上圖：聚氨酯噴涂機(jī)設(shè)備型號(hào)：JNJX-Q5200

　　覆蓋件涂裝是汽車制造過(guò)程中的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，目前，國(guó)內(nèi)所用涂裝工藝關(guān)鍵聚氨酯高壓噴涂機(jī)裝備仍依靠國(guó)外引進(jìn)，有關(guān)提高汽車覆蓋件噴涂自動(dòng)化程度和質(zhì)量控制技術(shù)的研究，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。本博士論文緊密結(jié)合東風(fēng)汽車公司金屬漆全仿形自動(dòng)靜電噴涂機(jī)開(kāi)發(fā)，圍繞靜電噴涂涂料霧化機(jī)理、高速氣浮渦輪設(shè)計(jì)、噴涂工藝參數(shù)優(yōu)化和軌跡規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了深入的研究工作，取得如下創(chuàng)新性研究成果:

　　根據(jù)流體連續(xù)性和運(yùn)動(dòng)方程，建立了靜電噴涂涂料在高速離心旋杯內(nèi)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，分析了涂料顆粒離心運(yùn)動(dòng)規(guī)律，闡述了靜電和離心霧化機(jī)理及其影響因素;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了離心力作用下涂料各組分漆液分離模型，并根據(jù)仿真結(jié)果，研制新型離心旋杯;搭建了離心旋杯霧化試驗(yàn)裝置，驗(yàn)證了理論仿真結(jié)果。

　　基于傳統(tǒng)高速氣浮渦輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了新型高速氣浮渦輪樣機(jī)，該樣機(jī)采用三個(gè)徑向支承氣浮軸承，光纖傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子速度，非常有效地提高了轉(zhuǎn)子的支承剛度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，并己在國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)獲得良好應(yīng)用。

　　通過(guò)高速氣浮渦輪徑向和軸向支撐氣浮軸承的承載力建模與仿真，研究了氣浮噴漆渦輪靜壓剛度與節(jié)流孔孔徑及軸頸軸套間隙的內(nèi)在關(guān)系，提出了基于剛度分析的高速噴涂用渦輪氣浮軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法可有效地提氣浮式軸承式噴涂用渦輪系統(tǒng)的靜剛度。結(jié)合樣機(jī)開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)，形成了一套完整的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、裝配工藝與性能評(píng)估規(guī)范。

　　聚氨酯保溫發(fā)泡機(jī)設(shè)計(jì)了五自由度金屬漆全仿形靜電噴涂系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于車身噴涂生產(chǎn)。解決了如下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:基于西門子SCOUT軟件生成的插補(bǔ)曲線，建立了自動(dòng)噴涂頂噴機(jī)各運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)行速度與輸送鏈速度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型;基于自動(dòng)噴涂流程，提出了分布式控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，以及控制系統(tǒng)硬件配置和通信關(guān)系;建立了噴涂系統(tǒng)各自由度運(yùn)動(dòng)速度與噴霧疊幅之間的關(guān)系，為軌跡規(guī)劃提供了理論基礎(chǔ)。

　　本文結(jié)合了作者多年從事汽車涂裝工藝和裝備技術(shù)的工程實(shí)踐經(jīng)歷，跟蹤新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課題研究，即本論文的主要研究?jī)?nèi)容。

　　1.汽車涂裝工藝技術(shù)研究

　　重點(diǎn)從工藝角度闡述了汽車噴涂的工藝、方法及新裝備技術(shù)，結(jié)合與本專業(yè)密切相關(guān)噴涂設(shè)備總成及關(guān)鍵部件總成進(jìn)行了說(shuō)明。

　　C1)汽車涂裝工藝技術(shù)的發(fā)展，是隨著汽車工業(yè)總體技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展進(jìn)步。汽車涂裝工藝技術(shù)發(fā)展依賴于科技進(jìn)步、裝備水平的提升。

　　C2)汽車涂裝質(zhì)量是汽車生產(chǎn)企業(yè)和消費(fèi)者共同關(guān)注的問(wèn)題，是汽車制造中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，開(kāi)展對(duì)汽車涂裝技術(shù)的深入研究是十分重要的，但目前還不夠普遍。通過(guò)研究噴涂理論和工藝技術(shù)，可以有效地保證噴涂質(zhì)量和預(yù)防涂膜缺陷。

