裝設(shè)備進(jìn)行支持。涂裝車間設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、建筑及公用等，工藝設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)涂裝車間的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響涂裝和制品的品質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)效率和涂裝成本產(chǎn)生重大影響[1]。因此，在設(shè)計(jì)涂裝線的時(shí)需要從涂裝工藝方法、涂裝生產(chǎn)工藝、涂裝設(shè)備能力、安全環(huán)保方面考慮，選擇最適宜的工藝和設(shè)備。

1 工藝方法設(shè)計(jì)

現(xiàn)有工程機(jī)械產(chǎn)品涂裝主要采用的工藝方法有：粉末工藝、水性漆工藝、高固低粘漆工藝、油性漆工藝、電泳漆工藝，但每種工藝都有其特點(diǎn)。

1.1 工藝方法分析

（1）粉末工藝：粉末涂料由于不含溶劑，對(duì)環(huán)境基本無(wú)污染[2]，是目前最為環(huán)保的涂料，其主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放、無(wú)油漆廢水排放、無(wú)廢漆渣排放、噴涂操作技能要求低。其主要缺點(diǎn)是烘烤固化溫度高、換色難度大、磕碰瑕疵修補(bǔ)難；粉末工藝一般適用薄板及中厚零件，不適用于非金屬零件、液壓元件、材料板厚度差異較大的零件混線生產(chǎn)。

（2）水性漆工藝：水性涂料是目前較為環(huán)保的涂料，是替代油性涂料的主要產(chǎn)品。其主要優(yōu)點(diǎn)涂料VOC 含量低，生產(chǎn)過(guò)程中可降低VOC 的排放；主要缺點(diǎn)是施工環(huán)境溫度要求高、存儲(chǔ)環(huán)境有溫度要求、涂層干燥速度較慢、溶于水的涂料廢水處理難度相對(duì)高、涂料使用成本相對(duì)高；水性漆工藝可代替現(xiàn)有的所有油性漆工藝的涂裝。

（3）高固低粘漆工藝：高固低粘漆屬于油性漆的品類，涂料降低了VOC 的含量及使用量。其主要優(yōu)點(diǎn)涂料VOC 含量比一般油性漆低，舊油性漆涂裝線不需要改造就可以直接使用；主要缺點(diǎn)：涂層干燥速度較慢、施工難度比普通油性漆高。高固低粘漆工藝可代替現(xiàn)有的所有油性漆工藝的涂裝。

（4）油性漆工藝：油性漆是現(xiàn)階段涂層性能級(jí)施工性能較高的涂料。其主要優(yōu)點(diǎn)施工性能、涂裝質(zhì)量好；主要缺點(diǎn)VOC 的含量高，對(duì)環(huán)境空氣污染大；油性漆工藝是目前工藝最成熟的工藝。

（5）電泳漆工藝：電泳一般是作為底漆來(lái)使用。其主要優(yōu)點(diǎn)是防腐性能優(yōu)異、水性電泳漆VOC 含量低、生產(chǎn)效率高；主要缺點(diǎn)涂層干燥溫度高、需要配備電泳槽及專有配套電泳設(shè)備、不適用于有排液不暢及內(nèi)腔多的工件。

1.2 工藝方法選型

本次策劃結(jié)構(gòu)件零件板厚差異較大、零件外形尺寸大小差異大、零件重、顏色種類多、涂層外觀質(zhì)量需求不一致，綜合以上條件與結(jié)合國(guó)家環(huán)保要求最終涂裝線選擇按水性漆工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 水性漆涂裝線工藝設(shè)計(jì)

在選擇了合適的涂料體系后，便應(yīng)按照規(guī)定的技術(shù)要求，選擇合適的施工工藝和施工設(shè)備，把涂料涂覆在被涂物的表面上[2]。本次策劃選擇了水性漆工藝，結(jié)合水性漆工藝技術(shù)要求從節(jié)拍設(shè)計(jì)、工藝流程、工藝時(shí)間三個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行規(guī)劃描述。

2.1 涂裝線節(jié)拍設(shè)計(jì)

節(jié)拍是根據(jù)涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)綱領(lǐng)和生產(chǎn)的工作時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，即每年安排生產(chǎn)的總時(shí)間除以涂裝計(jì)劃生產(chǎn)的總量得到生產(chǎn)節(jié)拍，一般情況下生產(chǎn)時(shí)間取90%上班時(shí)間為有效利用時(shí)間；例如：250 天/年×2 班/天× 8h/班× 60min × 90%/掛數(shù)= 節(jié)拍時(shí)間。

