Lean dip翻浸输送系统工作原理、设计、制造、安装及调试应用

  俊江        2019-11-21 17:28:14

车身现代化涂装线的输送系统贯穿于涂装生产线的全过程,是涂装生产线的动脉。采用哪种输送结构和方式不仅决定了整个涂装线的布局,而且会对产品内在质量产生明显的影响。


传统的悬挂积放式输送系统槽体积大、设备长、涂装线占地面积大,车身顶盖及空腔结构内的空气排不尽,使这些部位磷化、电泳涂装效果不好;还有兜液、沥水不尽、车身带液(水)多、药剂和冲洗用水量大、污水处理量大,均导致涂装成本提高;由于悬挂式输送系统链条轨迹的固定模式,无法实现对不同工艺的优化处理。国内外广泛采用的摆杆链,出人槽角度可达45°,减小了槽体积、缩短了设备长度,解决了吊具横梁和悬链滴水污染车身的问题,虽然车顶气泡有所缩小,但出入槽角度的限制也无法根除车顶气泡。


领先涂装输送行业国际水平的德国Durr、Eisenman和意大利Geico分别研发了车身翻转技术,逐步应用于前处理、电泳工艺,从而克服了摆杆链技术中存在上述问题,缩小了处理槽的容积,降低了运行成本,提高了涂层质量,非常有利于环境保护。本文就Lean dip翻浸输送系统设计、制造、安装及调试应用进行详细分析和介绍。该产品已经成功应用于贵阳吉利新能源汽车涂装车间,湖北星晖新能源智能汽车涂装车间正在安装调试。


1 Lean dip翻浸输送系统与摆杆输送系统比较


摆杆链输送系统与Lean dip翻浸输送系统的结构与工作原理不同,各有优缺点,见表1。

Lean dip翻浸输送系统工作原理、设计、制造、安装及调试应用

2 Lean dip翻浸输送系统工作原理及特点


2.1 Lean dip翻浸输送系统工作原理


Lean dip翻浸输送系统是一种新型的前处理电泳涂装用输送设备,用以代替传统悬挂积放输送机和摆杆式输送机系统,翻浸输送系统是以旋转浸渍方式为主的间歇或连续输送设备。工件(车身)在旋转框架的顶部,通过摩擦动力滚输送机进行输送。翻浸输送系统作为一种新型的涂装输送设备,其核心是滑橇带动工件在槽体内水平直线运动,并带动翻转机构可实现360°旋转。


安装在槽体两侧的平行轨道,一侧为多个摩擦动力滚床单元输送机,另一侧为无动力轨道。载有车身和电泳底漆橇体的运行小车(以下简称翻浸小车)沿着平行轨道运行并旋转翻浸。间歇运行的翻转系统,旋转站定点安装于槽体外侧。翻转动作由安装在小车上的旋转件与旋转站电机组件来完成。


运行原理:1)车身转挂至翻浸小车后,通过摩擦动力滚床,沿着不同的工位直线运行;2)在槽体入槽位置,进行定点翻转并使车身浸入到工艺槽内;3)在工艺浸槽内,翻浸小车按照工艺时间要求在浸槽内车顶朝上反向向前运行;4)在工件出槽位置,一套翻转装置与入槽处的翻转装置相同,使车身在浸槽末端翻转出槽;5)待所有工艺工序完成后,车身在翻浸小车上转载下线至地面输送系统上;6)空的翻浸小车通过摩擦动力滚床、移行设备、旋转设备等辅助设备返回至上线点。


2.2 Lean dip翻浸输送系统特点


Lean dip翻浸输送系统可实现连续式运行翻浸,在浸入即出的浸槽内,工件使用同一套翻转机构进行360°的翻转。在工艺较长的浸槽内,车身运行至槽体的翻转位置,当小车处于正确的位置时,控制系统给出准许信号使小车及车身进行180°的翻转。在浸槽入口,当小车处于正确的位置时,电控系统将发出准许信号使小车进行180°翻转,使车身浸入到工艺槽内。在槽内运行时,在某一位置会有车身的摇摆动作,可以达到±7°的摆动。在工艺槽出口,车身运行至槽体出口的翻转位置,控制系统给出准许信号使小车及车身进行180°~0°旋转的翻转。连续运行中翻转的槽体比定点翻转的槽体要长,达到的生产率更高。


