工程機械結構件涂裝線規劃設計與應用

吳佳春

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著國家工業化的進程，工程機械產業近十幾年來一直持續快速發展，為國家的建設做出了重要貢獻。涂裝是工程機械生產的一個重要過程，隨著國家的藍天保衛戰的落實，對涂裝線的VOCs 排放提出了更高的要求，客戶對產品的外觀要求也不斷提高。要滿足規定的排放要求及不斷提高涂裝表面質量，就必須有相應的涂裝設備進行支持。涂裝車間設計包括工藝設計、設備設計、建筑及公用等，工藝設計貫穿整個涂裝車間的項目設計，工藝設計的優劣直接影響涂裝和制品的品質，對生產效率和涂裝成本產生重大影響[1]。因此，在設計涂裝線的時需要從涂裝工藝方法、涂裝生產工藝、涂裝設備能力、安全環保方面考慮，選擇最適宜的工藝和設備。

1 工藝方法設計

現有工程機械產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。

1.1 工藝方法分析

（1）粉末工藝：粉末涂料由于不含溶劑，對環境基本無污染[2]，是目前最為環保的涂料，其主要優點是無VOC（揮發性有機化合物）排放、無油漆廢水排放、無廢漆渣排放、噴涂操作技能要求低。其主要缺點是烘烤固化溫度高、換色難度大、磕碰瑕疵修補難；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。

（2）水性漆工藝：水性涂料是目前較為環保的涂料，是替代油性涂料的主要產品。其主要優點涂料VOC 含量低，生產過程中可降低VOC 的排放；主要缺點是施工環境溫度要求高、存儲環境有溫度要求、涂層干燥速度較慢、溶于水的涂料廢水處理難度相對高、涂料使用成本相對高；水性漆工藝可代替現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。其主要優點涂料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：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有的所有油性漆工藝的涂裝。

（4）油性漆工藝：油性漆是現階段涂層性能級施工性能較高的涂料。其主要優點施工性能、涂裝質量好；主要缺點VOC 的含量高，對環境空氣污染大；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使用。其主要優點是防腐性能優異、水性電泳漆VOC 含量低、生產效率高；主要缺點涂層干燥溫度高、需要配備電泳槽及專有配套電泳設備、不適用于有排液不暢及內腔多的工件。

1.2 工藝方法選型

本次策劃結構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、涂層外觀質量需求不一致，綜合以上條件與結合國家環保要求最終涂裝線選擇按水性漆工藝進行設計。

2 水性漆涂裝線工藝設計

在選擇了合適的涂料體系后，便應按照規定的技術要求，選擇合適的施工工藝和施工設備，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，結合水性漆工藝技術要求從節拍設計、工藝流程、工藝時間三個關鍵方面進行規劃描述。

2.1 涂裝線節拍設計

節拍是根據涂裝生產設計綱領和生產的工作時間進行設計，即每年安排生產的總時間除以涂裝計劃生產的總量得到生產節拍，一般情況下生產時間取90%上班時間為有效利用時間；例如：250 天/年×2 班/天× 8h/班× 60min × 90%/掛數= 節拍時間。

2.2 涂裝線工藝流程設計

工藝流程的選擇需要根據產品的特點、涂料體系的工藝要求、產品涂裝的質量要求等方面來選擇；根據規劃產品特點、水性涂料的工藝要求本次規劃涂裝工藝流程為：上件→拋丸→清砂→下線→檢查→上線→表面除油/清理→預熱→噴底漆→閃干→烘干→強冷→刮膩子→膩子烘干→膩子自冷→打磨、清潔→焊縫打膠→預熱→噴面漆→閃干→烘干→強冷→下線→檢查修補。

2.3 涂裝線工藝時間

工藝時間是各工序需求的時間，工藝時間≤節拍時間×該工序的工位數，這樣才能滿足規劃的生產綱領要求；本次設計節拍時間為12 min，節拍時間滿足各工序的工藝時間要求，見表1。

表1 工藝時間

3 涂裝線設備設計

在進行涂裝車間設計的工作中，要正確體現國家的技術、經濟各方面方針政策；要求產品產品涂裝工藝合理，采用的技術先進、可靠、安全[2]。根據規劃的工藝流程，結合工廠的實際布局情況，在涂裝線設備設計時重點對輸送設備、拋丸設備、噴漆室、涂層固化、環保設備、涂裝線控制關鍵設備進行設計闡述。

3.1 輸送鏈設備設計

全線配置22 組車，每組小車配2 臺環鏈電動葫蘆，采用兩車型雙驅動載物車，下掛環鏈葫蘆，葫蘆鏈鉤吊掛吊具的結構，即兩臺主車用柔性梁連接，小車下各掛一臺環鏈葫蘆；每組小車有2 臺帶動力的小車組成，小車配2 臺環鏈電動葫蘆，環鏈葫蘆工作時的起升高度約為4 m，環鏈電動葫蘆的起升速度為單速4 m/min。自行葫蘆輸送系統配備有手動+自動兩種控制方式，手動時可同時上升、下降，或者前后葫蘆單獨上升、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；在無人操作工位則按工藝需求時間進行行走、停留。

