客車轉向架水性漆涂裝裝置的改造與應用

王邦政

中國鐵路上海局集團有限公司合肥車輛段，安徽合肥，230011

0 引言

近年來，隨著人們環保意識不斷增強，對溶劑型涂料中的揮發性有機化合物（VOC）的管控越來越嚴格，水性漆作為一種以水為稀釋劑的新型環保涂料，以其自身良好的透氣性、延展性、不易開裂、耐老化，不含笨及苯的衍生物類有機溶劑等特點[1]，被越來越多的企業使用。目前水性漆已成功應用于軌道車輛中的地鐵、部分動車組產品中，涂裝質量穩定可靠[2]。我國普速鐵路車輛在維修時仍有大部分采用溶劑型漆，為達到節能減排的要求，減少VOC的排放，鐵路車輛涂料水性化勢在必行。

溶劑型漆干燥過程中揮發的是有機溶劑，空氣中水分的多少不影響其干燥速度，而水性漆干燥過程中揮發的主要是水，空氣濕度會嚴重影響水性漆中的水向空氣中的揮發速度，即影響水性漆的干燥速度。客車轉向架在使用水性漆進行涂裝時，主要需解決環境相對濕度較大時的干燥及揮發性有機物（VOC）處置問題，以保證生產效率及環保要求。

1 改造詳情

1.1 總體目標

考慮減少空氣污染，同時保證生產效率，結合客車轉向架配件檢修要求以及水性漆對作業環境溫濕度要求對相關設備進行改造，在油漆房中新建無泵水幕式除漆霧裝置，對漆霧做進一步處理；淘汰原燃油加熱烘干設備，新建電加熱式烘干室；為便于轉向架配件周轉，在噴漆房和烘干室之間改造T字形軌道，新增智能轉盤，減少上下料時間，提高工作效率。

1.2 改造詳情

整套裝置由噴漆房、電加熱式烘干室、智能轉盤、輸送平車等部分組成，相關功能介紹如下。

1.2.1 轉向架水性漆涂裝裝置總體方案及工藝過程

（1）總體方案：為節約成本，仍采用人工噴涂，同時因水性漆烘干時間較長，為提高生產效率，實現兩輛輸送平車可同時進行上下料周轉，設置噴涂區、烘干房、下料區，并在三者間設置“T”字形軌道，“T”字形軌道交匯處設置一個φ3.6m的電動轉盤，作為連接和分配輸送平車的中心樞紐，具體見圖1。

圖1 轉向架噴漆烘干工藝布局簡圖

（2）工藝過程：輸送平車①上料后，經過轉盤進入噴涂區進行噴涂作業；此時輸送平車②可同時快速通過烘干房，經過轉盤進入到上料區，進行上料作業；輸送平車①完成噴涂作業后，經過轉盤直接進入電加熱式烘干房對工件進行加熱、烘干；此時輸送平車②可進入噴漆區進行噴涂作業；輸送平車①完成烘干后，可在下料（2）區完成下料，空車回來后，把輸送平車②經轉盤進入噴涂房，輸送平車①經烘干房、轉盤回到上料區進行上料作業；輸送平車②從噴涂房再次駛入烘干房，待完成烘干作業后可在下料（2）區下料，這樣兩輛車可以實現循環工作，效率可提高一倍。

1.2.2 噴漆區噴漆房改造

噴漆室應保證良好的通風和適當的換氣次數，為涂裝作業提供良好的施工環境[3]，本次改造首選噴漆室門不封閉方案，采用無泵水幕式除漆霧裝置對漆霧進行處理，方案見圖2。

圖2 轉向架噴漆室簡圖

在噴涂工作進行時，無泵水幕噴漆室利用負壓風機在靜壓室內產生負壓從而形成循環水幕，因水中添加特殊的絮凝劑，含有漆霧的空氣與水幕撞擊后，部分粘性物質被截留于水中結成渣塊，部分水自然蒸發，經負壓風機（內置活性炭）排放至大氣中，如此循環往復，達到漆霧處置效果，因該裝置無水泵及復雜的管道系統，避免了水泵管道及噴嘴堵塞問題，僅需定期添加新水并處置水中渣塊即可。

1.2.3 通過式電加熱烘干房

水性漆烘干方式有制冷除濕和熱風烘干兩種方式，可同時采用紅外輔助加熱等方式[4]，本方案中新建了通過式電加熱烘干房，安裝電加熱烘干系統，主要由熱風循環風機、陶瓷黑鏡晶加熱管、排濕風機、風幕機、溫控裝置、照明裝置等組成，烘干溫度可根據季節和工藝要求在30℃至70℃間調整，具體見圖3。