Lean dip翻浸输送系统的特殊结构具有如下显著特点。


1)实现车身360°旋转翻浸是其最显著特点,在槽液中车体底部向上,尾部向前,反向前进,再旋转180°出槽,实现反向浸渍,此种输送机使得完成的车身工艺性能好,车身在槽液中翻浸并不停地摆动,使空腔内的槽液得到充分流动,气体被有效赶出,从而提高内腔的涂装质量,解决了困扰前处理电泳多年的一个技术难题。


2)车体翻浸实现90°出入槽,大大缩短槽体长度。


3)翻浸系统的另一特点是电气/电子元件都不暴露在具有腐蚀性气体的环境中。


4)采用橇体支点锁紧车身的方式,车身在下部进行支撑,不需要抱具;降低了槽体的有效高度和宽度,减少了因吊具对槽液的污染。


5)翻浸小车可以跳过部分工位直接进入下一个工位进行处理;当某产品不需要翻浸处理时,可以直接快速通过,对混线生产带来了极大方便。


6)由于槽体体积减小,加热的液体能源消耗量降低。


7)由于实现90°垂直翻浸出入槽,车身腔内液体快速有效排出,工位之间的窜液量减少。


8)输送系统易于清理及维护,特别适用于单品种大批量生产的涂装车间。


9)可实现间歇式翻浸和连续式翻浸作业。


2.3 Lean dip翻浸输送系统运行翻转小车特点


Lean dip翻浸运行小车为全旋转运行小车。具有如下特点。


1)在翻浸小车一侧安装有一套机械锁钩用来防止车身在翻转时被甩出。车身转接和没有进入翻转之前,依靠锁钩锁紧旋转轴,使得旋转轴保持水平状态,并在水平状态下直线运行。


2)当小车运行至翻转站的位置时,系统已经准备就绪进行翻转。锁具被抬起,机械停止器处于高位,旋转轴处于解锁状态,允许小车进行翻转。翻转系统的的动力组件将处于小车的C型唇口内,进行翻转。


3)当运行小车运行到出槽旋转站时,在重力作用下处于自由状态,车身底部向上,运行到位,翻转站动力系统启动翻转,翻转到位,机械停止器的锁钩沿翻转组件上的高强度圆盘滑动,在重力作用下自动入槽口,即锁止位。小车继续向前直线运行。


2.4 Lean dip翻浸输送系统转挂特点


大规模批量生产线,自动转挂工位是影响自动化程度的关键工位之一,其转挂可靠性直接影响整线的运行。该系统车身转挂系统结构简单可靠,如图1所示。

Lean dip翻浸输送系统工作原理、设计、制造、安装及调试应用

在转挂工位需要两种锁紧,1)车身与底漆橇的锁紧,多是采用旋转偏心销式锁紧;2)翻浸小车与底漆橇的锁紧。下面介绍的是翻浸小车与底漆橇的锁紧方式,翻浸小车运行到位等待,小车上带有4套锁紧钩,锁紧钩在U型弹簧作用下处于常闭状态,即B的位置,举升台上升将锁紧钩打开处于A位置等待,此时带有锁紧车身的底漆橇体从滑橇输送机上运行到位,举升台上升,锁紧钩沿着仿形轨道旋转锁住橇体上的圆柱,举升台二次下降,此时带有底橇体的车身完全落在了翻浸小车上并可靠锁紧,进入Lean dip系统直线运行。前处理电泳工序完成后的车身移出Lean dip系统,此时翻浸运行小车、底漆橇体和车身三位一体结构,运行至转运工位到位,举升台上升,将锁钩处于B状态打开至A状态,保持不动,升降台上的摩擦动力滚床启动,橇体与车身水平前行,进入另外的滑橇输送系统,完全脱离转运站,升降台下降,锁紧钩恢复到B状态,锁紧钩与仿形轨完全脱离,翻浸小车向前运行,沿Lean dip轨道返回到接车转挂工位。


