成中書

永恒力叉車制造（上海）有限公司 上海 201712

引言

近年，中國物流業(yè)行業(yè)發(fā)展迅猛，叉車作為重要的物流搬運設(shè)備，市場需求持續(xù)增長，叉車的生產(chǎn)效率需要不斷提高。永恒力作為國際著名叉車制造商，銷售訂單和工廠叉車制造年量也在穩(wěn)步增加，工廠現(xiàn)有老式的涂裝生產(chǎn)線已無法滿足生產(chǎn)需求，且這種涂裝方式資源浪費較為嚴(yán)重。目前新型的涂裝生產(chǎn)線已經(jīng)普遍采用PLC控制技術(shù)，并且涂裝產(chǎn)線上都運用自動化設(shè)備，從自動化程度、資源節(jié)約、產(chǎn)量增大需求等多個角度出發(fā)，公司決定投資設(shè)計新建一條自動化粉末涂裝生產(chǎn)線[1]。

1 設(shè)計需求

永恒力叉車制造（上海）有限公司以事各類電動叉車生產(chǎn)為主，在生產(chǎn)過程中主要涉的工藝工序有鈑金結(jié)構(gòu)件的焊接、涂裝和成品車的總裝。依永恒力集團(tuán)的發(fā)展規(guī)劃及市場預(yù)測，在未來的幾年里公司的叉車產(chǎn)量會逐步增加，到2025年會達(dá)到年產(chǎn)各類電動叉車18000臺左右。新設(shè)計的涂裝線要求在產(chǎn)能、噴涂質(zhì)量、自動化程度、資源利用率上遠(yuǎn)高于公司之前使用的舊設(shè)備。將粉末涂裝的前處理、噴粉（上粉）、烘烤粉末固化、冷卻集中在一條具有一定自動化程度的流水線上進(jìn)行，且可以實現(xiàn)每個節(jié)點涂裝物料的短暫停止不影響整條流水線的運行。

2 涂裝工藝設(shè)計

涂裝線根據(jù)使用輸送鏈條的不同大致可以分為兩類：

一類是：普通輸送式的鏈條，即整條線鏈條運行，相應(yīng)的線上工件跟隨鏈條同步運行，無法實現(xiàn)局部或單個懸掛點的停止運行；

另一類是：積放鏈?zhǔn)捷斔玩湕l，它與普通輸送式的鏈條的主要區(qū)別在于輸送線上的承載涂裝物料的掛點小車是可以在需要時脫離鏈條做一定時間的停留等待的，但此時輸送鏈條仍然是運行的，這樣不影響線上其他工位點的物料生產(chǎn)正常進(jìn)行。

鑒于上述需求和預(yù)期，對于新建涂裝線的整體工藝設(shè)計如下：

2.1 物料上件點

操作員工在此工位可以較為方便的將需要涂裝的物料上掛到流水線上，然后放行；

2.2 涂裝前處理

前處理根據(jù)零件板材厚度和結(jié)構(gòu)形式設(shè)置了兩種處理方式，拋丸和化學(xué)藥劑水洗，經(jīng)過化學(xué)藥劑水洗的工件需要烘干后才能涂裝；

2.3 上粉涂裝

涂裝采用粉末靜電噴涂，首先經(jīng)過自動涂裝，然后再到手動粉房，在手動粉房主要做一些在經(jīng)過自動粉房時沒有上粉到位地方的粉末增補(bǔ)工作和工件上要求涂裝屏蔽位置粉末清理或屏蔽工裝、工具的清理；

2.4 粉末固化

涂裝好的工件經(jīng)輸送鏈到達(dá)粉末固化爐里進(jìn)行粉末固化，固化階段期望可以根據(jù)零件板材的厚度設(shè)置不同的固化時間；

2.5 固化后冷卻

零件剛從固化爐里出來時仍處于高溫狀態(tài)，需待零件冷卻到接近常溫狀態(tài)，才可進(jìn)行下一步工作；

2.6 下件清理

冷卻至或接近常溫狀態(tài)的工件在此工位從流水線上卸下，同時進(jìn)行一些涂裝遮蔽工具的清理和涂裝質(zhì)量檢查等工作。

總體采用積放鏈作為輸送鏈的流水線形式，工藝流程圖如下圖1所示：

圖1 工藝流程圖

3 主要工藝流程設(shè)備設(shè)計

3.1 自動化學(xué)藥劑前處理

出于場地限制和使用需求，化學(xué)前處理設(shè)備采用雙工藝設(shè)計，即每道工位設(shè)計有兩套獨立的槽液系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)[2]。整個前處理設(shè)備包含：棚體、槽體、噴淋系統(tǒng)、槽液加熱系統(tǒng)、槽液過濾系統(tǒng)、藥劑自動補(bǔ)給系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)和吹水平臺、烘干爐等設(shè)備。

