節(jié)能型集裝箱門板的噴漆工藝設(shè)計

1、節(jié)能型集裝箱門板的噴漆工藝設(shè)計     1引言噴漆涂裝作為現(xiàn)代制造業(yè)中重要的工藝環(huán)節(jié)之一，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、機(jī)械設(shè)備、建材等行業(yè)，但噴漆涂裝作業(yè)中的高能耗、高污染一直困擾著這個行業(yè)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用就顯得尤為迫切。集裝箱門板噴漆生產(chǎn)要經(jīng)過表面清理、噴漆、流平、烘干等多個工序才能完成。通過對噴漆生產(chǎn)線中主要能耗和污染來源的研究，結(jié)合集裝箱門板工件的特點，在生產(chǎn)線設(shè)計時有針對性地采用一些先進(jìn)的涂裝工藝和技術(shù)，使生產(chǎn)線的能耗和污染物的排放大幅降低。2集裝箱門板噴漆生產(chǎn)線的基本要求根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)需要，生產(chǎn)線年處理集裝

2、箱門板4.5萬套，每套包含2個門內(nèi)板和2個門外板，門板最大外形尺寸為1.12m×0.06m×2.53m，質(zhì)量不大于46kg。門板采用1.53.0mm厚不銹鐵板和冷軋鋼板制作。根據(jù)工件的表面質(zhì)量要求，在噴漆作業(yè)時要求對噴漆室送風(fēng)溫度、濕度和風(fēng)速進(jìn)行控制，全年送風(fēng)溫度控制在1535，相對濕度控制在55%75%，工作面平均風(fēng)速不低于0.3m/s。集裝箱的門內(nèi)板只需單面噴涂底漆，門外板內(nèi)表面噴底漆，外板面噴中涂漆和色漆2道漆。內(nèi)板噴漆后要求進(jìn)行烘干處理，工件下件前漆膜要求實干，噴中涂漆后，漆膜表面要求半干。3工藝流程和平面布局根據(jù)噴漆生產(chǎn)線的上述要求，為保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，確定

3、了門板的生產(chǎn)工藝流程如下：上件噴砂表面處理噴底漆流平噴中涂漆檢查流平底漆烘干中涂漆烘干強(qiáng)冷噴面漆檢查流平面漆烘干強(qiáng)冷下件根據(jù)場地空間，產(chǎn)品品種、特點、產(chǎn)量和涂裝生產(chǎn)工藝的要求來選擇組成整個噴漆生產(chǎn)線設(shè)備模塊的種類及數(shù)量，使其能充分發(fā)揮各設(shè)備的最大使用效率，以節(jié)約投資和生產(chǎn)成本。生產(chǎn)線由下列設(shè)備模塊組成，包括噴砂系統(tǒng)、底漆噴漆室、流平室、中涂漆噴漆室、檢查流平室、底漆烘干室、中涂漆烘干室、強(qiáng)冷室、面漆噴漆室、面漆檢查流平室、面漆烘干室、面漆強(qiáng)冷室、送風(fēng)及氣流循環(huán)控制系統(tǒng)、積放輸送系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等。工件從進(jìn)入底漆噴漆室開始到面漆強(qiáng)冷室的出口，所有工藝設(shè)備的室體組合成一個封閉結(jié)構(gòu)，各室體之間通過

4、自動門和過渡段分隔，保證各工位不受相鄰工位的干擾，同時防止氣流的外溢。這些模塊通過自動化的輸送設(shè)備組合成一有機(jī)的整體，來滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝需要。集裝箱門板噴漆線的平面布局如圖1所示?？紤]到集裝箱門內(nèi)板和外板的不同工藝要求，以及共線生產(chǎn)的需要，整個生產(chǎn)線的物流系統(tǒng)應(yīng)滿足分線、合流的要求，因此本輸送系統(tǒng)采用高度自動化的具有柔性化生產(chǎn)功能的積放式懸掛輸送機(jī)。4主要設(shè)備的配置和技術(shù)特點本生產(chǎn)線在設(shè)計時要求重點考慮設(shè)備的能耗和環(huán)保問題，因此各關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計和選型也充分體現(xiàn)這一要求。4.1水簾式噴漆室噴漆室的種類很多，并且各有優(yōu)缺點。根據(jù)集裝箱門板每道漆只需單面噴涂的特點，同時考慮到降低設(shè)備投資成本的需要