2.5 Lean dip翻浸输送系统翻转站特点


对于间歇试运行系统采用定点翻转,翻转站设在翻转工位,0~360°翻转工位设一台翻转站,长槽如脱脂、磷化、电泳具有一定工艺时间要求的需要设置进槽翻转和出槽翻转2个翻转站。翻转站由机架、浮动机架、专用大扭矩电机减速机、钳口和检测装置构成。


2.6 Lean dip翻浸输送系统轨道特点


安装在槽体两侧的平行轨道,一侧为摩擦动力滚床输送机,另一侧为无动力轨道。摩擦动力滚床输送机为单元模块化设计。同时在一条完整的系统中设置旋转轨道、电动移行轨道,并配以升降机组成了完整的Lean dip封闭循环系统。


2.7 Lean dip翻浸输送系统返回特点


返回系统有两种方式,一种为水平返回方式,沿着前处理电泳进口和出口位置,水平方向成为闭合回路返回;另一种为垂直方式返回,前处理前后两端设置升降机,空车沿槽体下部返回,电泳线也是前后两端设置升降机,空车沿槽体下部返回。后者可实现更高的生产率。


3 Lean dip翻浸输送系统设计、安装、调试要点


3.1 Lean dip翻浸输送系统设计要点


当需要设计一条全新的Leandip系统时,需要确定以下几方面内容。


3.1.1生产名义节距的确定


根据给定车型最大外形尺寸,按生产量大小确定采用间歇式翻浸还是连续式翻浸,首先做出旋转运行轨迹,确定最大包络线尺寸。名义节距一般比包络线直径大600 mm,即每侧有300 mm的安全距离。


3.1.2轨道安装高度的确定


先要确定旋转轴的中心高度,一般以槽体外沿平面高出200 mm为旋转轴中心高。以此核定出轨道的安装高度。


3.1.3摩擦动力滚床单元长度的确定


首先确定旋转站动力滚床的长度;再以前后沥水段直线长度确定连接段滚床的长度;还要根据不同工艺段的时间速度要求,以便于控制和传递为原则划分单元。


3.1.4摩擦动力滚床单元速度的确定


1)按照工艺要求时间计算出速度;2)核算运行过程中前后车不能相撞;3)核算生产节拍是否满足。


3.1.5旋转站数量的确定


1)即浸即出槽设置1台旋转站;2)有工艺时间要求的如脱脂、磷化、电泳槽需要入槽1台、出槽1台旋转站;3)有沥水要求工位的设置1台旋转站。


3.1.6旋转站功率的确定


首先进行旋转扭矩计算,建立力学模型如图2所示,以某车身45 JPH进行受力分析与计算。

Lean dip翻浸输送系统工作原理、设计、制造、安装及调试应用

图2中,旋转轴重力:P1=3 000 N;支撑框架重力:P2=2000 N;底漆橇体重力:P3=3 000 N;车身重力和附加夹具重力:P4=5 000+500=5 500 N;附加液体的重力为车身重力的1.3倍:P5=P4×0.3=1 650 N。


A=1.6 m,为车身重力P4\P5作用力矩的力臂;B=0.67 m,为滑橇重力P3作用力矩的力臂;F=0.45 m,支撑框架重力P2作用力矩的力臂。


旋转时以上分力均产生载荷增加值,载荷增加系数:M=Yc·φ=1.2×1.15=1.38,为了支持稳定性,按着起重装置取较大系数Yc=1.2;φ垂直动载荷系数φ=1.15


