鋼板預(yù)處理設(shè)備噴漆小車傳動(dòng)系統(tǒng)的改造

卜 尤 談堅(jiān)鍇

（廣船國(guó)際生產(chǎn)支援部）

0 前言

船舶行業(yè)要求船體外板、甲板板、艙壁板、舷墻板、上層建筑外板、內(nèi)地板和組合型材等內(nèi)部用板材，在下料前采用拋丸處理，達(dá)到瑞典標(biāo)準(zhǔn)SIS—055900(SSPC—CP·10)Sa2．5級(jí)，并立即噴涂富鋅車間底漆一度。為此，我司為了確保造船質(zhì)量，引進(jìn)了德國(guó)先進(jìn)4.5米鋼板預(yù)處理流水線，確保每條船的每塊鋼板都能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。噴漆系統(tǒng)是整個(gè)鋼板預(yù)處理流水線流水線的核心，若噴漆精度和質(zhì)量無(wú)法保證則鋼板無(wú)法達(dá)到上述油漆標(biāo)準(zhǔn)要求，直接影響造船的后續(xù)生產(chǎn)及船舶使用壽命；而且噴漆系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，磨損件與耗材消耗較大，經(jīng)常出現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損、傳動(dòng)皮帶損壞等故障導(dǎo)致漏噴、重復(fù)噴漆、漆層厚、結(jié)構(gòu)件易磨損等問題，故障率與維修成本也較高。所以加強(qiáng)對(duì)設(shè)備故障率高的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造至關(guān)重要，既保障了設(shè)備的良好性能，又降低了故障停臺(tái)維修損失，也能減少維修成本。

1 鋼板預(yù)處理流水線綜述

我司4.5米鋼板預(yù)處理流水線是公司船舶制造的重點(diǎn)A類德國(guó)進(jìn)口設(shè)備。該設(shè)備主要是由上料系統(tǒng)、輥道輸送系統(tǒng)、雨污清掃裝置、預(yù)熱室、拋丸清理機(jī)、拋丸除塵系統(tǒng)、自動(dòng)噴漆室、烘干室、漆霧處理系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、測(cè)厚裝置、電視監(jiān)控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)所組成。

鋼板預(yù)處理流程：工件（鋼板）經(jīng)過校平機(jī)進(jìn)行吹掃垃圾，經(jīng)預(yù)熱室加熱，然后到拋丸清理室。利用拋丸器高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將鋼絲切丸（彈丸）加速拋至工件表面，對(duì)工件表面進(jìn)行沖擊、刮削以清除工件表面的鐵銹和污物，然后利用滾刷、收丸螺旋和高壓風(fēng)管將工件表面的積丸浮塵吹掃干凈；除銹后的工件通過中間輥道進(jìn)入噴漆室，經(jīng)裝在上下噴漆小車上的高壓無(wú)氣噴槍，將富鋅底漆噴涂在工件表面上。通過烘干室對(duì)工件表面進(jìn)行加熱，使漆膜達(dá)到干燥狀態(tài)，從而使工件達(dá)到防銹的目的；然后進(jìn)行輸運(yùn)和吊運(yùn)供后續(xù)造船工位使用。

其中，噴漆小車是預(yù)處理中噴漆系統(tǒng)的核心部分，它的每一個(gè)動(dòng)作都關(guān)系到整個(gè)預(yù)處理線設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，它的好壞直接影響著鋼板的防腐質(zhì)量。