2.2 涂裝線工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程的選擇需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)、涂料體系的工藝要求、產(chǎn)品涂裝的質(zhì)量要求等方面來(lái)選擇；根據(jù)規(guī)劃產(chǎn)品特點(diǎn)、水性涂料的工藝要求本次規(guī)劃涂裝工藝流程為：上件→拋丸→清砂→下線→檢查→上線→表面除油/清理→預(yù)熱→噴底漆→閃干→烘干→強(qiáng)冷→刮膩?zhàn)印佔(zhàn)雍娓伞佔(zhàn)幼岳洹蚰?、清潔→焊縫打膠→預(yù)熱→噴面漆→閃干→烘干→強(qiáng)冷→下線→檢查修補(bǔ)。

2.3 涂裝線工藝時(shí)間

工藝時(shí)間是各工序需求的時(shí)間，工藝時(shí)間≤節(jié)拍時(shí)間×該工序的工位數(shù)，這樣才能滿足規(guī)劃的生產(chǎn)綱領(lǐng)要求；本次設(shè)計(jì)節(jié)拍時(shí)間為12 min，節(jié)拍時(shí)間滿足各工序的工藝時(shí)間要求，見(jiàn)表1。

表1 工藝時(shí)間

3 涂裝線設(shè)備設(shè)計(jì)

在進(jìn)行涂裝車間設(shè)計(jì)的工作中，要正確體現(xiàn)國(guó)家的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)各方面方針政策；要求產(chǎn)品產(chǎn)品涂裝工藝合理，采用的技術(shù)先進(jìn)、可靠、安全[2]。根據(jù)規(guī)劃的工藝流程，結(jié)合工廠的實(shí)際布局情況，在涂裝線設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)對(duì)輸送設(shè)備、拋丸設(shè)備、噴漆室、涂層固化、環(huán)保設(shè)備、涂裝線控制關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)闡述。

3.1 輸送鏈設(shè)備設(shè)計(jì)

全線配置22 組車，每組小車配2 臺(tái)環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆，采用兩車型雙驅(qū)動(dòng)載物車，下掛環(huán)鏈葫蘆，葫蘆鏈鉤吊掛吊具的結(jié)構(gòu)，即兩臺(tái)主車用柔性梁連接，小車下各掛一臺(tái)環(huán)鏈葫蘆；每組小車有2 臺(tái)帶動(dòng)力的小車組成，小車配2 臺(tái)環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆，環(huán)鏈葫蘆工作時(shí)的起升高度約為4 m，環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的起升速度為單速4 m/min。自行葫蘆輸送系統(tǒng)配備有手動(dòng)+自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)時(shí)可同時(shí)上升、下降，或者前后葫蘆單獨(dú)上升、下降及放車按鈕，滿足操作工位的上下、前傾、后傾、放車等操作需求；在無(wú)人操作工位則按工藝需求時(shí)間進(jìn)行行走、停留。

3.2 拋丸機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)

拋丸室體主體使用厚度進(jìn)口8 mm 的扎制X120Mn12 耐磨鋼板整體制作，在拋丸器直接拋射面懸掛厚度為進(jìn)口15 mm 的可更換的X120Mn12 耐磨鋼板進(jìn)行保護(hù)。拋丸室安裝有16 個(gè)帶變頻控制的拋丸器，拋丸器軸承的潤(rùn)滑采用進(jìn)口自潤(rùn)滑油罐，從而無(wú)需人工注油脂工作，避免了人工注油脂的遺忘而導(dǎo)致軸承發(fā)熱與燒毀。室體頂部行走平衡梁的開(kāi)口處設(shè)有密封裝置，均采用迷宮式密封結(jié)構(gòu)，防止鋼丸飛濺至室體外。清理室室體采用厚度5 mm 厚的鋼板焊接而成，室體內(nèi)部地面鋪設(shè)柵格板，鋼丸可以透過(guò)柵格板落入下方收集裝置，并進(jìn)入丸料循環(huán)系統(tǒng)。室體的側(cè)面設(shè)有吸風(fēng)口，除塵風(fēng)口的設(shè)計(jì)本著“上送、下吸、上排”的原則，在室體頂部設(shè)補(bǔ)氣口，室體的側(cè)面設(shè)有吸風(fēng)口，空氣流自上而下使含塵氣流盡量向下部積聚并帶走塵埃，以增加操作人員的能見(jiàn)度。清理室體頂部與側(cè)面設(shè)有LED 燈以保證室內(nèi)充足的亮度。料倉(cāng)上安裝有高中低料位傳感器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)料倉(cāng)，在拋丸機(jī)工作丸料不足時(shí)將自動(dòng)補(bǔ)充鋼丸。除塵系統(tǒng)采用袋式脈沖除塵器，達(dá)到廢氣排放濃度≤30 mg/m3，排放煙囪高度20 m。拋丸后工件表面最終達(dá)到除銹等級(jí)≥Sa2.5，無(wú)可見(jiàn)的鐵銹、氧化皮和涂料涂層等附著物，表面顯示均勻的金屬色澤的要求。