棚體側(cè)板為雙層保溫結(jié)構(gòu)，保溫厚度50mm，內(nèi)側(cè)為不銹鋼板滿焊結(jié)構(gòu)。各工藝段間設(shè)防濺門，防止臨近工藝段之間出現(xiàn)竄液現(xiàn)象，每個棚體底部帶有坡度，可以做到快速回液槽體。

每個槽體內(nèi)部設(shè)置溢流盒、溢流口、補(bǔ)水口、排污口、排污過濾裝置，各槽排水管均設(shè)過濾網(wǎng)，防止排水管堵塞，保證水槽有效的排水，每個槽體均配有液位計，液位計有高、低位液位報警功能，具體顯示在前處理設(shè)備控制柜面板上，工位槽具有自動加水功能，當(dāng)液位過低時，液位計把信號傳送給電磁閥，電磁閥打開自動加水，當(dāng)液位加到高位時，液位計把信號傳送給電磁閥，電磁閥自動關(guān)閉。

噴淋水泵采用立式液下泵，通過變頻器，工作壓力能夠無級調(diào)整；噴淋管路從水泵出口穿過側(cè)板進(jìn)入棚體內(nèi)部，送入位于棚體底部的主管路，通過它分配到各噴淋支管。

前處理加熱熱源采用熱水爐加熱，加熱能力500，000kcal/h，所有區(qū)域都要安裝溫度計，加熱進(jìn)出口層流區(qū)域安裝溫度傳感器，有測量和控制功能，變頻器控制循環(huán)泵，確保水泵有恒定的泵壓，熱交換器換熱面積是實際需要的1.2倍，運行的時候溫差是 15 度(熱水進(jìn)口 90度,回水75度),熱水進(jìn)水管路的所有部件耐溫 95 度，回水管路的所有部件耐溫 75 度。

3.2 自動拋丸前處理

拋丸機(jī)每個拋頭的功率為18.5kW，拋射速度大于80米每秒，拋丸量大約300公斤每分鐘，成扇形規(guī)則的分布在兩側(cè)，運行時工件通過速度為1～3米每分鐘。拋頭的分布是經(jīng)過計算機(jī)三維動態(tài)模擬確定的，可實現(xiàn)最優(yōu)化拋射效果對被經(jīng)過工件四周及端面進(jìn)行全方位的拋丸清理。

3.3 自動噴粉房

自動噴粉房選用的是瑞士Gema的產(chǎn)品，主機(jī)是該品牌的OptiFlex AS08-16+2型靜電粉末涂裝設(shè)備；噴粉房工件進(jìn)出口門設(shè)計自動感應(yīng)門，當(dāng)工件進(jìn)出時，門可以自動打開，噴槍的控制柜選用的是OptiFlex A2 / AS08型，最多可接受21個控制單元，粉末回收系統(tǒng)是風(fēng)量為32000立方米每小時的大旋風(fēng)式回收柜，可使粉末的有效的利用率達(dá)95%以上。并設(shè)置了智能數(shù)字式過濾器壓差自動監(jiān)控清理系統(tǒng)，時刻監(jiān)視濾芯堵塞情況，隨時調(diào)整濾芯的自動清理方式，保證抽風(fēng)系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行延長濾芯壽命，降低能耗。

3.4 粉末固化爐

固化爐由保溫爐體、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、燃?xì)饧訜嵫b置、溫度控制系統(tǒng)及排廢氣裝置等組成，它的爐體尺寸是22700×14800×6150mm。工件在烤爐中行走U型路線，為隧道式的平爐，在進(jìn)口和出口段都設(shè)計有自動感應(yīng)門，避免了熱氣的外溢。且考慮的公司需涂裝的結(jié)構(gòu)件鈑金厚度的較大差異，在U型的中間位置也設(shè)計了一個進(jìn)口，這樣較薄的鈑金結(jié)構(gòu)件可以在短時間完成粉末烘烤固化。

3.5 固化后強(qiáng)冷設(shè)備

固化后工件冷卻采用強(qiáng)制式自然風(fēng)冷卻，即在固化爐出口后工件進(jìn)過的一段區(qū)域內(nèi)構(gòu)建一個工件能順利通過長近20米的室體。冷風(fēng)機(jī)高架與室體的頂部，取新風(fēng)于室外通過風(fēng)管將新自然風(fēng)送至室體兩側(cè)及底部，再經(jīng)過室體內(nèi)側(cè)壁上的強(qiáng)冷風(fēng)嘴對工件進(jìn)行吹風(fēng)方式，風(fēng)嘴風(fēng)速控制在10～15米每秒，風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量可達(dá)70000立方米每小時。