5、，因此本生產(chǎn)線的噴漆室采用水簾式噴漆室。噴漆室主要由操作室室體、均壓室、漆霧捕捉系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、照明裝置、除渣系統(tǒng)和廢氣濃度監(jiān)測報警系統(tǒng)及安全防火系統(tǒng)等組成。底涂、中涂漆和面涂3個噴漆室的外形尺寸均為4.0m×5.3m×6.43m。噴漆室殼體采用50mm厚的彩鋼巖棉夾芯板制作，并以型鋼骨架加強(qiáng)，噴漆室的保溫性能大大提高，減少殼體散熱損失。由于采用節(jié)拍式輸送技術(shù)，在噴漆室進(jìn)出口兩端均安裝有氣動式自動門，自動門與輸送系統(tǒng)連鎖，只在工件進(jìn)出噴漆室時開啟，避免了噴漆時室外氣流的干擾，影響噴漆質(zhì)量，防止漆霧外溢。由于單個集裝箱門板噴涂面積較大，為了保證噴漆質(zhì)量，提高噴漆效率和上漆率，

6、噴漆系統(tǒng)選用二維自動靜電噴涂機(jī)，噴槍可以進(jìn)行上下和左右運動。噴漆時工件處于靜止?fàn)顟B(tài)，噴涂機(jī)可根據(jù)檢測到的工件大小自動調(diào)整噴槍的運行軌跡，減少噴槍空噴，提高涂料利用率，減少過噴漆霧污染。按照常規(guī)的設(shè)計方法，水簾式噴漆室的漆霧捕捉效率較水旋式噴漆室和文丘里式噴漆室低。為了提高噴漆室的漆霧捕捉效率，為高效節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造條件，在進(jìn)行設(shè)計時對噴漆室漆霧捕捉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，吸收了無泵噴漆室、文丘里噴漆室、干式噴漆室等多種噴漆室漆霧處理結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，使漆霧捕捉效率和穩(wěn)定性大幅提高。同時，對于被捕捉到的漆霧形成的漆渣，通過設(shè)置一套全氣動控制的連續(xù)除渣機(jī)加以及時清除，從而保持水槽內(nèi)液體的清潔度，保證漆霧

7、處理效果和延長廢水排放周期。4.2油漆烘干室本生產(chǎn)線的油漆烘干室包括底漆烘干室、中涂漆烘干室和面漆烘干室，分別用來烘干底漆、中涂漆和面漆。烘干室包括室體、加熱裝置、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)。室體采用型鋼骨架和100mm厚的彩鋼巖棉夾心板制作，保溫效果好，外形美觀。加熱裝置采用新型的天然氣催化燃燒長波紅外輻射加熱器，加熱器布置在工件側(cè)面，與工件噴漆面保持適當(dāng)?shù)木嚯x，保證涂層對紅外輻射能的吸收利用效率。催化加熱器中氣體的低溫?zé)o焰氧化產(chǎn)生長波紅外線，非常符合向各種涂層傳熱，長波催化紅外線完全符合涂層的吸收光譜，而鋼鐵等金屬零件對紅外輻射的吸收率較低，從而實現(xiàn)了從內(nèi)而外快捷均勻的干燥過程，同時紅外射

8、線不直接對空氣加熱，使烘箱內(nèi)的溫度保持在較低水平，減少了熱量損耗，因此，采用該種加熱方式加熱效率大幅提高。該加熱裝置還具有另外一個獨特的優(yōu)點，在加熱的同時，通過空氣循環(huán)系統(tǒng)的作用，使涂層揮發(fā)的有機(jī)化合物被吸入催化墊來進(jìn)行燃燒而輻射放熱，使烘箱中的空氣得到凈化，并實現(xiàn)了廢物再利用、減少能源消耗的目的。在室體進(jìn)、出口端設(shè)有氣動推拉門和手動平開門，氣動門與輸送系統(tǒng)連鎖來減少烘箱內(nèi)熱量的外溢。油漆烘干室溫度為6070，底漆、中涂漆和面漆的烘干時間分別為9min、9min和27min。4.3檢查流平室檢查流平室設(shè)在中涂漆噴漆室和面漆噴漆室的后面，它由室體、送排風(fēng)系統(tǒng)和照明裝置組成。室體采用型鋼骨架和10

9、0mm厚的彩鋼巖棉夾心板制作，密封性好，外形美觀。側(cè)壁設(shè)有帶密封結(jié)構(gòu)的鋁合金平開門，門上安裝有閉門器。內(nèi)部安裝有防爆燈，檢查段照明強(qiáng)度為500Lx，流平段照明強(qiáng)度為200Lx。工作人員可在檢查段對工件的噴涂質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題可及時對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，保證產(chǎn)品的合格率。送風(fēng)系統(tǒng)的空氣來自于噴漆室的排氣，空氣經(jīng)過濾處理后送入設(shè)于工件下部的送風(fēng)道，使送入空氣以一定流速沿著工件表面向上運動，保證漆膜的流平質(zhì)量，同時帶走油漆流平時揮發(fā)的有機(jī)氣體，通過設(shè)在頂部的排氣罩將含有有機(jī)廢氣的氣體收集后送入烘干室進(jìn)行凈化處理。4.4空調(diào)送風(fēng)機(jī)組對于每1個噴漆室，均設(shè)有1套獨立的送風(fēng)機(jī)組，每套空調(diào)機(jī)組的風(fēng)量為2000

