一種防水材料噴涂車控制系統研究

紀博林

摘要：為實現在平面自動化噴涂，保證涂膜厚度均勻性、一致性，提高噴涂效率，研發了一種防水涂料噴涂車。噴涂車包括四組走行機構和轉向系統，通過控制系統實現走行速度0-7.5m/min無極調速。根據走行速度實現噴涂厚度的設置，轉向機構根據噴涂位置的變化進行0-180度轉向，這樣可以實現快速換向，提高噴涂效率。卷筒可以根據噴涂的環境進行收放電纜和噴涂液壓管道，減少人工輔助作業，實現自動化作業。噴涂系統根據噴涂的工況進行設置噴涂寬度和噴涂往復運行速度，同時框架結構采用2A14鋁合金，整車自重較輕，方便裝車和運輸。實際應用表明，噴涂車能夠有效地保證噴涂質量，提高噴涂效率，節省噴涂涂料，減少對操作人員的人身傷害。

Abstract： In order to realize automatic spraying on the plane， ensure the uniformity and consistency of film thickness， and improve the spraying efficiency， a waterproof coating spraying car is developed. The spraying car consists of four groups of running mechanism and steering system， and the running speed is 0-7.5m/min stepless speed regulation through the control system. According to the travel speed to achieve the setting of spraying thickness， the steering mechanism according to the change of spraying position to turn 0-180 degrees， which can achieve fast reversing and improve spraying efficiency. The drum can retract and release the cable and spray the hydraulic pipeline according to the spraying environment， reduce the manual auxiliary operation and realize the automatic operation. The spraying system sets the spraying width and spraying reciprocating speed according to the spraying working conditions. Meanwhile， the frame structure adopts 2A14 aluminum alloy， the weight of the whole vehicle is light， which is convenient for loading and transportation. The practical application shows that the spraying car can effectively guarantee the spraying quality， improve the spraying efficiency， save the spraying coating and reduce the personal injury to the operators.

關鍵詞：噴涂車;控制系統;走行機構;轉向系統

0? 引言

目前，防水涂料噴涂車在鐵路、公路施工中已經成熟使用。現有技術中的防水涂料噴涂車，通過操作人員手動調整后端調整輪的方向，進行控制噴涂臺車的噴涂直線度，并且噴涂的直線度和噴涂速度由操作人員的熟練程度決定，最不利的是操作防水涂料噴涂車需要操作人員需要一直跟隨噴涂車進行噴涂，這樣對操作人員傷害最大[1-3]。上述現有技術存在以下缺點：由于防水涂料噴涂車的走行直線度需要操作人員去手動控制，不能利用本身的自動控制系統進行控制直線度;噴涂速度慢，由于是操作人員控制噴涂速度，速度不能太快，這樣操作人員很難控制噴涂質量和直線度;操作防水涂料噴涂車需要操作人員一直手動調節直線度，噴涂的防水涂料對操作人員身體有傷害。

1? 噴涂車控制系統設計

1.1 設計目標

①在平面，坡度<15°能滿足噴涂要求的基面上自動行走;②單次行走噴涂寬度約0-1.5m，往復噴涂運行速度最大為2m/s;③噴涂厚度可自由設定0.5-3.0mm;④行走速度根據設定速度而定，最大行走速度7.5m/min;⑤電動驅動;⑥人工遙控器操控，轉彎及搭接寬度可人工操控。

1.2 參數計算

為實現自動噴涂，設計采用往復噴涂方式加勻速行走來控制涂膜均勻性，而涂膜厚度與噴涂機噴涂流量Q、小車行走速度V、往復寬度M、干膜密度ρ、固體含量X有關，其中流量、干膜密度、固體含量可視為定量輸入，寬度設計最大為1.5m，所以涂膜厚度只與行走速度有關，往復噴涂速度最大為1m/s。

①往復行程設為1.5m，但由于在兩端存在加速和減速會導致兩端涂膜厚度增加，通過在兩端給予一定角度的擺槍角度α來解決這個問題。

擺槍角度和行走速度與加減速的加速度有關系，行走速度為V和加速度為Δ，加減速段距離為s=V2/2Δ，例如，V=1m/s，Δ=5m/s2，這要求往復滑臺的加速度要達到5m/s2，加速度越大加減速距離越短越有利保證涂膜均勻。

