整車下線淋雨工藝技術及應用

2015-04-16 07:41:50楊康和

機械制造 2015年6期

□ 楊康和

安徽江淮汽車股份有限公司合肥 230091

汽車的密封性能是汽車一種很重要的指標，密封性能的好壞直接影響到汽車總體綜合性能。汽車淋雨試驗是一種人工環境的試驗方法，用于測試汽車的密封防雨性能。筆者對本公司轎車生產線的淋雨工藝進行了詳細分析及設計，項目投入使用后，通過一系列相關參數的計算及驗證，證明效果良好。另外，本文還對淋雨形式的分類及不同生產工藝下的淋雨方式及要求進行了簡單說明。

1 術語與定義

（1）滲：水從縫隙中緩慢出現，并沿車身內護面蔓延，有水跡但沒有形成滴水或流水。

（2）滴：水從縫隙中出現，并以每分鐘少于等于60滴（慢滴）或多于60滴（快滴）的速度離開車身內護面，斷續落下，形成滴水或流水，或滴水和流水同時出現。

（3）流：水從縫隙中出現，并沿著或離開車身內護面連續不斷地向周圍或向下流淌。

（4）無滲漏：指車廂內不見任何水跡。

（5）淋雨壓力（噴射壓力）：是指淋雨試驗室的噴嘴噴射壓力，單位kPa。

（6）淋雨強度：汽車在淋雨試驗室做淋雨試驗時單位時間內的淋雨量，單位mm/min。

（7）淋雨時間：汽車在淋雨試驗室內的淋雨時間，單位 s。

（8）淋雨面積：由車型的外形尺寸面積決定，單位mm。

（9）淋雨室的外形尺寸：由淋雨面積決定（也可以由車輛的外形尺寸確定），單位mm。

（10）循環水泵、排污泵：循環水泵的揚程由淋雨壓力決定，排水量由淋雨強度、淋雨面積、淋雨壓力確定，排污泵參數主要由蓄水池的容積決定。

（11）蓄水池容積：由淋雨量、淋雨時間、設定循環水沉淀時間等參數決定。

（12）淋雨室基礎：基礎大小由淋雨室面積決定（基礎具有滿足防滲水的功能）。

2 淋雨試驗室分類及特點

淋雨試驗室可分為動態淋雨室與靜態淋雨室兩大類。

2.1 動態淋雨室

動態淋雨室一般為板鏈通道式，用于汽車下線前對整車淋雨密封性逐臺進行試驗的設施，其特點為通過性好、淋雨時間短、循環用水、集淋雨和風干為一體，動態淋雨室主要由室體、噴淋系統、吹干系統、輸送系統和控制系統組成，整體結構如圖1所示。

室體：主要作用是形成封閉的試驗區域與非試驗區的隔離，一般采用復合墻體結構，內層用鍍鋅板，外層為彩鋼板，中間填隔音材料，骨架用型鋼焊接而成。

噴淋系統：噴淋水泵從蓄水池中抽水，經過主管道和手動過濾器，進入次管道，再通過實驗車輛四周的噴嘴噴向汽車表面；噴淋之后的水通過格柵進入到污水池，經過過濾和沉淀循環使用。

吹干系統：由風機、風箱、風管等組成，吹干淋雨后車輛的頂部、側面和底部。

輸送系統：一般為板鏈式，板鏈輸送速度決定淋雨時間，可以通過變頻器來調節。

▲圖1 動態淋雨室整體結構示意圖

控制系統：由控制電器、流量計、壓力表等組成，對車輛試驗時間、淋雨強度、噴射壓力進行調整控制。

2.2 靜態淋雨室

靜態淋雨室可分為地面通道式與地面非通道式。前者結構簡單、操作方便、循環用水，用于批量汽車試驗用；后者占地面積少、淋雨時間長、非循環用水，主要用于返修車檢驗和整車試驗用。靜態淋雨室主要由室體、噴淋系統和控制系統組成，設備示意如圖2所示。