10、0m3/h。每套送風(fēng)機(jī)組由殼體、空調(diào)送風(fēng)機(jī)、過濾裝置和加熱裝置等組成?？照{(diào)送風(fēng)溫度為1535，送風(fēng)濕度為55%75%。設(shè)備殼體采用彩鋼巖棉夾芯板制作，并在側(cè)壁設(shè)有檢修門?？照{(diào)引風(fēng)機(jī)裝在殼體內(nèi)，由變頻器調(diào)節(jié)送出的風(fēng)量。殼體內(nèi)裝有2組過濾裝置，分別為初效過濾器（型號：FP-30/G3）和中效過濾器（型號：FP-60/F6）各1組?？諝饨?jīng)過過濾和加熱后，通過送風(fēng)管路送至相應(yīng)的噴漆室。每層過濾裝置兩側(cè)裝有壓差計，當(dāng)壓力損失超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動報警，提示更換過濾器。空氣的加熱采用熱水作為熱源。由于機(jī)組采用了一次回風(fēng)混合技術(shù)，回風(fēng)量為90%，使噴漆室排風(fēng)空氣中的顯熱和潛熱得到充分利用。因此整個機(jī)組的熱

11、消耗量很少，為常規(guī)全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的5%以下。只有在溫度較低或設(shè)備啟動時快速升溫需要通過空調(diào)機(jī)組內(nèi)的熱水加熱器來補(bǔ)充一部分熱量。送風(fēng)空氣的溫度和濕度主要通過調(diào)節(jié)新風(fēng)的溫濕度來控制。4.5輸送系統(tǒng)本生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)采用具有柔性化生產(chǎn)能力的積放式懸掛輸送機(jī)，采用節(jié)拍式的生產(chǎn)模式，基本節(jié)拍為2.25min，滿足年產(chǎn)4.5萬套集裝箱門板的需要，同時在上下件工位設(shè)有二維液壓升降機(jī)來輔助完成工件的上線和下線。工件在各工位之間的輸送通過1個快鏈驅(qū)動系統(tǒng)完成，鏈速約12m/min可調(diào)，減少輸送工件所占用的時間。工件在噴漆室、烘干室和流平室的停留時間由控制系統(tǒng)自動控制，時間可通過控制面板調(diào)整。整個積放鏈均設(shè)有

12、C形鉤和固定接油盤，確保工件免受油污的污染。本生產(chǎn)線主要用于噴涂集裝箱的門內(nèi)板和外板，實現(xiàn)2種不同的處理工藝。外板線和內(nèi)板線采用相同型號的積放車組，每個積放車組采用附帶的標(biāo)識牌，用于PLC識別積放車組屬于外板線還是內(nèi)板線，這些標(biāo)識牌可以手動更換。通過自動識別系統(tǒng)，外板線和內(nèi)板線能獨立運行也可以交叉運行，即內(nèi)板和外板可以單獨生產(chǎn)也可以混線生產(chǎn)，滿足不同工藝處理的需要。本系統(tǒng)共設(shè)有40組積放小車，車組的數(shù)量可通過維修工位進(jìn)行增減。積放車組的長度為1500mm，以減少設(shè)備空間的占用量。在每一工位前設(shè)有停止器，每個工位的工件停止誤差小于±5mm（沿運動方向）。在噴漆工位，工件停止1520s后

13、達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)，防止噴漆時工件晃動，影響噴漆質(zhì)量。5高效節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用本噴漆生產(chǎn)線的主要能耗是噴漆室送風(fēng)調(diào)溫調(diào)濕消耗的能量和油漆烘干室消耗的能量；主要污染是噴漆、流平和烘干過程中有機(jī)溶劑的揮發(fā)。為了降低噴漆室送風(fēng)系統(tǒng)的能耗，通過對噴漆室和烘干室排氣中的熱量的回收再利用來實現(xiàn)；為了降低烘干室的能耗和處理噴漆生產(chǎn)線工作時產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，通過采用先進(jìn)的天然氣催化燃燒長波紅外輻射加熱技術(shù)來實現(xiàn)。為此在本生產(chǎn)線中通過設(shè)置1套氣流控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)將生產(chǎn)線的噴漆室、流平室、烘干室和空調(diào)機(jī)組等各設(shè)備的送排風(fēng)連接成一有機(jī)的整體。通過精確控制各設(shè)備的氣流循環(huán)和處理來實現(xiàn)能量的回收利用，使送入噴漆室的空氣溫濕度保