②噴涂厚度與行走速度關系。

假設在①中加速段距離為0.1m，最終噴涂寬度計算結果為1.7m，減速時間為，根據計算，偏轉機構轉動加速度為2.258π/s。

噴槍擺動距離與均勻性有關，而涂膜厚度與小車行走速度有關，根據上面計算擺動寬度1.5m，成膜寬度為1.614，輸入變量涂膜厚度h、固含量X、干膜密度ρ、噴槍流量Q，噴涂過程滿足如下公式：

這樣可以根據要噴不同厚度的涂膜即輸入不同厚度參數即可自動算出小車行走速度，因為流量、固含、干膜密度都會根據料和設備不同有不同變化，所以都要成為變量，但主要追求的是厚度所以厚度也為變量這樣在操作機器時需輸入Q、X、H、ρ，即可自動算出小車要自動控制的行走速度。

1.3 噴涂控制系統設計

①噴涂模式選擇。

選擇噴涂模式時，電磁閥接收信號開始噴涂，往復機往復運動，開槍坐標、關槍坐標可根據噴涂距離進行任意設定（0-2m），往返點緩沖可選關油或開油;適合連續傳送的工件;往復次數可設定，噴涂啟動信號可人為控制，噴完設定次數后可停止，等候下一信號，適合間斷生產類型工件;每種模式開關槍位置可以單獨控制;往復速度最高設置為1m/s。

②小車控制方案。

為保證小車的直線運動，小車行走系統可帶轉向，與參照物（拉線）保持一定的距離。小車的行走速度為0-7.5m/min，在此范圍內速度可調，為使用方便，小車底盤加入回轉系統。

③噴槍往復控制方案。

該往復運動采用單軸控制，硬件設備有伺服電機和PLC，一般的往復運動的控制過程為先加速再勻速最后減速，在加減速的過程中由于速度較慢，容易導致噴涂厚度不均，在這個過程中為保證噴涂的均勻，槍頭可擺動，在加減速的過程中槍頭要向內側擺動。往復運動的速度為1m/s，根據實際的噴涂厚度，調節合適的速度及噴槍流量。

2? 噴涂車關鍵技術

防水涂料噴涂車由車架、走行系統、轉向系統及噴涂機構組成。采用內齒輪回轉支撐（013.25.315），需要轉向時，控制器控制轉向電機減速機帶動進行90度轉向[4]。防水涂料噴涂車關鍵技術包括以下5個方面：

①噴涂機構采用伺服電機驅動控制實現往復運動速度范圍寬，調速方便;

②噴涂機構的轉向機構采用調速電機及減速機驅動噴涂機構轉向，其轉向范圍為0-180°，為了保證轉向的精度加設限位器進行控制;

③走形系統采用四個同等型號的變頻電機及減速機驅動，并加設糾偏裝置可以保證走形機構走形直線度，并且采用變頻電機可以實現調速范圍寬，調速靈敏;

④卷筒采用調速電機及減速機驅動，并根據走形系統的速度進行調速，實現電纜和涂料供給管路長短控制，減少噴涂人員的配置;

⑤控制系統采用全自動控制并加設無線裝置，可以實現遠距離操作，減輕對操作人員的傷害。

3? 結論

噴涂車采用四臺相同型號的調頻電機和轉向調速電機進行控制走形速度和直線度，在噴涂過程中，根據設置的噴涂界限進行噴涂，當發生偏離界限時，系統根據反饋的位置偏差進行修正走形速度，保證噴涂的直線度。再噴涂過程中，當噴涂距離超過放置的電纜和噴涂液壓管時，卷筒進行轉動，釋放電纜和噴涂液壓管，根據需要也可以收攏電纜和噴涂液壓管。現場應用表明：噴涂車能夠有效地保證噴涂質量，提高噴涂速度且實現自動化噴涂，保證涂膜厚度均勻性、一致性提高噴涂效率[5]。自動化涂車可作為同類工程施工提供相關參考，具有一定的推廣意義。

參考文獻：

[1]任駿鋒.基于PLC和組態軟件的非晶涂層噴涂裝置控制系統的研究[D].北京化工大學，2016.

[2]鄭元國，徐劍蕓.基于PLC及步進電機控制的自動噴涂機[J].機械工程與自動化，2011（06）：119-120.

[3]蘇敏.新型下涂劑噴涂車的研制[J].工程機械，2006（10）：11，26，82.

[4]嚴生貴，白書亞，沈承金.機械化電弧噴涂裝置及應用[J].腐蝕與防護，2002（09）：395-396.

[5]盧紅旗.智能數碼迷彩噴涂技術及裝備研制[D].西安理工大學，2018.