圖3 轉向架烘干房簡圖

（1）主要技術指標：

①房體（外形尺寸：長9600mm，寬4660mm，高2500mm）采用75mm夾芯巖棉板制作，兩端貫通，可同時滿足兩輛輸送平車進入。

②采用熱機循環風機及黑晶管遠紅外加熱管加熱，功率計算如下。

已知空氣密度ρ=1.29kg/m3、房間體積V=9.6*4.66*2.5=111.84m3、空氣的比熱容c=1000J/（kg·℃）、假設需在5分鐘即t=3600s將室內空氣由24℃加熱至50℃（Δt=26℃），在不考慮熱損耗的情況下，計算需要功率。

由于場地限制，為便于轉向架轉運，烘干室兩端不封閉，使用1.5KW風幕機隔阻冷暖風，造成熱量損耗較大，加之地面熱傳導、水性漆烘干吸熱、熱機效率等因素，實際使用中熱效率η≈5%。需要功率P實際≈22kW，考慮冬季0℃時Δt＞50℃，此時P冬季＞44kW。為保證生產效率，便于根據環境溫度調節加熱功率，采用分組設計，同時為防止電加熱出現故障，設置冗余量，采用一臺30kW熱風循環風機，72kW黑晶管遠紅外加熱管（每組6kW，共計12組）。

③因濕度會影響水性漆干燥速度，需定期對烘干方進行抽濕處理，選用1.5kW排濕風機一臺，風機內置活性炭，對揮發漆霧進行處置。

1.2.4 自動轉盤

在烘干房與噴漆區間安裝自動轉盤（φ3.6m），采用PLC控制，實現90。旋轉，并具有低速啟動、減速停車以及急停功能，保證轉向平穩、安全、可靠，具體見圖4。

圖4 轉向架智能轉盤簡圖

（1）主要技術指標

轉盤自重1000kg，噴涂配件中轉向架構架最量，重量約為1500kg，作業時可兩件同時噴涂，則重物質量m=4000kg，假設重物放置后重心與圓盤中心重合，取摩擦系數μ為0.1，則F=μmg=4000N；

轉盤運行一周S=πd≈12m，實際工作中轉動1/4周，即S實際≈3m；

轉動用時10s，假設轉動全程勻速，則V=S實際/t=0.3m/s；

估算需要功率P=F*V=1.2kW。

考慮設計冗余量，避免電機燒損，選取1.5kW電動機驅動。

1.2.5 輸送平車

根據轉向架部件尺寸定制遙控轉向架自動輸送車，采用鋰電為驅動電源，考慮輸送平車在烘干房工作時處于高溫環境，對鋰電池和電控電器進行耐高溫防護。

1.3 效益分析

1.3.1 經濟效益明顯

相較我段原采用的燃油加熱烘干方式，采用電加熱后大大降低了能源成本，智能溫控裝置也可根據實際需要調節加熱溫度，通過前后成本對比我們發現，用燃油加熱烘干一次30分鐘耗油成本約為80元，耗電成本約為20元，同等工作效能下，燃油消耗成本約為電力的4倍。同時，改成“T字型軌道+智能轉盤”的設計后，使得兩輛輸送平車可同時工作，既節省了工作空間，工作效率也提升了一倍。

1.3.2 安全、環保效益顯著

燃油加熱不充分燃燒產生黑煙，排放不達標[5]，而且對火星、電磁等極為敏感，長期使用，既不環保且存在極大的消防安全隱患，一旦發生火災，將會造成不可估量的損失。改用電加熱后，降低了火災風險，同時無泵水幕除漆霧及活性炭吸附裝置的使用，也極大降低了環境污染，改善了檢修現場環境，進一步保護了從業人員人身安全。

2 改進思考

（1）本方案中受場地及資金限制，烘干室采用通過式，烘干室地面也未進行改造，導致烘干時熱量損耗加大，如能將烘干室改為密閉式，同時對烘干室地面、外壁采用更加優良的保溫材料，提高熱效率，能進一步減少烘干時間，降低成本。

（2）方案中利用T字型軌道使得兩臺輸送平車可同時作業，如場地允許，可建立環形軌道或采用RGV小車進行配件輸送，實現輸送車環形作業乃至多車同時作業，進一步提高生產效率。

（3）本方案中噴漆仍采用人工噴漆作業，簡化作業、作業標準不落實等人為因素造成漆厚不達標、漆膜覆蓋不全面等問題，影響涂裝質量，如使用自動噴漆機器人取代人工作業，固定噴涂時間，加強彎角等小區域噴涂，可進一步提高防腐質量。

3 結語

在采用該套裝置進行水性漆涂裝后，我們選取了部分段修車輛每月進行運用質量追蹤，經半年來運用情況追蹤，被選取車輛水性漆防腐性能良好。該涂裝裝置的改造，有力推動了水性漆在鐵路車輛維修行業的應用，進一步降低了VOC的排放量，實現了節能減排目標，希望此設計可以為行業內在進行相關環保治理工程時提供參考。