▲圖2 靜態淋雨系統設備示意圖

3 轎車淋雨線設計

轎車生產由于生產節拍較快，故淋雨試驗方式為動態節拍式試驗，室體的長度不是按照車體長度來設計，而是按照生產節拍、車輛長度及淋雨線的線速度來設計的。淋雨線采用板鏈式輸送系統。

3.1 產品參數

見表1。

3.2 工位間距

依據整車最長尺寸4 865 mm，再增加兩車前后安全距離，工位間距取整數6 000 mm。

3.3 淋雨線輸送速度

淋雨線輸送速度 Vmax=x（1+b）lna），取：淋雨線工位間距l=6 000 mm，淋雨線數目n=1，設備開動率a=85%，返修復檢率b=5%，生產線滿產能x=40輛/h，代入求得Vmax=3.5 m/min，為保證產能提升空間，取最大速度為4 m/min。

3.4 淋雨強度

3.4.1 國標規定

（1）淋雨強度要求（見表 2）。（2）噴嘴的噴射壓力為 69～147 kPa。

（3）淋雨時間為15 min。

（4）底部噴嘴與地板下表面距離為300～700 mm，其余部位噴嘴與車體外表面距離為500～1 300 mm。

表1 車型尺寸/mm

表2 淋雨強度參數表/（mm/min）

（5）噴嘴布置應保證規定的車體外表面都被人工雨均勻覆蓋，不存在死區。

3.4.2 淋雨參數校正

國標要求淋雨時間為15 min，但受淋雨線場地所限，只能在提高淋雨強度的情況下減少淋雨時間。一般情況下取淋雨強度為國家標準的3～4倍，相應的淋雨時間可以減少到 15/3 （15/4）=5（3.75）min。取淋雨時間為4 min，則噴淋強度可參考表3。

3.5 淋雨段長度計算

S=4V=4×3.5=14 m

3.6 淋雨面積

淋雨標準面積由所試驗的車型外形尺寸決定，是車身頂部、側面、前后圍及底部6個面積之和（承載式車身需要下部噴淋，非承載式車身下部不需要噴淋）。

式中：L 為修正車身長度，L=l+（0.5～1.0），l為車身長度；M 為修正車身寬度，M=m+（0.5～1.0），m 為車身寬度；T 為修正車身側圍高度，T=t-R+（0.4～0.6），t為車身高度，R為輪胎自由半徑。

3.7 淋雨噴嘴

一般要求噴嘴之間的排布距離為500～600 mm，該項目取噴嘴間距為500 mm。每排噴嘴包括噴嘴的數量為：頂噴（前噴）4個（適合1 900 mm的車寬），兩側各3個（適合1 800 mm的車高），底部2個（考慮到傳送板鏈），這樣每排噴嘴數量為12個，整個噴淋線共14 000/500=28 排，總噴嘴數量 N=（14 000/500）×12=336個。

①前噴噴嘴數量為28×4=112個，前噴單個噴嘴流量為47.88/112=0.43 m3/h。

② 側噴噴嘴數量為28×3×2=168個，側噴單個噴嘴流量為72.58/168=0.43 m3/h。

③ 底噴噴嘴數量為28×2=56個，底噴單個噴嘴流量為31.92/56=0.57 m3/h。

根據每個噴嘴要求的流量0.43～0.57 m3/h以及噴嘴的耐壓值，選擇噴嘴的型號為（正常壓力為3 bar）實心錐形噴嘴 CY1-14-PP+MB2+ZT12.5-SS，噴射角度約為 70°。

3.8 淋雨室外形尺寸

表3 淋雨強度校正參數表/（mm/min）

▲圖3 噴嘴噴射范圍的截面示意圖

圖3為噴嘴噴射范圍的截面圖，70°表示噴嘴的噴射角度，2個噴嘴朝下噴射形成的兩條交叉線以下區域表示噴嘴的噴射范圍，如相鄰噴嘴之間的距離為500 mm，可以得出噴嘴離車身最小的噴射距離為355 mm（＜355 mm將存在噴射死區）。按照國標規定：底部噴嘴與地板下表面距離為300～700 mm，其余部位噴嘴與車體外表面距離為500～1 300 mm。因此取左右側、上側噴嘴離車身的距離為500 mm，下側噴嘴離車身距離為400 mm，可滿足要求。

