绿色涂装技术的产品开发和工程应用

作者:张川 黄鹏 韩俊杰 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2018-03-10
分享到
本文介绍了中国汽车工业工程有限公司根据绿色涂装技术的发展趋势,开发出的一系列新产品和装备,同时介绍了这些新装备、新技术在工程项目中的应用情况和节能减排的实际效果,并对汽车绿色涂装的方案规划提出了建议。

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,汽车已经成为普通家庭的标准配置,国内的汽车市场巨大。从2009年开始,我国已经连续8年成为全球第一的汽车和涂料的产销大国。但是随着汽车行业的快速发展,汽车生产带来的污染问题也日益突出。

面对日益严重的污染问题,国家和各级政府陆续出台了严格的汽车制造业(涂装)污染物排放标准,而且标准要求越来越严格。国内汽车生产企业必须采用新的环保装备和技术才能满足这些要求。但是许多新的绿色涂装技术掌握在国外公司手中,高昂的投资成本阻碍了这些技术的推广和应用,也阻碍了国家对于建设“环境友好型、资源节约型”工厂的进程。

绿色涂装技术的产品设计

紧跟绿色涂装技术的发展步伐,最终将这些技术转变为产品,真正实现新技术的落地应用,转化为产品和装备的开发设计是打破国外技术壁垒,实现我国涂装车间绿色节能生产的重要环节。为此,作为国内涂装行业的领头羊,中国汽车工业工程有限公司(以下简称“中汽公司”)开发出了一系列新的涂装装备和产品。

1.翻转输送机技术

中汽公司已开发出具有自主知识产权的翻转输送机技术(图1)。它具有独立驱动,单独控制,灵活、柔性强;电动机单侧布置,简单轻便;双侧支撑及驱动,平衡稳定;180°翻转入槽,槽内车底朝上,工艺质量好;入槽、出槽角度可调,车身携带槽液少;可快速排空和沥干的特点。

图1  翻转输送机

图1  翻转输送机

2.石灰粉干式喷房技术

中汽公司与德国KELLER公司合作开发出了石灰粉干式喷房技术(图2)。它采用石灰粉作为捕捉介质,将含过喷漆雾的空气吸入过滤单元,漆雾颗粒与石灰粉充分混合后,被捕获和过滤;废弃的石灰粉回收处理;整个系统全自动运行,运行参数可调及实现实时监测。

图2  石灰粉干式喷房

图2  石灰粉干式喷房

3.迷宫纸盒干式喷房技术

中汽公司自主开发了迷宫纸盒干式喷房系统(图3)。它采用迷宫纸盒作为捕捉介质;粘满漆雾的纸盒可焚烧炭化处理,无二次污染;采用流道的仿真优化设计,减少壁面漆雾污染;模块化的设计,智能风管的自动对接,可实现过滤材料的快速和在线更换,不会影响喷漆工作的正常进行;喷房采用了循环风技术,最大循环风量达到95%。

图3  迷宫纸盒干式喷房

图3  迷宫纸盒干式喷房

4.新型高效节能烘干室技术

中汽公司开发的新型烘干炉能对工件精准加热,缩短工件底部和铰链的升温时间,降低能耗;机运设备隐藏在烘干炉底部,降低热量消耗;仿形通道更利于热风对流,减少内部死角和积油,同时提高了对流烘干效果;采用仿真优化技术研究烘干室内车身复杂的换热过程(图4)。

图4  新型高效节能烘干室

图4  新型高效节能烘干室

5.废气浓缩转轮技术

中汽公司开发的废气浓缩吸附转轮技术特别适用于处理大风量、低浓度的有机废气,VOC去除率达到95%以上;浓缩后废气风量小,故可以与烘干炉共用废气焚烧炉(TAR)或RTO设备,达到节能降耗的目的;转轮热稳定性极高,反复通过加热脱附再生,理论寿命可达到10年。

6.新风转轮除湿技术

市面上的除湿转轮密封多采用含硅酮的材料,无法满足涂装要求。中汽公司开发的新风转轮除湿设备采用新式密封结构,不含任何硅酮材料,完全满足闪干新风要求。新鲜风通过转轮除湿系统可将空气中的含湿量降至3 g以下。在满足工件脱水率的同时,可降低闪干的循环风温度,达到节能降耗的目的(图5)。