4 電氣控制系統(tǒng)

整個涂裝線的電氣控制系統(tǒng)包含：電氣控制柜、電氣元件、PLC控制系統(tǒng)、顯示屏幕可視化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)以及控制程序和軟件等。既可以在線遠(yuǎn)程控制診斷查找問題、處理和修改軟件程序，也可以現(xiàn)場連線操作，靈活性高，方便管理與操作[3]。

控制系統(tǒng)具有：自動、手動，維修三種可調(diào)模式。正常運行時選擇自動模式即可；當(dāng)自動控制系統(tǒng)和觸摸屏出現(xiàn)故障的時候，設(shè)備可以通過手動模式臨時正常開啟并運行；設(shè)備需要檢查維修時，調(diào)到維修模式即可。

液體介質(zhì)的控制（水泵啟動，加藥、加水等）必須和液位控制系統(tǒng)相連接，即使是手動操作或者是設(shè)備維護(hù)時，量測裝置和控制裝置的相關(guān)功能都能起到好的保護(hù)作用。

所有單獨控制的設(shè)備都整合到集中控制系統(tǒng)內(nèi)，并設(shè)計有檢測、監(jiān)視功能，詳細(xì)的故障和操作信息會全部輸入到主控制系統(tǒng)，并清楚的顯示出來，中央控制系統(tǒng)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動，并可以實現(xiàn)操作（如圖2）。PLC矩陣圖可以進(jìn)行選項設(shè)置，針對所有的故障發(fā)送正確的應(yīng)答。每個PLC的通信接口具有ethernet的連接接口，都支持TCP/IP協(xié)議，且可進(jìn)入進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

圖2 主控系統(tǒng)展示

5 安裝及系統(tǒng)調(diào)試

自動化涂裝線完成所有的基礎(chǔ)設(shè)施和基本框架結(jié)構(gòu)的建設(shè)安裝后，對于主要設(shè)備的機(jī)械、電控電路方面進(jìn)行安裝連接，最后完成所以控制程序的編寫、模擬測試與在線測試。在線測試主要分為兩步進(jìn)行：

（1）單點功能測試，即對每個工位點的設(shè)備的預(yù)期功能經(jīng)行逐個檢查、測試，分為自動和手動狀態(tài)分別進(jìn)行，直到達(dá)到預(yù)期要求；

（2）整體聯(lián)機(jī)測試，在自動狀態(tài)下按照預(yù)設(shè)的幾種工藝路線路徑，懸掛小車是否都能順利走完全程；走到每個工位時相應(yīng)的設(shè)備預(yù)設(shè)的動作是否都有實現(xiàn)。

并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行試生產(chǎn)測試，檢測整條線的涂裝效果，依照預(yù)期，自動化涂裝線建成后有效利用率需達(dá)95%以上，節(jié)拍是每10分鐘各有一個懸掛小車經(jīng)過上掛和下掛點。

6 結(jié)束語

永恒力自動化涂裝生產(chǎn)線的建設(shè)，從設(shè)備現(xiàn)場安裝施工到生產(chǎn)批量投產(chǎn)，整個周期花費了近一年的時間，通過各方的協(xié)同合作和努力，最終圓滿實現(xiàn)了預(yù)期，即實現(xiàn)了提升產(chǎn)能的目的，又達(dá)到了降低涂裝生產(chǎn)運營成本的效果。

隨著社會國家對環(huán)保要求得越來越嚴(yán)格和靜電粉末涂裝行業(yè)低溫烘烤粉末的逐步實現(xiàn)，靜電粉末涂裝的需求和應(yīng)用越來越廣泛[4]。本文僅以永恒力叉車制造新自動化涂裝線為例從實際需求出發(fā)，經(jīng)方案設(shè)計、設(shè)備選型、安裝調(diào)試和試生產(chǎn)運行，最終實現(xiàn)目標(biāo)。目前，該自動化涂裝生產(chǎn)線運行穩(wěn)定，各項性能指導(dǎo)良好，產(chǎn)線設(shè)計經(jīng)驗可供同行業(yè)參考。

參考論文

[1] 張官浩.全水漆自動化涂裝工藝在鋼制車輪上的應(yīng)用[J].涂層與防護(hù),2021,42(1):43-46.

[2] 孟蒙. 面向復(fù)雜表面的噴涂機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D].鄭州:河南工業(yè)大學(xué),2020.

[3] 雷禧生. 面向噴涂機(jī)器人流水線的工件實時三維測量與重建[D].長沙:湖南大學(xué),2018.

[4] 童季剛,羅良傳,廖菲.一種轉(zhuǎn)臺式多工位表面自動噴涂系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與信息工程,2016,37(2):21-24.