自動(dòng)噴漆系統(tǒng)在鋼板預(yù)處理線至關(guān)重要，自動(dòng)噴漆系統(tǒng)在工作時(shí)，當(dāng)鋼板在輸送輥道上向前送進(jìn)時(shí)，經(jīng)過安裝在輥道上的探測(cè)器時(shí)，探測(cè)器就能檢測(cè)出工件的送進(jìn)速度、工件的長(zhǎng)度，計(jì)算出工件到達(dá)噴漆區(qū)域的時(shí)間，以及噴完工件所需的時(shí)間。當(dāng)工件進(jìn)入噴漆區(qū)域時(shí)，安裝在噴漆房?jī)?nèi)的上、下噴槍即同時(shí)開始自動(dòng)噴漆，在傳動(dòng)皮帶的帶動(dòng)下左右行走，當(dāng)工件離開噴漆區(qū)域時(shí)噴漆小車就自動(dòng)停止行走同時(shí)噴槍自動(dòng)關(guān)閉。

噴漆小車運(yùn)行原理：由驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪通過皮帶帶動(dòng)上下小車主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)（其中張緊輪起到調(diào)節(jié)皮帶松緊程度的輔助作用），上（下）小車主動(dòng)輪再通過上（下）皮帶帶動(dòng)上（下）小車在上（下）小車主動(dòng)輪和上（下）小車被動(dòng)輪之間往復(fù)行走，從而達(dá)到對(duì)鋼板全面噴漆的效果。

2 發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題

我司4.5米鋼板預(yù)處理線設(shè)備投入使用后我們員工發(fā)現(xiàn)每隔一個(gè)月左右就存在噴漆質(zhì)量明顯下降、存在如下噴漆系統(tǒng)故障：

鋼板兩邊邊緣部分噴漆效果差，甚至沒有噴到漆；

鋼板的部分區(qū)域出現(xiàn)漆層過厚（油漆膜厚：28～40μm，標(biāo)準(zhǔn)厚度為 15～25μm）。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出金屬干摩擦響聲。

噴漆系統(tǒng)傳動(dòng)齒形皮帶容易損壞、更換周期短，維護(hù)成本高。（更換周期為1次/月、成本約3萬(wàn)元）。

圖1 鋼板預(yù)處理流水線結(jié)構(gòu)圖

圖2 鋼板噴漆不良效果圖

圖3 噴漆小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

這些故障嚴(yán)重影響公司正常生產(chǎn)周期，一定程度影響了生產(chǎn)效率，導(dǎo)致鋼板的油漆防腐質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，需重新處理或多次處理，增加公司能源消耗和生產(chǎn)成本；同時(shí)也造成維修成本的劇增（易損件更換，傳動(dòng)齒形皮帶更換一條成本超三萬(wàn)，平均每月要換一條），維修停臺(tái)時(shí)間為一天，給生產(chǎn)和維修部門造成了極大的壓力。

3 分析設(shè)備問題

在整個(gè)鋼板預(yù)處理線運(yùn)行過程中，鋼板在拋丸室進(jìn)入噴漆系統(tǒng)前的粗糙度、設(shè)備運(yùn)行速度等參數(shù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，問題出于自動(dòng)噴漆系統(tǒng)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)在噴漆小車原張緊力度是否合適。

對(duì)自動(dòng)噴漆系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控使用及探究，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

（1）噴漆小車行走過程中出現(xiàn)停頓的現(xiàn)象；

（2）噴漆小車的行程小于鋼板的寬度，上下兩個(gè)噴漆小車錯(cuò)位；

（3）主動(dòng)輪、傳動(dòng)輪的軸與軸承磨損；

（4）皮帶經(jīng)常性走偏打滑，皮帶咬邊、啃邊、越軌。

這與前面發(fā)現(xiàn)的噴漆質(zhì)量缺陷的狀態(tài)恰好吻合，結(jié)合噴漆小車的工作原理進(jìn)行分析：噴漆小車的運(yùn)行是由檢測(cè)元件將檢測(cè)信號(hào)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器再將信號(hào)傳給變頻電機(jī)。鑒于噴漆小車行走中會(huì)出現(xiàn)中間停頓、其行程小于鋼板寬度的情況，我們初步判斷該故障與檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)臓顩r存在關(guān)聯(lián)，檢測(cè)信號(hào)紊亂、不連續(xù)或者是信號(hào)中斷就會(huì)使噴漆小車在行走過程中出現(xiàn)停頓，及檢測(cè)距離小于實(shí)際距離，這些都將導(dǎo)致噴漆小車實(shí)際行程小于鋼板實(shí)際寬度。