　　(3)環(huán)保要求的日益提高，要求汽車涂料的無(wú)害化日益明顯。水性涂料、高固體份涂料等越來(lái)越多的應(yīng)用于車身涂裝生產(chǎn)，對(duì)噴涂設(shè)備系統(tǒng)提出了新要求，要求跟上涂料技術(shù)的發(fā)展的步伐。

　　(4)闡述了高品質(zhì)汽車噴工藝的內(nèi)涵，即采用新型高性能、環(huán)保型的汽車涂料，使用可靠的自動(dòng)噴涂設(shè)備、設(shè)計(jì)和控制合理的工藝參數(shù)，所獲得的多涂層體系的涂膜具有高防腐性、高裝飾性。

　　2.涂料的霧化機(jī)理研究

　　C1)建立了高速旋杯式靜電噴涂時(shí)，涂料在旋杯內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。

　　C2)闡述了離心力霧化和靜電霧化的原理。

　　(3)分析了離心力霧化、靜電霧化影響因素:旋杯轉(zhuǎn)速n和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度(電壓與極距)對(duì)霧化的影響大，其次是旋杯的結(jié)構(gòu)參數(shù):旋杯的直徑d及其錐角2H和涂料的密度A，涂料的粘度戶和流量Q對(duì)霧化影響相對(duì)較小。這對(duì)噴涂裝備研究具有理論意義。

　　(4)建立了高速旋杯式靜電噴涂時(shí)，在巨大的離心力作用下，涂料中的顏料在涂膜中不均勻的分布、甚至與漆液分離的數(shù)學(xué)模型。

　　(5)顏料與漆液兩相密度差△P是使顏料在漆液內(nèi)產(chǎn)生不均勻分布、甚至分離的必要條件，旋杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力是使顏料組分被分離的外在因素。顏料顆粒的直徑ds、涂料的粘度戶、涂料的流量Q、以及旋杯的幾何參數(shù)(直徑cl ,錐角2H)對(duì)其均有較大影響。

　　3.氣浮軸承渦輪研究

　　以汽車涂裝領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的自動(dòng)靜電噴涂設(shè)備的關(guān)鍵部件一高速噴涂用渦輪為研究對(duì)象，從理論、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入闡述，以期滿足氣浮軸承的高轉(zhuǎn)速、支承剛度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

　　(1)研究了噴涂用氣浮軸承渦輪靜壓剛度與氣浮軸承節(jié)流孔孔徑及軸頸軸套間隙的關(guān)系，提出了基于剛度分析的高速噴涂用渦輪氣浮軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法可有效地提高氣浮軸承噴涂用渦輪系統(tǒng)的靜剛度。

　　(2)對(duì)高速氣浮軸承進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用了三個(gè)徑向支承氣浮軸承，大大地提高了氣浮軸承的支承剛度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，克服了原有進(jìn)口渦輪存在的運(yùn)行穩(wěn)定性不足的缺陷。

　　(3)氣浮渦輪在高速狀態(tài)下運(yùn)行，要求有良好的動(dòng)靜平衡，渦輪軸一渦輪盤(pán)等須具有很高的精度，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到到材料選擇、制造工藝、總成組裝等諸多因素。采用了技術(shù)手段完成了轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試。

　　(4)自動(dòng)噴涂所采用的渦輪裝置在運(yùn)行時(shí)需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，以保證涂膜的均勻性。采用光纖傳感器采集渦輪旋轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行速度反饋檢測(cè)。

　　4.自動(dòng)噴涂系統(tǒng)裝備技術(shù)研究

　　聚氨酯噴涂機(jī)結(jié)合汽車涂裝生產(chǎn)中關(guān)鍵的自動(dòng)噴涂裝備技術(shù)，針對(duì)目前使用的自動(dòng)噴涂機(jī)，開(kāi)展相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究，結(jié)合具體的項(xiàng)目工程取得成果。

　　C1)針對(duì)被涂車身噴涂工藝和柔性仿形系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)噴涂機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和機(jī)械結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究，對(duì)5自由度頂噴機(jī)和3自由度側(cè)噴機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。基于西門子SCOUT軟件生成的插補(bǔ)曲線，建立出頂噴機(jī)和側(cè)噴機(jī)各自由度運(yùn)動(dòng)速度與輸送鏈速度之間對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。由于輸送鏈速度是可測(cè)量的，所以可根據(jù)公式算出頂噴機(jī)各自由度的運(yùn)動(dòng)速度，使頂噴機(jī)旋杯運(yùn)行軌跡得到優(yōu)化。

