涂膠機(jī)器人輸膠系統(tǒng)壓損的研究

王學(xué)飛，王宬舒，宋衍國

（1.一汽-大眾汽車有限公司規(guī)劃部涂裝規(guī)劃科，吉林 長春 130011；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林 長春 130011）

引言

目前廣泛使用的機(jī)器人供膠系統(tǒng)控制方式主要分為壓力流量控制和定量機(jī)控制。兩種控制方式各有特點(diǎn)和優(yōu)勢。壓力流量控制方式經(jīng)濟(jì)成本低，但噴涂流量對壓力十分敏感，因此對給料壓力穩(wěn)定性要求高。而定量機(jī)即柱塞泵，其通過柱塞給料體積（機(jī)器人程序中預(yù)設(shè)參數(shù)）對噴槍實(shí)現(xiàn)特定體積的材料供給，雖噴涂流量對壓力變化敏感性降低，但定量機(jī)專為特定范圍壓力所設(shè)計(jì)，仍有明確運(yùn)行壓力要求。

綜上，從前期的項(xiàng)目設(shè)計(jì)到后期現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試，噴涂壓力是實(shí)現(xiàn)良好噴涂結(jié)果至關(guān)重要因素。眾所周知，流體在管中流動時由于能量損失而引起壓力降低，即流體與壁面摩擦產(chǎn)生壓力損失。本文將重點(diǎn)研究流體管道流動壓降影響因素，以此為依據(jù)進(jìn)行管路設(shè)計(jì)，以保證特定的給料壓力實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)流體的特性我們知道，壓損與輸送壓力、管徑、長度等參數(shù)有關(guān)，而實(shí)際現(xiàn)場輸膠管路的布置不可能等徑，直線鋪設(shè)，必然會存在轉(zhuǎn)彎，變徑，而這些都會影響壓力損失。

圖1 壓力控制和定量缸控制原理

1 壓力損失計(jì)算與分析

流體在管道中流動時，由于流體具有粘性，要損失一部分能量，能量的損耗表現(xiàn)為壓力損失，我們知道流體在流動時產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：沿程壓力損失和局部壓力損失。

沿程壓力損失，根據(jù)Graco的經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：λ-沿程阻力系數(shù)，Q-流體的流量(gal/min)，V-流體的粘度（centipoise），L-管路的長度(feet)，D-流管路的直徑(inch)。

根據(jù)上述公式顯然，管路直徑越大，供膠系統(tǒng)管路長度越小，壓力損失越小。

局部壓力損失，局部壓力損失與流體的動能有關(guān)，公式如下：

其中：ζ-局部阻力系數(shù)，ρ流體密度-，υ-流體流速

管路中存在閥、過濾器、接頭、彎頭等這些都是產(chǎn)生局部壓力損失的原因。

綜上，在建造輸膠系統(tǒng)時如何優(yōu)化管路長度，優(yōu)化管路彎頭數(shù)量，采用何種接頭，彎頭，對壓力損失的降低具有重要意義。

2 現(xiàn)生產(chǎn)壓損分析

在一汽-大眾的涂裝車間，一級直供是后續(xù)供膠系統(tǒng)的發(fā)展方向，因此這里只討論一級直供的方案。

圖2 供膠系統(tǒng)生產(chǎn)線布局實(shí)際情況

根據(jù)目前一汽大眾的涂裝車間輸膠管路布置方案，輸膠管路長度大約是50m，管路規(guī)格是42*3mm，一級泵的增壓比是57:1，機(jī)器人的流量按照1.8L/min計(jì)算，因此由于輸膠管路長度產(chǎn)生的壓損[1]：

由上可見當(dāng)前狀態(tài)由于沿程損失產(chǎn)生的壓降基本可以忽略不計(jì)。而現(xiàn)場實(shí)際壓損比理論計(jì)算的要大，因此可以推測產(chǎn)生的壓損是由局部壓力損失產(chǎn)生。

輸漆系統(tǒng)產(chǎn)生局部壓損的部件如下表所示：

表1 輸漆系統(tǒng)產(chǎn)生局部壓損的部件

如圖所示為產(chǎn)生局部壓損的組件，其中過濾器，閥組數(shù)量是一定的，因此由此產(chǎn)生的壓損是一定的，想要降壓損，需要優(yōu)化直角彎頭，壓力表的數(shù)量以及布局。

圖3 供膠系統(tǒng)局部壓損舉例

3 壓損實(shí)驗(yàn)

由上述分析，產(chǎn)生壓損的重要可控因素是直角彎頭的形式以及數(shù)量，因此設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)研究直角彎頭產(chǎn)生的壓損。

圖4 實(shí)驗(yàn)原理圖

實(shí)驗(yàn)方法如下：設(shè)計(jì)一段管路，管路通過兩種形式實(shí)現(xiàn)，一是管路彎曲，一是使用直角彎頭（7個），管路的形狀和長度完全相同，在管路入口以及出口安裝壓力表，出口安裝膠槍，實(shí)驗(yàn)時，先保證系統(tǒng)的靜態(tài)壓力相同，然后將膠槍開口完全打開，實(shí)時測量系統(tǒng)進(jìn)出口的動態(tài)壓力。實(shí)驗(yàn)兩種管徑，作為對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

表2 兩種管徑對比試驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，采用直角彎頭產(chǎn)生的壓損要大于采用直接彎管產(chǎn)生的壓損，因此后續(xù)在進(jìn)行涂裝供膠系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)時，盡量采用管路折彎的形式，減少直角彎頭的使用，可以再一定程度上降低壓損。

4 總結(jié)

通過上述研究，輸膠系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對壓力損失的降底有重要意義，可節(jié)約能源，降低工廠運(yùn)行成本，具體結(jié)論如下：

（1）合理的管徑，當(dāng)管路尺寸大于42mm*3mm時，壓損已經(jīng)很小；

（2）盡量減小供膠間與機(jī)器人站的距離；

（3）合理的管路布局，減少直角彎頭的使用，必要時采用直角彎管。

[1] http: // www.graco.com/cn/zh/products/finishing/dura-flo-and-xtreme- pumps.html[OL].