在繼續(xù)對(duì)噴漆小車的工作實(shí)行監(jiān)控使用的過程中，我們重點(diǎn)監(jiān)控伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出信號(hào)與小車運(yùn)行情況進(jìn)行了對(duì)比。發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器輸入輸出信號(hào)平穩(wěn)，且在驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)平穩(wěn)的情況下，小車仍出現(xiàn)過多次中途停頓或不能行走到鋼板的邊緣，并且?guī)缀趺恳淮蔚男谐潭疾煌?/p>

輸入輸出信號(hào)平穩(wěn)，可以確定檢測(cè)信號(hào)正常，寬度檢測(cè)信號(hào)不變，為何出現(xiàn)不同行程？變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過皮帶帶動(dòng)牽引小車移動(dòng)，同時(shí)變頻電機(jī)也帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器將變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)的信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，存有兩種可能性：

（1）變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與小車行走信號(hào)一致，反饋信號(hào)與變頻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)不一致，反饋信號(hào)超前于實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，變頻電機(jī)提前停止。這種情況下編碼器的反饋信號(hào)應(yīng)該比實(shí)際大，使變頻電機(jī)提前停止轉(zhuǎn)動(dòng)，才會(huì)出現(xiàn)上述故障。

（2）變頻電機(jī)與編碼器信號(hào)一致，變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與小車的行走信號(hào)不一致，小車滯后于變頻電機(jī)。當(dāng)變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)過給定的角度，編碼器反饋停止信號(hào)，變頻電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)小車滯后于變頻電機(jī)，仍未到達(dá)指定的終點(diǎn)，這種可能性是存在的。皮帶打滑、皮帶過長(zhǎng)（未繃緊，有一定的余量）、變頻電機(jī)軸與皮帶輪間聯(lián)接沒有緊密配合有余隙或打滑（變頻電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)過一定角度后皮帶輪才開始轉(zhuǎn)動(dòng)）等等都會(huì)引起小車行走滯后于變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

對(duì)以上兩種可能性逐一排查，檢查發(fā)現(xiàn)，變頻電機(jī)皮帶輪聯(lián)接良好。所用皮帶是齒形皮帶，不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；皮帶稍有松弛，皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)便滯后于皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。小車處于任何一個(gè)位置驅(qū)動(dòng)器給出旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，變頻電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，由于皮帶的松弛，在變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)過一定的角度后，皮帶受拉面繃緊并開始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小車移動(dòng)，在變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到給定角度時(shí)，編碼器把旋轉(zhuǎn)信號(hào)反饋到驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器停止輸出轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，變頻電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)小車也停止移動(dòng)。皮帶的松弛程度，直接影響到小車運(yùn)行的滯后程度，皮帶越是松弛，小車滯后越厲害，邊緣噴不到漆的區(qū)域就會(huì)越大。同時(shí)另幾個(gè)問題也得到了解釋：

（1）在變頻電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)到小車開始運(yùn)行這段時(shí)間，理論上小車是運(yùn)行的，實(shí)際上小車停止不動(dòng)，這也就是小車會(huì)出現(xiàn)停頓的原因；

（2）由于每個(gè)小車的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是一致的，而每條皮帶受各種條件影響，松緊程度不一，所以不同步現(xiàn)象也隨之產(chǎn)生；

