汽車涂裝集中輸調漆系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

葉顯松 ，張龍，謝國菊

（1.吉利汽車集團極氪工廠涂裝車間，浙江 寧波 315000；2.吉利汽車集團質量管理中心試驗管理部，浙江 寧波 315000）

作為適應大型流水線生產(chǎn)而發(fā)展起來的集中輸調漆系統(tǒng)，一直是汽車涂裝中的一個重要組成部分。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，工藝技術、材料、設備的不斷提高，消費群體對車身外觀顏色的要求越來越多樣化，顏色的個性化定制越來越多，多樣化的輸調漆方式也在汽車涂裝中得到廣泛應用。本文就目前汽車涂裝行業(yè)中主要采用的幾種輸調漆方式進行介紹和對比，重點介紹電動泵智能油漆循環(huán)系統(tǒng)和走珠式快速換色系統(tǒng)。

1 集中輸調漆循環(huán)方式

集中輸調漆系統(tǒng)也稱集中式油漆循環(huán)系統(tǒng)，就是利用壓力泵將油漆從調漆間通過密封管道壓送到噴漆室各噴涂工位。常用的油漆循環(huán)方式主要有3 種：主管循環(huán)(圖1)、兩線循環(huán)(圖2)和三線循環(huán)(圖3)。

圖1 主管循環(huán)示意圖Figure 1 Diagram of single-pipeline circulation

圖2 兩線循環(huán)示意圖Figure 2 Diagram of two-pipeline circulation

圖3 三線循環(huán)示意圖Figure 3 Diagram of three-pipeline circulation

1.1 主管循環(huán)

在主管循環(huán)中，輸漆罐內的油漆通過主泵經(jīng)主管送到噴漆室，繞噴漆室循環(huán)一圈后再回到輸漆罐內，供應到各噴漆工位的支管為盲端式。因為支管為盲端，不循環(huán)，所以易造成油漆沉淀，一般適用于清漆、溶劑和固化劑供應系統(tǒng)。

1.2 兩線循環(huán)

在兩線循環(huán)中，輸漆罐內的油漆通過主泵經(jīng)一條由粗變細的漸變式主管供應至每個噴漆工位的支管，支管經(jīng)過人工工位或自動噴涂設備換色閥循環(huán)后再通過一條由細變粗的漸變式回管流回輸漆罐。兩線循環(huán)確保了油漆在主管和支管都得到循環(huán)，不會產(chǎn)生沉淀，一般中涂和色漆都采用此供應方式。

1.3 三線循環(huán)

三線循環(huán)是將主管循環(huán)和兩線循環(huán)融合在一起，油漆通過一根主管輸出，可以通過主管循環(huán)到輸漆罐，也可以通過支管經(jīng)漸變的回管循環(huán)回輸漆罐。

以上3 種循環(huán)方式中，主管循環(huán)和兩線循環(huán)因結構和操作相對簡單，造價及運行成本比三線循環(huán)低，目前在各汽車涂裝廠中應用較多。

2 集中輸調漆系統(tǒng)的構成

不管采用哪種循環(huán)方式的輸漆系統(tǒng)，其結構組成基本一致，一般都包含供漆模塊、循環(huán)管路、油漆換熱系統(tǒng)、出口組件、廢溶劑回收裝置及控制系統(tǒng)。

2.1 供漆模塊

供漆模塊主要包含輸漆泵、加料泵、過濾器、油漆罐、背壓閥、穩(wěn)壓器、壓力表、溫度表、液位計、攪拌器、虹吸管、三(四)通閥等，每套供漆模塊均以模塊化形式安裝在調漆間內。

2.2 循環(huán)管路

循環(huán)管路的材料選擇一般要求水性漆不低于304L 不銹鋼，溶劑型油漆不低于304 不銹鋼，管內壁越光滑越好，接頭采用卡套式，轉彎半徑需要大于6 倍管徑，以減少壓損和油漆沉淀。

2.3 油漆換熱系統(tǒng)

換熱系統(tǒng)一般包含熱水模塊、冷水模塊和管中管換熱模塊。冷、熱水模塊主要由電機、水泵及換熱器組成，用于將工廠供應過來的冷、熱水經(jīng)過二次換熱后提供給管中管換熱模塊。管中管通過比例閥控制冷、熱水流量，從而精確控制油漆的溫度，一般控制精度為±1 °C。

2.4 出口組件

出口元件一般主要包括油漆調壓器、空氣調壓器、槍下調壓器、快換接頭、閥門、壓力表、軟管、接頭、噴槍等。

2.5 廢溶劑回收裝置

廢溶劑回收一般區(qū)分水性和溶劑型。每臺噴涂機器人配備廢溶劑回收漏斗，每個人工工位配清洗盒，用于收集來自機器人和人工產(chǎn)生的廢溶劑。對于2K 油漆的廢溶劑回收，漏斗還需設反沖洗接口。

