沈 偉

(上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院， 上海 200030)

風(fēng)電齒輪箱的噴涂預(yù)處理工藝研究

沈 偉

(上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院， 上海 200030)

齒輪箱作為風(fēng)電機組中的驅(qū)動部件，通常安裝在海邊或者北方的山口等風(fēng)能資源較大之處，常年會經(jīng)受極端溫差和酷暑嚴(yán)寒的影響，在如此惡劣的自然環(huán)境影響下，極易受到腐蝕而造成效率下降或者結(jié)構(gòu)損壞。為了保證齒輪箱的20年的設(shè)計壽命，有必要對齒輪箱的噴涂預(yù)處理工藝予以研究，從而使齒輪箱具備良好的噴涂防腐特性。

齒輪箱 噴涂 預(yù)處理 工藝

0 引言

表面預(yù)處理是指在噴涂前，除去基底表面油污、油脂、水分、氧化皮、銹斑、舊涂層等污物，以提高基底表面與涂層的附著力或賦予表面以一定的耐腐燭性能的過程，又叫前處理。[1]對于風(fēng)電齒輪箱的防腐噴涂，要想使涂層能夠達到理想的防腐蝕效果，首要的前提條件是做好表面預(yù)處理。噴涂工藝中的各個環(huán)節(jié)對涂層質(zhì)量的影響和所占的比例如下表所示。

表1 涂層質(zhì)量的影響因素和所占的比例[2]

可見，噴涂預(yù)處理(材質(zhì)表面處理)對涂層質(zhì)量的影響占有決定性因素，高達49%。

對于齒輪箱涂裝領(lǐng)域，根據(jù)其零部件材質(zhì)的不同和各個企業(yè)的自身情況的不同，將涂裝前鋼材表面預(yù)處理分為兩類：化學(xué)預(yù)處理和機械預(yù)處理。機械預(yù)處理工藝以拋丸和噴砂居多，化學(xué)預(yù)處理工藝主要是脫脂、漂洗和鈍化。

本文主要對化學(xué)預(yù)處理的清洗液濃度、清洗溫度和清洗時間作工藝研究，通過正交試驗，選取最優(yōu)因素水平組合，定義并優(yōu)化最佳清洗參數(shù)。

1 噴涂預(yù)處理工藝及流程

目前國內(nèi)較多齒輪箱廠家，主要以表面噴砂作為去油去污的噴漆預(yù)處理工序，這樣致使成本較高以及對車間環(huán)境以及工人健康會造成很大的影響。邦飛利公司正是基于以上考慮配置了清洗線，在清洗線交付驗證階段，高度關(guān)注產(chǎn)品的清洗工藝要求，譬如清洗液的濃度、酸堿度、防腐性、消泡性及清洗零件的壓力、時間和溫度。從而優(yōu)化清洗工藝流程、清洗工藝參數(shù)及清洗工藝裝備對零件清洗效果的影響等。其主要工藝流程及參數(shù)表如表2：

表2 噴涂預(yù)處理工藝流程及參數(shù)表

2 正交試驗設(shè)計

正交試驗設(shè)計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設(shè)計方法。它是由試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗的，通過對這部分試驗結(jié)果的分析了解全面試驗的情況，找出最優(yōu)的水平組合。[3]其理論基礎(chǔ)是拉丁方理論和群論[4-6]。正交設(shè)計獲得的最佳條件常常是一個優(yōu)化區(qū)間，可在各因素間進行多種可能的最佳搭配[7-8]。

本文通過對清洗工藝參數(shù)進行正交試驗分析，確定各因素對除油率指標(biāo)的影響程度，尋求最佳的清洗工藝參數(shù)。對提升風(fēng)電齒輪箱的清洗工藝水平，從而提高風(fēng)電齒輪箱的油漆附著力起到關(guān)鍵的支撐作用。本文表征“齒輪箱”清洗的效果，采用除油率指標(biāo)加以衡量零件或產(chǎn)品在清洗后在其表面上殘留的污物的量。

此外，風(fēng)電齒輪箱需要噴漆的外表面是由輸入接盤、齒圈、連接法蘭與殼體組成，其中輸入接盤外表面涂紅色底漆，不涂防銹油；齒圈外表面做滲碳處理，不涂防銹油。連接法蘭與殼體的機加工面的清洗預(yù)處理顯得至關(guān)重要。所以此次試驗將重點關(guān)注連接法蘭與殼體的機加工面的清洗效果。(在接下來的試驗中，我們將把試板綁定在風(fēng)電齒輪箱的連接法蘭與殼體的機加工面上，真實模擬風(fēng)電齒輪箱的實際清洗效果。試板放置示意圖如圖1所示。

