油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)原理及控制功能優(yōu)化分析

趙晨思，宋衍?chē)?guó)

（1.一汽-大眾汽車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130011；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130011）

1 油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)的工作原理

汽車(chē)涂裝行業(yè)中，噴涂車(chē)身的油漆通過(guò)油漆循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行輸送。油漆的性能參數(shù)直接影響著車(chē)身漆面的外觀和質(zhì)量，而在循環(huán)過(guò)程中，油漆的溫度是影響油漆性能的關(guān)鍵因素之一。通常，在涂裝車(chē)間的油漆循環(huán)系統(tǒng)中，會(huì)安裝一套溫控系統(tǒng)對(duì)油漆溫度進(jìn)行調(diào)控，由于不同廠商生產(chǎn)工藝或者地域的不同，該溫控系統(tǒng)一般分為加熱系統(tǒng)、加熱&冷卻系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)，針對(duì)一汽大眾某項(xiàng)目實(shí)際使用情況，本文針對(duì)冷卻系統(tǒng)的原理進(jìn)行闡述。

冷卻系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，即紅圈1區(qū)域的換熱單元，紅圈2區(qū)域的比例閥單元，紅圈3的管中管單元。每個(gè)比例閥單元對(duì)應(yīng)一個(gè)管中管，同時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)顏色油漆，換熱單元稱之為一次側(cè)，比例閥單元和管中管共同組成二次側(cè)，通過(guò)這三個(gè)單元連接控制，并輔助一些背壓閥等連接控制器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油漆溫度的調(diào)節(jié)控制。

圖1 油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)工作原理圖

（1閥門(mén)所在的管路為冷水進(jìn)水管，旁邊的管路為冷水出水管，2為三通調(diào)節(jié)閥，功能是分流閥，該閥的作用是調(diào)節(jié)冷水進(jìn)入換熱單元的量，3.1為主單向閥，該單向閥用來(lái)防止從換熱單元流出的水再次進(jìn)入換熱單元，3.2為泵單向閥，用來(lái)防止逆流，4為流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量冷水使用量，5為一次側(cè)水泵，6.1為一次側(cè)電接點(diǎn)壓力表，7為一次側(cè)溫度傳感器，用來(lái)給三通調(diào)節(jié)閥提供信號(hào)，8為板式換熱器，9為二次側(cè)水泵，10為壓力罐，用來(lái)儲(chǔ)水并能起到節(jié)能的作用，11為二次側(cè)溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)二次側(cè)主管路水溫，12.1為比例閥單元供端壓力表，12.2為比例閥單元回端壓力表，13.1為比例閥單元供端溫度表，13.2為比例閥單元回端溫度表，14為比例閥單元流量表，15為管中管溫度傳感器，用來(lái)給比例閥單元中的17流量控制閥提供溫度信號(hào)，16為管中管，18為背壓閥，用來(lái)在比例閥單元供回之間建立壓力差。）

1.1 換熱單元

換熱單元集成了水泵、板式換熱器、三通調(diào)節(jié)閥以及溫度傳感器等，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一次側(cè)和二次側(cè)的換熱，詳見(jiàn)圖2。

1.2 比例閥單元

每一個(gè)比例閥單元由供端和回端組成，共同對(duì)應(yīng)一種油漆的溫度控制，供端管路上安裝有溫度表、壓力表以及流量表來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水的觀測(cè)，回管上安裝有壓力表、溫度表以及流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥通過(guò)收集每個(gè)比例閥單元對(duì)應(yīng)的管中管上的溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行回流流量調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該種油漆的溫度控制。

1.3 管中管單元

管中管顧名思義為兩層管路嵌套，里層為油漆，外層為冷水，并且為了更好的起到冷卻效果，油漆和冷水的流量是相反的，通過(guò)計(jì)算油漆流量和溫度控制的需求，每種油漆管中管的數(shù)量可以由一段到多端組成，每?jī)蓚€(gè)關(guān)注公關(guān)之間通過(guò)如圖4所示的管路將兩段水管中的水連接起來(lái)，每種油漆對(duì)應(yīng)的管中管的末端有一個(gè)溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)油漆通過(guò)溫控單元后的溫度，該信號(hào)將發(fā)送給比例閥單元回端上的流量控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)冷水量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該種油漆的溫度控制。