在現(xiàn)場對應的噴房下面設置廢溶劑回收罐，手工噴涂洗槍盒和漏斗中的廢溶劑通過專用管路，在重力作用下自動流到廢溶劑回收罐?；厥展苈芬竺棵子?0 mm 的落差。整個管路要求是一個連續(xù)運行的環(huán)路循環(huán)系統(tǒng)(見圖4)，一般通過氣動隔膜泵來實現(xiàn)，連續(xù)沖洗管路以減少材料沉積。

圖4 廢溶劑回收裝置示意圖Figure 4 Diagram of waste solvent recovery device

2.6 控制系統(tǒng)

通過控制系統(tǒng)能時刻掌握油漆循環(huán)系統(tǒng)中設備的運行狀態(tài)，提供過程參數(shù)(液位、壓力、流量、溫度等)監(jiān)控，并能時刻顯示系統(tǒng)的故障信息，精確指出故障所在，縮短因排除故障而停機的時間，還可以將一定時間內的過程參數(shù)進行存儲，在網(wǎng)絡中傳輸，便于管理人員的調用和分析，生成各種圖表和報表，為生產(chǎn)管理提供數(shù)據(jù)。

2007年，我國的大米、小麥粉、食用植物油、鮮冷藏凍肉、餅干、果汁及果汁飲料、啤酒、方便面等食品產(chǎn)量已位居世界第一或世界前列。

3 輸漆泵

輸漆泵是整個輸漆系統(tǒng)最核心的部分，其選擇通常要考慮油漆流量、壓力、化學兼容性和驅動形式。流量的確定要考慮噴漆時所噴出的油漆量和系統(tǒng)循環(huán)所需要的油漆量，而壓力的確定要考慮油漆噴涂所需要的壓力以及管路中的壓力損失。輸漆泵按驅動形式分，有氣動泵、液壓泵和電動泵。

氣動泵因為投資少、使用簡單，在早期的汽車涂裝行業(yè)和一些小型的輸調漆系統(tǒng)中得到很多應用，但其缺點是使用過程中能耗高、噪音大，且容易結露。液壓泵相對于氣動泵，工作噪音所有降低，能耗降低約60%，沒有了結露現(xiàn)象。電動泵的優(yōu)勢是噪音更低、更節(jié)能，特別是結合了智能控制的電動泵油漆循環(huán)系統(tǒng)，已經(jīng)越來越廣泛地應用到汽車涂裝領域。

4 電動泵智能油漆循環(huán)系統(tǒng)

智能油漆循環(huán)系統(tǒng)的特點是：最大程度地節(jié)能降耗，降低運行成本；減輕系統(tǒng)負載，設備壽命延長，節(jié)省維護成本；數(shù)據(jù)存儲與上傳，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

電動泵智能涂料循環(huán)系統(tǒng)的核心在于它對工作模式的選擇，通過流量模式和壓力模式的適時調整和迅速響應，使只有需要使用的顏色輸漆模組會被激活，而其他顏色的輸漆模組可處于休眠狀態(tài)。

流量模式/開環(huán)模式：對于不需要使用的顏色模組，程序會控制配套的氣控背壓閥完全卸載至零壓力，同時電動泵會按照預先設定的參數(shù)在低壓力、低流量的狀態(tài)下運行，以維持涂料在管路中的最低流速。

壓力模式/閉環(huán)模式：系統(tǒng)收到生產(chǎn)顏色信息，通過程序控制氣控背壓閥和電動泵，自動恢復到各自預先設定的生產(chǎn)壓力，滿足系統(tǒng)要求。

通過對油漆循環(huán)系統(tǒng)的智能控制，可以最大限度地降低運行能耗和油漆降解，是水性油漆系統(tǒng)的最佳選擇。電動泵智能油漆系統(tǒng)和傳統(tǒng)氣動泵油漆系統(tǒng)的能耗對比見表1，前者的全年總能耗約為后者的9%。

表1 電動泵和氣動泵系統(tǒng)能耗的對比Table 1 Comparison in energy consumption between the applications of motor-driven pump and air-driven pump

5 走珠式快速換色輸漆系統(tǒng)

為了滿足消費者個性化、時尚化的需求，汽車涂裝必須能滿足多種顏色的生產(chǎn)能力，顏色越多意味著涂裝的投資和生產(chǎn)成本越大。傳統(tǒng)的輸漆模式已經(jīng)不能滿足這一需求，走珠式快速換色輸漆系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。

傳統(tǒng)的輸漆系統(tǒng)換色，首先要將系統(tǒng)內剩余的油漆排出，然后進行反復清洗，整個系統(tǒng)清洗干凈一般需要3 d，并且管線中留存的金屬粉末和色料仍可能造成色差，同時換色清洗還會浪費大量油漆及溶劑，消耗大量時間的同時還增加了廢液處理的成本。