图5  新风除湿转轮系统

图5  新风除湿转轮系统

7.剑刷擦净机器人系统

中汽公司开发完成的剑刷擦净机器人系统(图6)是代替鸵鸟毛擦净系统,对车身外表面进行清洁,去除车身外表面上的灰尘、纤维和水分,最大限度地减少了在后续喷涂工艺中,可能由颗粒、纤维等原因产生的喷涂缺陷。

图6   剑刷擦净机器人系统

图6   剑刷擦净机器人系统

机器人本体可支持不同主流品牌多功能通用型机器人;采购剑刷作为擦拭作业工具,配套专用药剂供应系统、废气抽吸过滤系统和电控系统,集成为一款新型的工件喷涂前擦净系统。擦拭路径调整灵活,可有效规避密封胶涂覆部位,同时可降低设备成本、减少能源消耗、减小占用面积和降低保养成本。

8.涂胶机器人系统

中汽公司也独立开发了涂胶机器人系统(图7)。可实现车体底部防石击防护胶、车底焊缝密封胶、内部焊缝密封胶和隔声阻尼胶的自动喷涂功能。

图7   涂胶机器人系统

图7   涂胶机器人系统

本系统包括机器人本体及外部轴、供胶系统、视觉系统和电气控制系统。其中供胶系统由固瑞克产品系列中的材料增压输送系统、流量控制系统、3D枪以及温控和过滤等相关配件组成。

该系统可降低人力成本和耗材成本,一次投资成本低,长期回报;质量稳定,外观好,精度高;自动化、柔性化程度高,路径可以自由规划和修改;随着视觉技术的引入以及现代控制方法的支撑,能够完成整个涂胶过程的质量检测、跟踪等功能的高度集成, 实现自动涂胶系统的智能化。

9.喷漆机器人系统

中汽公司正在开发的喷漆机器人系统,包含提供并调节旋杯雾化器所需要的空气控制系统,调节雾化器所用涂料的涂料控制系统,调节静电雾化器所载高压的高压控制系统,管理逻辑控制的电控系统和集成工艺系统,可实现精确的雾化装置闭环调节与高速控制,并实现与机器人工作的精确同步。

不同品牌喷漆机器人的系统集成,在色漆站使用某一主流品牌喷漆机器人,配置内外喷两用内加电雾化器,可以实现车身内外喷。清漆站使用另一主流品牌喷漆机器人,配置不同尺寸杯头的旋杯,可以完成色漆内外喷。通过搭配两种主流品牌喷漆机器人集成机器人喷涂系统,可以掌握这些品牌机器人的性能、安装方式和输调漆系统的配合方式以及控制系统架构,为后续项目喷涂机器人系统集成打下坚实基础。

10.智能化控制系统

中汽公司通过全面的在线检测、精准的数据分析和安全稳定的自适应控制,打造了基于“中国制造2025”纲领的智能化控制系统(图8和图9)。可实现对设备运行状态全生命周期的监控,大大提高了科学性和便利性,同时配合车间智能管理系统,实现管理智能化、数据信息化和控制自动化的智能制造体系。

图8   智能在线检测仪器

图8   智能在线检测仪器

图9   设备运行监控界面

图9   设备运行监控界面

11.智慧能源管控系统

中汽公司开发的能源管控系统,能对所有能源耗量进行实时记录、科学分析,帮助企业查找能耗弱点,控制浪费,降低单位能耗成本,提高综合竞争力。以需求侧为导向,智能化动态调整的智慧能源管控系统,可减少能源损耗,缩短稳定时间,提高控制精度,延长设备使用寿命,提升设备使用效率。

12.VOCs在线检测

中汽公司开发了涂装车间的VOCs在线检测系统,监测点覆盖车间关键工艺位置,实时监控喷漆、烘干各工艺段及废气排放的VOCs含量;数据记录、分析、预警系统可帮助客户掌握VOCs数据,以适应日益严格的环保标准。

13.工厂智能化、信息化生产管理技术

中汽公司针对工厂智能化、信息化生产管理技术,开发了一体化智能管控平台、远程维保软件和智能移动端三项技术。

一体化智能管控平台:结合最新IT技术、融合行业经验,中汽公司自主的涂装车间信息化综合管控平台可实现数据采集、设备监控、生产管理和数据汇总分析,做到有效支撑、信息共享;提高效率、降低成本;增值服务、创造价值。