圖2 油漆供應(yīng)換熱單元

圖3 油漆供應(yīng)比例閥單元

圖4 油漆供應(yīng)管中管單元

2 油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化分析

通過(guò)多年實(shí)踐探索，對(duì)圖圖1原理圖進(jìn)行二次優(yōu)化，調(diào)整部件功能及位置，主要包括零件4流量計(jì)的位置做了調(diào)整，零件2三通調(diào)節(jié)閥的功能由分流變成了匯流，零件3.1主單向閥的方向進(jìn)行了 180°對(duì)調(diào)。優(yōu)化后的油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)的原理圖如下圖5所示：

圖5 油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)工作原理圖（優(yōu)化）

冷水從1閥門(mén)所在的管路進(jìn)入換熱單元的一次側(cè)，由于2三通調(diào)節(jié)閥的作用，該水路作為進(jìn)入一次側(cè)水泵的兩條水路中的一條（定為水路 1），而另一條水路則是從換熱單元出來(lái)并經(jīng)過(guò)3.1主單向閥的水路（定為水路2），該閥作用為匯流閥，通過(guò)感知 7一次側(cè)溫度傳感器發(fā)來(lái)的溫度信號(hào)，來(lái)控制這兩條水路的通路大小，比如當(dāng)7一次側(cè)溫度傳感器測(cè)得的溫度較低時(shí)，那么水路2的通路就會(huì)擴(kuò)大，相應(yīng)的水路1的通路就會(huì)縮小，如果測(cè)得的溫度低到一定程度，那么多水路1將完全關(guān)閉，水路2將全部打開(kāi)，這時(shí)侯一次側(cè)水泵完全是內(nèi)循環(huán)；當(dāng)7一次側(cè)溫度傳感器測(cè)得的溫度較高時(shí)，那么水路2的通路就會(huì)縮小，相應(yīng)的水路1的通路就會(huì)擴(kuò)大，如果測(cè)得的溫度高到一定程度，那么多水路1將完全打開(kāi)，水路2將全部關(guān)閉，這時(shí)侯一次側(cè)水泵完全是外循環(huán)，而4流量計(jì)由于設(shè)置在了三通調(diào)節(jié)閥的上游，其監(jiān)測(cè)到的冷水用量仍然是準(zhǔn)確的，如此一來(lái)，可以節(jié)省一部分的冷水用量，達(dá)到節(jié)能效果。

此外，每個(gè)比例閥單元對(duì)應(yīng)的管中管是二次側(cè)中油漆和冷水進(jìn)行熱量交換的區(qū)域，而15作為該區(qū)域的溫度傳感器，一般設(shè)置在管中管的末端，由于該位置距離溫控單元較近，可以較為靈敏的對(duì)油漆溫度進(jìn)行控制，但同時(shí)很可能意味著該溫度傳感器距離機(jī)器人使用終端較遠(yuǎn)，這也許意味著使用終端的溫度會(huì)和此處測(cè)得的溫度有變化，從而導(dǎo)致存在油漆溫度偏離工藝要求的可能性，如果將15溫度傳感器移動(dòng)到機(jī)器人使用終端的管路附近，那么測(cè)得的溫度信號(hào)就是實(shí)際使用的油漆溫度，該信號(hào)去控制17流量調(diào)節(jié)閥。但是如此一來(lái)會(huì)帶來(lái)兩個(gè)不利的影響，一是很可能增加這些溫度傳感器的維修難度，二是由于溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)和溫控單元（比例閥單元和管中管）距離較遠(yuǎn)，對(duì)軟件控制以及系統(tǒng)的平穩(wěn)性是一個(gè)考驗(yàn)。

3 總結(jié)

油漆供應(yīng)冷卻系統(tǒng)作為涂裝車(chē)間里必備的一套系統(tǒng)，其原理和應(yīng)用已經(jīng)很成熟，本文僅從理論角度進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化分析，雖然系統(tǒng)還存在一定的優(yōu)化和改進(jìn)空間，但是總體是而言該技術(shù)的應(yīng)用還是利大于弊。由于涉及到流體動(dòng)力等更進(jìn)一步的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，需要通過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)才可以更加準(zhǔn)確的判斷優(yōu)化效果。