假設系統(tǒng)已經(jīng)完全填充色漆1(包含支管)，從決定要開始換色的時間點A 起，對系統(tǒng)主管路、機器人支管、手工支管、循環(huán)系統(tǒng)(包括泵、閥門、攪拌器等)進行徹底清洗，達到投入顏色2 的條件，直至整個系統(tǒng)(包含機器人支管)完成顏色2 的填充，此時間點設為B?？焖贀Q色就是要求A 到B(包括填充、回收和清洗)用時短(視系統(tǒng)與噴漆室的距離，一般能控制在40 min 之內)，且保證無色差問題。每次從小顏色換至大顏色，換色過程不得影響生產(chǎn)節(jié)拍。

走珠式快速換色輸漆系統(tǒng)主要通過在油漆管內的珠球來實現(xiàn)快速注漆、退漆和快速清洗的功能(如圖5 所示)，有主管走珠、支管走珠和定量走珠3 種模式。其結構一般包括輸漆站、氣控單元、電控、分配模塊、走珠終端和操作單元6 個部分(見圖6)。

圖5 走珠式快速換色原理圖Figure 5 Principle of piggable fast color change

圖6 快速換色系統(tǒng)結構示意圖Figure 6 Structural sketch of fast color change system

輸漆站：為系統(tǒng)執(zhí)行單元，配有定制的油漆桶、氣動桶蓋舉升裝置、攪拌器、液位計、各類傳感器、油漆輸送泵、清洗模塊、過濾模塊、走珠發(fā)射模塊、各式閥門、操作面板等。

氣控單元：為空氣處理及控制單元，配有氣源處理組件、開關閥門、壓力調節(jié)及指示器、比例閥、傳感器、閥島等。與電控柜進行通信，對PLC(可編程邏輯控制器)的控制指令作出響應，進行壓力的調節(jié)、閥門的開關、位的切換等操作。

電控：為系統(tǒng)控制單元，配有電源處理組件、斷路器、接觸器、繼電器、隔離器、變頻器、電源模塊、中央處理器、輸入輸出模塊、通信模塊、操作面板、信號燈、蜂鳴器等。通過預編程序，對用戶或主控系統(tǒng)的輸入信號作出響應，對系統(tǒng)驅動及執(zhí)行裝置進行自動、半自動的控制，并可選裝可視化屏幕，便于系統(tǒng)監(jiān)測，令操作更方便、靈活，與現(xiàn)場控制系統(tǒng)通信后可實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動傳輸，及時響應現(xiàn)場計劃。

分配模塊：為噴涂工位擴展單元，用于將主管路中的油漆進行分配，與現(xiàn)場溶劑、廢液管路相連接，配合增加在機器人上的換色閥塊或手動站的連接模塊、手動壓力調節(jié)模塊，接收PLC 及氣動柜控制信號后對相應的自動/手動工位進行壓力調整、注漆、清洗等操作，并可根據(jù)實際需求，對支管路作出待命、注漆等操作。如計劃中安排只進行某一側或某特定工位的噴涂，檢查站根據(jù)實際噴涂效果而決定需要或不需要進行補漆等操作，大大減少了油漆的浪費。

走珠終端：為走珠接收單元，配有走珠接收模塊、走珠檢測模塊、壓力檢測模塊以及適配走珠管路的基座模塊，與現(xiàn)場溶劑、廢液管路相連接，接收PLC 及氣動柜控制信號進行注漆、退漆、清洗等操作，并向系統(tǒng)實時反饋管道內壓力與走珠位置，以確保系統(tǒng)狀態(tài)以及噴涂應用的最低壓力需求。

操作單元：通過安裝于調漆間模組終端的操作面板，可一鍵對系統(tǒng)實施加漆、退漆、清洗、中斷程序及故障復位的操作。通過集成于電控柜的操作面板可對系統(tǒng)實施操作控制和參數(shù)設置修改。

采用快速換色系統(tǒng)后，無需再為每種顏色都準備一套專用的輸漆系統(tǒng)，特別適合顏色多、換色頻繁的應用情形?？焖贀Q色系統(tǒng)與傳統(tǒng)線邊系統(tǒng)的運行成本對比見表2。

表2 傳統(tǒng)線邊系統(tǒng)與快速換色系統(tǒng)的運行成本對比Table 2 Comparison of running cost between conventional color change system and fast color change system

6 結語

不管采用何種形式的輸漆方式，最終要達到目標，不外乎是提升產(chǎn)品質量，提高工作效率，降低投資和生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期，減少生產(chǎn)能耗。企業(yè)需要根據(jù)自身的基礎，針對不同的目標來選擇最終適合自己的輸漆系統(tǒng)。