远程维保软件:安全稳定便捷的远程网络连接、稳定可靠的远程数据采集与存储、智能的数据分析与报告发送,为客户提供不间断的售后服务。

智能移动端:操作和管理人员可随时随地掌控车间状态,快速展示精准数据和处理任务,使设备状态、生产过程、维保状况、成本消耗和质量状态可视化。系统实现了柔性化的数据展示、拖拽式的APP界面设计和个性化配置菜单及权限。

绿色涂装技术的工程应用

节能和减排是汽车涂装技术发展的两大主题,二者是相辅相成的,有时又是相互矛盾的。无论新线规划还是老线改造,节能减排措施均需要从源头、过程、末端治理和节能控制4个方面综合考虑,并根据实际情况合理地选择使用绿色涂装技术和装备,最终才能实现环境和经济双赢的目标。

1.老线水性漆改造

老线改造是绿色涂装技术工程应用的主要内容之一。中汽公司的老线改造项目目前已完成7项,设计及在建项目11项,改造目的是将3C2B溶剂型涂料工艺改造为3C1B水性涂料工艺。在实现其功能的条件下,尽量少改动、多利旧,其改造内容及效果如表1所示。

表1  老线水性漆改造主要内容及效果

表1  老线水性漆改造主要内容及效果

2.无磷前处理技术

中汽公司已开始将无磷前处理技术应用于新能源车工程项目中,目前已建成项目3项,在建项目5项。无论采用硅烷还是锆盐薄膜工艺,与传统磷化处理技术相比,均实现了沉渣少、处理温度低、处理时间短和废水排放少,且易于处理的节能环保目标,如表2所示。

表 2  北汽某项目薄膜工艺效果对比

表 2  北汽某项目薄膜工艺效果对比

3.翻转输送机技术

南京某新能源车涂装试验线项目采用了中汽的翻转输送机技术(图10),使前处理电泳线长度相对于采用摆杆输送机技术缩短了15%,容积减少了33%,而且车身处理面积达100%,沥水干净,表面质量良好。

图10  翻转输送机

图10  翻转输送机

4.迷宫纸盒干式喷房技术

迷宫纸盒干式喷房系统(图11)被开发出来后,就引起了业内的高度重视。以采用该技术的某整车生产线为例,对比湿式文丘里喷房,废水产生、化学品用量为零,危险废物产生量减少46%,用电量节省38%,采用循环风技术使冷、热水用量减少了85%。目前,中汽公司已完成终验收2项,设计及在建项目5项。

图11  迷宫纸盒干式喷房

图11  迷宫纸盒干式喷房

5.转轮废气浓缩技术

从北汽某乘用车技术改造项目开始采用废气转轮吸附浓缩焚烧技术(RTO焚烧或TNV焚烧,如图12所示)至今,中汽公司已完成项目7项,建设中项目4项,设计中项目7项,已完成项目的废气处理均满足当地环保排放要求。

图12  废气转轮浓缩焚烧系统

图12  废气转轮浓缩焚烧系统

6.涂装机器人技术

中汽公司有多年涂装机器人的使用经验,通过与ABB、FANUC公司的长期合作,已在不同项目中使用了内喷、外喷喷漆机器人和各式涂胶机器人。最近,中汽公司自行开发的擦净机器人系统已应用于位于深圳某工厂涂装车间面涂机器人自动化喷涂项目中。该系统能根据不同车型数据、节拍要求和实际情况,灵活布置擦净路线,达到擦净效率高、效果好和路线简单的目的。

7.智能化控制系统

从2012年开始,中汽公司已开始在项目中实现从自动化向智能化的转变,主要包括涂装车间关键点全覆盖、数据全纪录和设备状态监控,结合先进的控制算法,实现精准控制、智能感知、智能维护和节能减排。

结语

实现汽车绿色涂装的方案是有许多种的,对不同的企业、不同的发展阶段、不同的具体情况应该因地制宜,制定合适的、切实可行的技术方案。绿色环保的水性涂料、紧凑型喷涂工艺是技术发展的主流,但是高固体分溶剂涂料的发展应用,结合后级废气浓缩焚烧净化处理系统的应用也是值得探索和研究的。随着粉末涂料和UV涂料的推广应用、涂装机器人的推广应用以及工厂智能化、信息化技术的日益成熟,将会进一步减少涂装车间污染物的排放。总之,技术发展的多样性对于提高我国节能减排技术,实现绿色涂装的目标至关重要。  

收藏
赞一下
0