圖1 試板放置示意圖

2.1 正交試驗儀器及材料

正交試驗所使用的主要設(shè)備儀器和材料如下：

齒輪箱專用清洗機,見圖2。整個設(shè)備主要由棚體、槽體(脫脂槽、漂洗槽)、噴淋系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、通風(fēng)排氣系統(tǒng)、管路系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)等組成；

電子分析天平，見圖3。 精度：0.001 mg；

恒溫干燥箱，見圖4。 功率：1 400 W, 控溫范圍：55-220℃；

圖2 齒輪箱專用清洗機示意圖

圖3 電子分析天平示意圖

圖4 電子恒溫干燥箱示意圖

齒輪箱及試片。試片為冷軋鋼板，厚度2 mm，粗糙度0.5 um；

防銹油。Houghton Rust Veto 377HF。

2.2 試驗方法

將冷軋鋼板試片表面用酒精擦拭干凈，常溫放置1小時后， 用電子分析天平稱重，精確到 0. 001 mg，記錄稱重質(zhì)量m0。

用噴壺在試片單面均勻噴上一層油脂，放入恒溫干燥箱中，在 100℃烘烤 72 h。20℃下放置24 h后在電子分析天平上稱重，精確到 0. 001 mg，記錄稱重質(zhì)量m1。

由于齒輪箱噴涂的區(qū)域有95%都是處于豎直方向，所以將試片未涂油那面用吸鐵吸附在齒輪箱中部的垂直面上。

每組清洗試驗完成后，用常溫冷風(fēng)吹干，在20℃下放置4 h后在電子分析天平上稱重，精確到 0. 001 mg，記錄稱重質(zhì)量m2。

2.3 確定試驗指標(biāo)

正交試驗必須要明確試驗?zāi)康?，確定要考核的試驗指標(biāo)，齒輪箱的清洗作為噴漆的預(yù)處理工序，其目的是為了盡可能的清除齒輪箱表面的油污，為后續(xù)的噴漆附著力提供保障?；诠粳F(xiàn)有設(shè)備-分析天平，本次實驗以除油率作為試驗指標(biāo)。

除油率=(m1-m2)/(m1-m0), 其中，

m0—試片起始質(zhì)量，

m1—試片涂油后質(zhì)量，

m2—脫脂除油結(jié)束后試片質(zhì)量。

2.4 確定主要因素

每一項試驗中所要考慮的各種影響因素，對實驗結(jié)果可能都會產(chǎn)生影響。若不加以挑選，勢必造成試驗次數(shù)增加，費時費力。這就要求在試驗前，在多種影響因素中挑選主要的因素，略去次要因素。

在本試驗中，由于所用清洗設(shè)備的清洗噴淋壓力經(jīng)過意大利總部的實踐和經(jīng)驗分享，建議設(shè)置為設(shè)備最高可調(diào)壓力，即8Bar；清洗液型號由于是集團全球采購，不便修改，因此把噴淋壓力和清洗液型號作為恒定因素，將清洗液濃度、清洗液溫度、清洗時間作為試驗因素， 即影響“風(fēng)電齒輪箱”清洗品質(zhì)的主要因素。

2.5 確定水平

水平，又稱位級，是因素的一個給定值或一種特定的措施，或一種特定的狀態(tài)。水平也就是因素變化的各種狀態(tài)。在確定水平時，應(yīng)考慮選擇范圍、水平數(shù)和水平位置。

(轉(zhuǎn)下期)

Pre-treatment process analysis of the Wind Turbines Gearboxes painting

ShenWei

(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030)

Gearbox as the core prats of the Wind Turbines installed at the places with the large wind power such as Mountain of North China and Sea side, it always withstand the impact of extreme heat and cold, very easy to be corroded and lead to lower efficiency or damaged application function. In order to ensure a 20-year design life of the gearbox, it is necessary to analysis the pre-treatment process of the gearbox painting, so that the gearbox can keep with the good anti-corrosion coating characteristics.

Gearbox Painting Pre-treatment Process

1006-8244(2016)04-06-03

TH162+.1

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