14、持在要求的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)的工作原理見圖2。工作時，每套空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)將20000m3/h潔凈空氣送到相應(yīng)噴漆室，經(jīng)過高效的漆霧處理后，噴漆室排風(fēng)系統(tǒng)將18000m3/h空氣送回到空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，將2000m3/h空氣送到流平間。流平時漆膜揮發(fā)的有機(jī)溶劑被送入的空氣帶走，然后被排風(fēng)機(jī)收集后送入烘干室凈化處理。經(jīng)處理后的空氣和烘干室加熱產(chǎn)生的廢氣一同達(dá)標(biāo)排放。在排放管路上設(shè)有熱交換器用來加熱補(bǔ)充到空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)中的2000m3/h新鮮空氣。在上述過程中，采用新鮮空氣和排氣混合的方式，使噴漆室的排風(fēng)利用率達(dá)到90%，排風(fēng)空氣中的顯熱和潛熱都得到充分利用，使冬季的送風(fēng)不需要加濕處理即可滿足要求。通過采用高效

15、的鋁箔板式熱交換器的方式回收烘干室排氣中的熱量，使系統(tǒng)中所需補(bǔ)充的新鮮空氣得到加熱。為了保證夏季高濕天氣時噴漆室送風(fēng)空氣的濕度滿足要求，在新風(fēng)管路上還設(shè)有風(fēng)冷冷水機(jī)組進(jìn)行降溫除濕。由于采用只對新風(fēng)進(jìn)行除濕的設(shè)計，因此系統(tǒng)所需的制冷量也大幅減少。這些措施使噴漆室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的加熱、加濕和制冷、除濕的能耗降低到常規(guī)設(shè)計方法的5%以內(nèi)，同時有機(jī)廢氣的排放也大幅降低到10%以下。加熱和制冷量的大幅減小，也使配套設(shè)備的投入大大降低，極大地節(jié)約了設(shè)備的投資和運行成本。從噴漆室到流平室風(fēng)管管路、從流平室到烘干室的風(fēng)管管路上設(shè)F5和F6兩級中效過濾，清除空氣中殘存的漆霧和粉塵，保證工件表面漆膜的質(zhì)量。系統(tǒng)中采

16、用了定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥代替常用的電動調(diào)節(jié)風(fēng)閥來控制風(fēng)管中的風(fēng)量，不僅使投資成本大大降低，控制和維護(hù)也更加準(zhǔn)確、方便。通過噴漆室排氣的回用，以及流平室有機(jī)溶劑廢氣的收集，使送入烘干室的廢氣得到濃縮，濃度大大提高。由于采用一定比例的新鮮空氣進(jìn)行稀釋，使送入噴漆室的空氣始終控制在安全范圍之內(nèi)。同時在噴漆室內(nèi)設(shè)有有機(jī)氣體濃度探測儀，當(dāng)系統(tǒng)工作異常而使其內(nèi)部有機(jī)氣體濃度值高于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)進(jìn)行報警并自動使送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入全新風(fēng)的工作模式，使設(shè)備內(nèi)可燃?xì)怏w濃度降低，保證了生產(chǎn)安全。在烘干室的設(shè)計中，通過采用天然氣催化燃燒長波紅外輻射加熱技術(shù)，使紅外射線直接對涂層面進(jìn)行加熱，有效地縮短了工件上涂層的干燥時間，與傳統(tǒng)加熱技術(shù)相比干燥時間縮短了60%80%，大大減少了熱量的消耗。同時利用催化加熱裝置工作時通過吸收送入烘干室內(nèi)的氧氣進(jìn)行催化燃燒加熱的特點，使送入烘干室的有機(jī)廢氣和油漆烘干時產(chǎn)生的有機(jī)廢氣一同被催化加熱裝置吸收并燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量以長波紅外輻射的方式再作用到涂層上，處理后的有機(jī)廢氣完全可以達(dá)標(biāo)排放。這一過程不僅解決了噴漆、流平和烘干時產(chǎn)生的有機(jī)溶劑廢氣的處理問題，而且處理產(chǎn)生的熱量還直接得到了利用，減少了油漆烘干時天然氣的消耗量，降低了生產(chǎn)成本。6結(jié)語噴漆生產(chǎn)線的能源消耗是生產(chǎn)線運行的主要成本，因此對其節(jié)能研究具有非常重要的意義。隨著社會的不斷