（3）噴漆系統(tǒng)張緊力不夠，導(dǎo)致皮帶松弛，就會(huì)出現(xiàn)打滑、咬邊、啃邊、越軌，皮帶壽命縮短；

（4）皮帶出現(xiàn)咬邊，皮帶輪內(nèi)的軸承受徑向力不均，軸承磨損就會(huì)加劇，軸承壽命縮短。

針對(duì)上述的情況我們對(duì)其出現(xiàn)的種種異象進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)自動(dòng)噴漆系統(tǒng)排除電氣方面故障后發(fā)現(xiàn)噴漆小車行走在中途停止、沒有走到端頭限位自動(dòng)返回、上下兩個(gè)噴漆小車錯(cuò)位，都是由于噴漆小車在工作時(shí)，頻繁來回運(yùn)行，傳動(dòng)皮帶張緊度不夠而造成，而傳動(dòng)系統(tǒng)卻沒有相關(guān)的導(dǎo)向?qū)χ姓{(diào)節(jié)裝置，所以造成皮帶經(jīng)常性走偏打滑，從而影響變頻器的工作造成種種異象。而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)異響則是由于主動(dòng)輪、傳動(dòng)輪的軸與軸承磨損所造成。導(dǎo)輪的槽位比皮帶的寬度要寬，且平行于軸面使皮帶靠邊行走進(jìn)而造成皮帶咬邊、啃邊、越軌從而增加皮帶的磨損量加速其報(bào)廢周期。

4 解決設(shè)備問題

針對(duì)以上情況，對(duì)噴漆小車的改造是提高鋼板預(yù)處理設(shè)備性能的有效途徑，我們對(duì)其進(jìn)行如下幾點(diǎn)針對(duì)性的技術(shù)改造，徹底解決設(shè)備存在噴漆系統(tǒng)經(jīng)常故障問題：

對(duì)于打滑現(xiàn)象，我們加裝一套噴漆小車調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以及時(shí)調(diào)節(jié)皮帶的松緊度和導(dǎo)向?qū)χ校乐蛊б蜻^松而造成皮帶打滑和走偏，見圖6。

對(duì)于皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于噴漆小車在工作時(shí)頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)，輪子的軸與軸承磨損難免，但我們根據(jù)實(shí)際情況，減少皮帶的咬邊與啃邊磨損，防止其越軌。在皮帶的傳動(dòng)輪、主動(dòng)輪、導(dǎo)向輪處加裝防脫裝置，即分別在輪子的兩邊加裝一個(gè)環(huán)形介子，增高輪子的邊緣，從而達(dá)到防止其越軌的目的，見圖7和圖8。

進(jìn)行技術(shù)改造需增加進(jìn)行機(jī)加工件的零件圖，見圖9。

圖4 兩個(gè)導(dǎo)向（張緊）輪

圖5 被動(dòng)輪

圖6 驅(qū)動(dòng)輪及其調(diào)節(jié)裝置

圖7 加裝的防脫裝置（導(dǎo)向張緊輪）

圖8 加裝防脫裝置后的被動(dòng)輪

圖9 加裝工件1

圖10 加裝工件2

經(jīng)過改造后，自動(dòng)噴漆系統(tǒng)的性能大大提高，噴漆質(zhì)量及生產(chǎn)效率到達(dá)設(shè)備使用正常的效果。特別是皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的皮帶打滑、咬邊、啃邊、越軌現(xiàn)象不再出現(xiàn)，噴漆小車的穩(wěn)定性有了很大提高，同時(shí)傳動(dòng)皮帶故障率大大降低，節(jié)省維修配件費(fèi)約36萬(wàn)元/年；且大大減少鋼板漆膜不合格而返工現(xiàn)象，減少了一定的生產(chǎn)成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)鋼板預(yù)處理線噴漆小車傳動(dòng)系統(tǒng)的改造后，無(wú)論從設(shè)備維修成本、設(shè)備停臺(tái)時(shí)間生產(chǎn)損失、生產(chǎn)返工率都有效地提高效率、節(jié)約成本；保障了公司正常生產(chǎn)的同時(shí)也減少了生產(chǎn)維修成本，創(chuàng)造設(shè)備改造的效益，得到了使用部門的肯定也提高了維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造降低設(shè)備故障發(fā)生率的積極性。