3.3 干式噴漆室設(shè)計(jì)

干式噴漆室由室體鋼結(jié)構(gòu)立柱為200 mm ×200 mm × 8 mm 的方管，室體板上部用巖棉夾芯板制作。噴漆室內(nèi)與水性漆接觸部位的鋼板及型材采用1.5 mm 厚SUS304 不銹鋼制作。室體地面采用鍍鋅格柵板。工件出入口處有自動(dòng)對(duì)關(guān)門。觀察玻璃窗采用5 mm 鋼化玻璃，燈光照明大于800 lx，四扇人員出入門，每扇門的玻璃窗外設(shè)有停電應(yīng)急指示燈。噴漆房?jī)?nèi)設(shè)有可燃?xì)怏w濃度報(bào)警裝置，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。室內(nèi)斷面空載風(fēng)速按0.5 m/s 進(jìn)行設(shè)計(jì)，噴漆室漆霧采用折流式漆霧捕集箱過(guò)濾后送入VOC 處理設(shè)備中進(jìn)行尾氣處理。

折流式漆霧捕集箱結(jié)構(gòu)：漆霧捕集箱的外殼由高強(qiáng)度硬紙板和紙護(hù)角制作，整個(gè)外殼的強(qiáng)度需滿足搬運(yùn)和漆霧捕集工況的需要。漆霧捕集箱內(nèi)部有兩段組成，分別是漆霧捕集段和終過(guò)濾段。漆霧捕集段位于漆霧捕集箱的入口端，終過(guò)濾段位于漆霧捕集箱的出口端。漆霧捕集段的作用是捕集絕大部分的漆霧，終過(guò)濾段用來(lái)全面攔截剩余的微量漆霧。漆霧捕集段包含數(shù)個(gè)漆霧捕集單元，漆霧捕集單元為彎折狀結(jié)構(gòu)，由纖維材料做成，兩個(gè)漆霧捕集單元之間并行布置且其間設(shè)置有空隙。彎折狀的漆霧捕集單元及相鄰的漆霧捕集單元之間形成的彎折的空氣流動(dòng)通道的科學(xué)布局，使漆霧捕集段形成一個(gè)立體的漆霧捕集容納空間，對(duì)漆霧的捕集容納能力極大，分離效果好。終過(guò)濾段為一層平鋪的玻璃纖維氈，采用玻璃長(zhǎng)纖維、以非織物方式制成，玻璃纖維為漸密式的布局。

3.4 涂層固化設(shè)計(jì)

烘干室采用三元體天燃?xì)馊紵g接加熱和熱風(fēng)循環(huán)方式升溫，入口、出口處采用自動(dòng)對(duì)開(kāi)門。爐膛采取耐高溫不銹鋼板（310S）制作，換熱器采取304 不銹鋼管制作。烘干溫度在80 ～100 ℃。采用低氮比例式燃燒機(jī)，NOx ＜90 mg/N·m3。第二個(gè)工位增加仿形紅外加熱，以滿足冬天工件快速升溫需求；熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)采用兩側(cè)送風(fēng)、上回風(fēng)方式。主送風(fēng)管采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，保證爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用耐溫防爆離心風(fēng)機(jī)，噪音≤85dBA。風(fēng)機(jī)開(kāi)，則燃燒器開(kāi)，燃燒器關(guān)則風(fēng)機(jī)延時(shí)關(guān)閉等安全連鎖。烘干室應(yīng)安裝超溫報(bào)警裝置，溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)應(yīng)能及時(shí)報(bào)警并自動(dòng)切斷熱源。烘道溫度通過(guò)數(shù)顯控溫儀與設(shè)定溫度值全自動(dòng)控制，烘干爐熱風(fēng)循環(huán)量為3～4 次/分鐘。烘干室產(chǎn)生的廢氣送入VOC 處理設(shè)備中進(jìn)行尾氣處理。