當噴嘴離車身表面距離為500 mm時，單個噴嘴的覆蓋范圍為700 mm，每增加一個噴嘴，噴射覆蓋范圍增加500 mm，如圖4所示。由圖可知，3個噴嘴覆蓋范圍為700+500+500=1 700 mm；4個噴嘴覆蓋范圍為700+500+500+500=2 200 mm，噴嘴數量的選擇跟車型的尺寸有直接關系。

▲圖4 多噴嘴噴射覆蓋范圍示意圖

考慮到車型最小離地間隙大于100 mm，對1 800 mm的車高，側圍需要覆蓋的范圍為1 800-100=1 700 mm，3個噴嘴即可滿足要求；對1 900 mm的車寬，4個噴嘴即可滿足要求。

淋雨室高度要求：1 800（車身最大高度）+500（噴嘴到車身距離）+1 000mm（噴嘴安裝到室體壁的距離，通常情況下取值500～1 000 mm，根據轎車一期取值為1 000 mm）=3 300 mm。

淋雨室寬度要求：1 900 mm （車身最大寬度）+［500 mm（噴嘴到車身距離）+300 mm（噴嘴安裝到室體壁的距離，取值為300 mm）］×2=3 500 mm。

淋雨室長度要求：連續方式根據輸送線速度及噴淋需要時間確定室體長度、淋雨段長度為14 m（另外進出段各加1 000～1 500 mm防止水濺出段），根據情況，本項目取值1 500 mm，并且在工件送入端設置風簾，防止水霧飄出。最終確定淋雨室長度為14 000+1 500×2=17 000 mm，如圖 5所示。

3.9 水泵流量

▲圖5 整車淋雨段

淋雨系統的最大流量：式中：Q 為流量，m3/h；S 為淋雨面積，m2；F 為淋雨強度（取較大值），mm/min。

前噴用水量：Q1=(60/1 000)SF=(60/1 000)×26.6×30=47.88 m3/h

側噴用水量：Q2=(60/1 000)SF=(60/1 000)×50.4×24=72.58 m3/h

底噴用水量：Q3=(60/1 000)SF=(60/1 000)×26.6×20=31.92 m3/h

總噴水用量（淋雨系統的最大流量）為：Q=Q1+Q2+Q3=47.88+72.58+31.92=152.38 m3/h。

3.10 循環水泵、排污泵

循環水泵的揚程由淋雨壓力決定，循環水泵的流量由淋雨強度、淋雨面積、淋雨壓力確定，循環水泵的揚程H不小于35 m［揚程參數說明：淋雨壓力應≥150 kPa，考慮到淋雨壓力的調節范圍是150～300 kPa，壓力損失50 kPa（蓄水池高度和淋雨噴嘴高度差，管路各處壓力損失等），所以需求的壓力為300+50=350 kPa。因為35 m的揚程能產生350 kPa的壓力（根據大氣壓強原理計算得出），所以循環水泵的揚程H要不小于35 m］。流量Q0的計算式如下：

（1）水泵選擇。根據總噴水流量152.38 m3/h、揚程35 m，選擇水泵的型號為KQW125/170-22/2，流量為166 m3/h，揚程為 34.5 m，轉速為 2 960 r/min，電機功率為22 kW。

（2）排污泵參數。排污泵參數主要由蓄水池的容積決定，排污泵的管徑要≥50 mm，排污泵流量計算如下：

式中：V為蓄水池容積,m3；t1為排水時間，一般取（2.0～3.0） h。

3.11 噴淋管路的管徑計算

按照管路直徑最大流量限制來確定主管路和支管路以及噴淋管路管徑（經驗數據），主管路中的流量為152.376 m3/h=42.33 L/s，選擇管徑為150 mm；支管路中的最大流量為72.58 m3/h=20.16 L/s，選擇管徑為120 mm；噴淋管路中的最大流量為9.3 L/min，選擇管徑為60 mm。