以上载荷增加值:MP1=4 140 N;MP2=2 760 N;MP3=4 140 N;MP4=7 590 N;MP5=1 650 N


在旋转过程中载荷不对称,对轴产生的最大扭矩是在旋转90°的位置M。


M=MP1·0+MP2·F+MP3·B+MP4·A+MP5·A=2 760×0.45+4 140×0.67+7590×1.60+1 650×1.60=18 799.8 N·m


功率计算:节拍45 JPH旋转站的转速n=2 r/min,功率P=Mnη/9550 K


式中,M=18 799.8 N·m,作用在轴上的扭矩;n=2 r/min,减速机出轴转速;η=0.95减速机机械效率,K=1.2启动系数。


计算结果:P=18 799.8×2×0.95/9550×1.2=3.12 kW,实际选用旋转站功率为4 kW。


3.1.7驼峰轨道设计


Lean dip翻浸输送系统特殊结构可以实现较大角度的摆动,脱脂、磷化、电泳段设计驼峰轨道,用以消除车身表面存留的气泡,摆动角度可达±7°。


3.1.8返回轨的设计


一般生产节拍小于等于45JPH时采用水平返回方式,大于45 JPH时采用垂直返回的方式。


3.1.9电泳底漆橇体的设计


翻浸输送系统对底漆橇体有特殊要求,底漆橇体除了满足车身支撑锁紧要求外,还要满足与翻转小车的结合与锁紧。


3.2 Lean dip翻浸输送系统安装要点


3.2.1轨道的安装


1)两侧轨道中心距要相同,摩擦动力轨道一侧也是导向轮行走侧,除了直线度保证外,还要保证侧边的接口平滑过渡;2)要特别注意,因为轨道安装在槽体两侧,槽体宽度方向空槽与盛满液体状态不一致,有变形,轨道一定要留出宽度可调整的位置,确保轨道中心距不变;3)驼峰轨道的安装,高度上要保证驼峰轨道踏面与动力滚床踏面的位置高度关系,确保小车运行时摩擦阻力最小。


3.2.2导电铜排的安装


1)导电铜排分高、低压段,高低压段之间充满绝缘材质,接口必须紧密、平滑,容易出现的问题是,如果不平滑集电器会起火花;2)导电铜排与车载集电器的间隙要保证一致,容易出现的问题是取电时造成间隙打火花,严重时烧坏集电器;3)保证与轨道绝缘。


3.2.3旋转站的安装


1)旋转站安装位置X、Y、Z三个方向均可调整为好;2)安装后钳口必须水平;3)要用上线的运行小车调整三个方向的位置。


3.3 Lean dip翻浸输送系统调试要点


3.3.1翻浸小车的调试


系统安装完成后进入调试程序,第一步手动空车试运行,也是验证通过性。空载试车完成后,重载调试,预先按车身最大外形尺寸制作一仿形样件进行试车。全部试车通过,接着按增加1/3的数量逐步重载上线调试。


3.3.2旋转站的调试


旋转站调试最容易发生的问题是运行小车不能正确进入旋转站,需要调试人员在手动程序状态下,精调旋转站的三维坐标位置,确保旋转钳口与旋转头上下间隙均匀,上下1 mm为宜。由于不同车身内腔空间不同,旋转阻力不一致,还要调整旋转站的驱动预紧力,实测旋转驱动的浮动角度,调试给定弹簧预紧力的大小。


3.3.3集电器的调试


安装在运行小车上的集电器是在车身摆动的情况下接电,常出现的问题是取电过程中打火花,严重的烧坏电刷。


3.3.4程序调试


Lean dip系统运行程序非常复杂,这里不详细叙述。


4结语


Lean dip翻浸输送系统由高度模块化、灵活的传输单元构成,应用于前处理和电泳涂装,产能最高可达80辆车身/h,可以满足生产线的高产能要求;同时,该系统拥有更好的生产柔性、更紧凑的空间占用、更少的化学品消耗和更低的能耗,从而满足涂装生产在可持续发展方面的各种要求。此外,与传统工艺相比,该系统大大减少了生产线的长度和处理槽的体积(30%左右),因此能最大程度地优化空间使用,并最终降低运营成本。投资初期造价较摆杆式高,但是综合槽体成本、能源消耗成本、维护和运营成本,还是节省了很大的成本。加之为了适应国内车身技术标准,绝大多数新建涂装线都将采用这种输送方式。


鄢海新,高阳(常州海登赛思涂装设备有限公司,江苏常州213119)


(详情见《现代涂料与涂装》2019-10)


来源:鄢海新现代涂料与涂装

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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