3.5 安全環(huán)保設(shè)備功能設(shè)計(jì)

活性炭吸附+催化燃燒裝置：含揮發(fā)性有機(jī)化合物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用，經(jīng)過(guò)活性炭吸附層，有機(jī)化合物被活性炭特有的作用力截留在其內(nèi)部，達(dá)到非甲烷總烴排放濃度≤80 mg/m3[3]，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的潔凈氣體排出；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，活性炭達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，停止吸附，此時(shí)揮發(fā)性有機(jī)化合物已被濃縮在活性炭?jī)?nèi)。啟動(dòng)催化凈化裝置內(nèi)設(shè)加熱室加熱裝置，進(jìn)入內(nèi)部循環(huán)，當(dāng)熱氣源達(dá)到有機(jī)物的沸點(diǎn)時(shí)，有機(jī)物從活性炭?jī)?nèi)跑出來(lái)，進(jìn)入催化室進(jìn)行催化分解成CO2和H2O，同時(shí)釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時(shí)，此時(shí)加熱裝置完全停止工作，有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃，尾氣再生，循環(huán)進(jìn)行，直至有機(jī)物完全從活性炭?jī)?nèi)部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機(jī)物得到催化分解處理。

活性炭吸附+催化燃燒裝置的凈化效率在80%～90%；處理的廢氣溫度不宜超過(guò)35 ℃、濃度不高于250 mg/m3；催化劑和活性炭使用壽命一般在1-2 年以上，設(shè)備正常工作使用壽命達(dá)10 年以上。

高壓汽水霧滅火系統(tǒng)：消防系統(tǒng)由煙感、溫度探頭、報(bào)警系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、噴淋（汽水霧）系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、泵站、控制系統(tǒng)組成。主要對(duì)噴漆室、補(bǔ)噴室、調(diào)漆間、活性炭吸附箱進(jìn)行消防監(jiān)控與防護(hù)；每臺(tái)設(shè)備均設(shè)有溫度（煙感）探頭，一旦發(fā)生火災(zāi)，立即報(bào)警，關(guān)閉設(shè)備進(jìn)出口風(fēng)閥，關(guān)閉天然氣及壓縮空氣供應(yīng)，關(guān)閉大門實(shí)施噴霧動(dòng)作。

3.6 中控管理功能設(shè)計(jì)

中控系統(tǒng)采用Siemens Wincc7.4 組態(tài)。中控計(jì)算機(jī)配置多屏顯示卡，可實(shí)時(shí)將各個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)投影到多臺(tái)大屏幕液晶電視上，整條生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)一目了然、清晰，本涂裝線配置1 臺(tái)60"大屏幕液晶電視，其中控制室1 臺(tái)，中控計(jì)算機(jī)放置在中控室。計(jì)算機(jī)配有UPS 不間斷電源，在軟件上具有斷電后智能恢復(fù)控制的功能。在在線狀態(tài)下可查看三年來(lái)已運(yùn)行過(guò)的各種歷史數(shù)據(jù)。設(shè)有攝像頭，便于監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在中央控制室。中控系統(tǒng)具備以下功能：工藝設(shè)備監(jiān)控、自行葫蘆送監(jiān)控、工藝溫度監(jiān)控、工藝時(shí)間監(jiān)控、能耗監(jiān)控、報(bào)警歷史記錄、數(shù)據(jù)報(bào)表管理、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)狀況視頻等。

4 結(jié)語(yǔ)

涂裝工藝設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)涂裝線的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備保證能力設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接對(duì)涂裝生產(chǎn)過(guò)程的安全、環(huán)保、效率、質(zhì)量、成本均產(chǎn)生重大影響。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇合適的工藝方法，設(shè)計(jì)與之適宜的工藝流程；再結(jié)合車間場(chǎng)地、當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)要求選擇最適宜、經(jīng)濟(jì)、高效、安全、穩(wěn)定的涂裝設(shè)備來(lái)保證工藝過(guò)程的穩(wěn)定性，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、高質(zhì)的涂裝生產(chǎn)需求。