3.2 拋丸機設備設計

拋丸室體主體使用厚度進口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口15 mm 的可更換的X120Mn12 耐磨鋼板進行保護。拋丸室安裝有16 個帶變頻控制的拋丸器，拋丸器軸承的潤滑采用進口自潤滑油罐，從而無需人工注油脂工作，避免了人工注油脂的遺忘而導致軸承發熱與燒毀。室體頂部行走平衡梁的開口處設有密封裝置，均采用迷宮式密封結構，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，室體內部地面鋪設柵格板，鋼丸可以透過柵格板落入下方收集裝置，并進入丸料循環系統。室體的側面設有吸風口，除塵風口的設計本著“上送、下吸、上排”的原則，在室體頂部設補氣口，室體的側面設有吸風口，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度。清理室體頂部與側面設有LED 燈以保證室內充足的亮度。料倉上安裝有高中低料位傳感器，可實時檢測料倉，在拋丸機工作丸料不足時將自動補充鋼丸。除塵系統采用袋式脈沖除塵器，達到廢氣排放濃度≤30 mg/m3，排放煙囪高度20 m。拋丸后工件表面最終達到除銹等級≥Sa2.5，無可見的鐵銹、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 干式噴漆室設計

干式噴漆室由室體鋼結構立柱為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對關門。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有停電應急指示燈。噴漆房內設有可燃氣體濃度報警裝置，當可燃氣體濃度超過設定值時，自動報警。室內斷面空載風速按0.5 m/s 進行設計，噴漆室漆霧采用折流式漆霧捕集箱過濾后送入VOC 處理設備中進行尾氣處理。

折流式漆霧捕集箱結構：漆霧捕集箱的外殼由高強度硬紙板和紙護角制作，整個外殼的強度需滿足搬運和漆霧捕集工況的需要。漆霧捕集箱內部有兩段組成，分別是漆霧捕集段和終過濾段。漆霧捕集段位于漆霧捕集箱的入口端，終過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，終過濾段用來全面攔截剩余的微量漆霧。漆霧捕集段包含數個漆霧捕集單元，漆霧捕集單元為彎折狀結構，由纖維材料做成，兩個漆霧捕集單元之間并行布置且其間設置有空隙。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通道的科學布局，使漆霧捕集段形成一個立體的漆霧捕集容納空間，對漆霧的捕集容納能力極大，分離效果好。終過濾段為一層平鋪的玻璃纖維氈，采用玻璃長纖維、以非織物方式制成，玻璃纖維為漸密式的布局。

3.4 涂層固化設計

烘干室采用三元體天燃氣燃燒間接加熱和熱風循環方式升溫，入口、出口處采用自動對開門。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，NOx ＜90 mg/N·m3。第二個工位增加仿形紅外加熱，以滿足冬天工件快速升溫需求；熱風循環系統采用兩側送風、上回風方式。主送風管采用對稱設計，保證爐內溫度場的均勻。循環風機采用耐溫防爆離心風機，噪音≤85dBA。風機開，則燃燒器開，燃燒器關則風機延時關閉等安全連鎖。烘干室應安裝超溫報警裝置，溫度超過設計值時應能及時報警并自動切斷熱源。烘道溫度通過數顯控溫儀與設定溫度值全自動控制，烘干爐熱風循環量為3～4 次/分鐘。烘干室產生的廢氣送入VOC 處理設備中進行尾氣處理。

3.5 安全環保設備功能設計

活性炭吸附+催化燃燒裝置：含揮發性有機化合物的廢氣經風機的作用，經過活性炭吸附層，有機化合物被活性炭特有的作用力截留在其內部，達到非甲烷總烴排放濃度≤80 mg/m3[3]，滿足排放標準的潔凈氣體排出；經過一段時間后，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時揮發性有機化合物已被濃縮在活性炭內。啟動催化凈化裝置內設加熱室加熱裝置，進入內部循環，當熱氣源達到有機物的沸點時，有機物從活性炭內跑出來，進入催化室進行催化分解成CO2和H2O，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進入吸附床脫附時，此時加熱裝置完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，尾氣再生，循環進行，直至有機物完全從活性炭內部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機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，設備正常工作使用壽命達10 年以上。

高壓汽水霧滅火系統：消防系統由煙感、溫度探頭、報警系統、信號系統、噴淋（汽水霧）系統、管路系統、泵站、控制系統組成。主要對噴漆室、補噴室、調漆間、活性炭吸附箱進行消防監控與防護；每臺設備均設有溫度（煙感）探頭，一旦發生火災，立即報警，關閉設備進出口風閥，關閉天然氣及壓縮空氣供應，關閉大門實施噴霧動作。

3.6 中控管理功能設計

中控系統采用Siemens Wincc7.4 組態。中控計算機配置多屏顯示卡，可實時將各個運行系統投影到多臺大屏幕液晶電視上，整條生產線運行狀態一目了然、清晰，本涂裝線配置1 臺60"大屏幕液晶電視，其中控制室1 臺，中控計算機放置在中控室。計算機配有UPS 不間斷電源，在軟件上具有斷電后智能恢復控制的功能。在在線狀態下可查看三年來已運行過的各種歷史數據。設有攝像頭，便于監控，監控系統設在中央控制室。中控系統具備以下功能：工藝設備監控、自行葫蘆送監控、工藝溫度監控、工藝時間監控、能耗監控、報警歷史記錄、數據報表管理、設備的運行狀態監控、現場狀況視頻等。

4 結語

涂裝工藝設計貫穿整個涂裝線的項目設計，工藝流程設計、設備保證能力設計的優劣直接對涂裝生產過程的安全、環保、效率、質量、成本均產生重大影響。根據產品特點選擇合適的工藝方法，設計與之適宜的工藝流程；再結合車間場地、當地法律法規要求選擇最適宜、經濟、高效、安全、穩定的涂裝設備來保證工藝過程的穩定性，以達到經濟、環保、高效、高質的涂裝生產需求。