　　(2)針對(duì)噴涂工藝的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)自動(dòng)噴涂機(jī)的控制系統(tǒng)，使之適應(yīng)柔性化生產(chǎn)。采用分步式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂;采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)噴涂機(jī)各自由度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了噴杯工作位置的精確控制;采用高性能西門子PLC使控制系統(tǒng)響應(yīng)快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定;監(jiān)控畫(huà)面方便噴涂機(jī)的使用與維護(hù)。

　　(3)完成了金屬漆7杯站的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試與工藝調(diào)試。設(shè)備調(diào)試結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，該項(xiàng)目各個(gè)仿形運(yùn)動(dòng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且在控制范圍;設(shè)備前期設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)與工藝調(diào)試結(jié)果吻合，調(diào)試數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)的規(guī)定范圍內(nèi)。金屬漆的噴涂結(jié)果抽測(cè)數(shù)據(jù)顯示，膜厚及誤差均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)備選型正確沒(méi)有出現(xiàn)漆膜、顆粒等缺陷，油漆利用率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，噴出的車身漆膜指標(biāo)符合技術(shù)要求產(chǎn)品合格，項(xiàng)目的按期完成實(shí)施并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

　　5.商用車車身噴涂實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)化

　　對(duì)于汽車涂裝特別是商用車車身涂裝而言，高品質(zhì)涂裝的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在采用現(xiàn)代化自動(dòng)噴涂機(jī)系統(tǒng)，高效率、穩(wěn)定地完成金屬漆的自動(dòng)噴涂，獲得均勻、較少漆膜缺陷的涂膜，提高車身整體的裝飾性、防腐性，增加產(chǎn)品附加值。

　　東風(fēng)汽車公司商用車車身廠全仿形金屬漆自動(dòng)噴涂機(jī)項(xiàng)目的圓滿完成，是高校科研與企業(yè)工程實(shí)踐相結(jié)合成功典范。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工藝調(diào)試數(shù)據(jù)、噴涂結(jié)果表明，該項(xiàng)目的完成促進(jìn)了商用車車身噴涂質(zhì)量高品質(zhì)化的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，氣浮渦輪樣機(jī)的成功試制，為實(shí)現(xiàn)噴涂渦輪早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)，也是為汽車涂裝高品質(zhì)化進(jìn)程中增添了更多的中國(guó)元素。

　　6.2工作展望

　　C1)因環(huán)保要求日益提高，新型涂料的開(kāi)發(fā)成果不斷出現(xiàn)。新材料新工藝的出現(xiàn)，要求新裝備要與時(shí)俱進(jìn)。跟蹤和研究新的汽車涂裝工技術(shù)，保持清新開(kāi)闊的視野，是做好汽車涂裝事業(yè)的基礎(chǔ)。

　　C2)理論研究是保持技術(shù)領(lǐng)先重要手段。開(kāi)展諸如涂料霧化機(jī)理、渦輪結(jié)構(gòu)與原理研究，在既有理論的指導(dǎo)下進(jìn)一步深化和創(chuàng)新研究，以適應(yīng)在未來(lái)更高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下，完成高質(zhì)量的汽車涂裝生產(chǎn)。

　　(3)跟蹤世界技術(shù)，在Q5200聚氨酯涂裝設(shè)備硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面下功夫，繼續(xù)在高速噴涂用渦輪系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性上做進(jìn)一步的深入研究，完善柔性自動(dòng)噴涂機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前，許多涂裝設(shè)備仍依賴進(jìn)口，但不能說(shuō)明國(guó)產(chǎn)化沒(méi)有機(jī)會(huì)，而是存在機(jī)遇和發(fā)展空間，有理由去創(chuàng)造涂裝裝備的國(guó)產(chǎn)自主品牌。

　　(4)將自動(dòng)噴涂系統(tǒng)的理論與實(shí)踐相結(jié)合經(jīng)驗(yàn)提煉總結(jié)，以系統(tǒng)的思維梳理其中有價(jià)值的東西，為企業(yè)的提供如自動(dòng)噴涂系統(tǒng)技術(shù)與管理支持，促進(jìn)汽車高品質(zhì)涂裝工藝和技術(shù)向更高更新的方向發(fā)展。