20100714涂裝輸調漆系統(tǒng)壓力脈動分析和抑制

1、集中式輸調漆系統(tǒng)壓力脈動的抑制 東風本田汽車有限公司合成樹脂科 李平 陳紅武【摘 要】 本文對涂裝輸調漆系統(tǒng)壓力脈動產(chǎn)生的原因進行了分析，在原有穩(wěn)壓器的基礎上增加了消減壓力脈動的穩(wěn)壓調壓器。利用系統(tǒng)壓力脈動和流量脈動來調節(jié)穩(wěn)壓調壓器內的流通面積，以此改變系統(tǒng)的輸出流量，實現(xiàn)消減壓力脈動的效果。結果表明，穩(wěn)壓調壓器能在系統(tǒng)壓力脈動和流量脈動變化時良好地抑制壓力脈動?！娟P鍵詞】 氣動柱塞泵 壓力脈動 穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓調壓器 使用氣動柱塞泵的集中式輸調漆系統(tǒng)會產(chǎn)生壓力脈動，手工噴涂時系統(tǒng)壓力脈動，噴槍涂料的吐出量會隨著脈動的頻率忽大忽小，吐出量的不穩(wěn)定造成涂裝品色差、膜厚不均，流漆等缺陷。機器人旋杯自動

2、噴涂時，壓力脈動會影響機器人的準確性及旋杯的閉環(huán)控制，這些都會影響涂裝的品質。為了降低或消除系統(tǒng)的壓力脈動，一般在泵的出口安裝穩(wěn)壓器。壓力脈動主要是由于泵產(chǎn)生的流量脈動遇到系統(tǒng)阻抗后產(chǎn)生的，在一個脈動周期內，高于平均流量的脈動部分被穩(wěn)壓器吸收，而低于平均流量的脈動部分則由穩(wěn)壓器供給，從而實現(xiàn)壓力脈動的削減。穩(wěn)壓器吸收壓力脈動的效果與穩(wěn)壓器前管路的流通面積和長度、涂料密度、流量脈動頻率、系統(tǒng)壓力和穩(wěn)壓器充氣壓力等因素有關。在設計吸收壓力脈動的穩(wěn)壓器回路時，都是根據(jù)理論計算數(shù)據(jù)來選擇穩(wěn)壓器的結構參數(shù)。但如果系統(tǒng)的工況發(fā)生改變，如系統(tǒng)壓力的變化，泵的輸出變大導致流量變化等，都將影響穩(wěn)壓器吸收壓力脈動

3、的效果；針對上述情況，在普通穩(wěn)壓器回路的基礎上，增加穩(wěn)壓調壓器，該裝置能在系統(tǒng)工況發(fā)生改變時，始終保持吸收壓力脈動的最佳效果。一、集中式輸調漆系統(tǒng)簡介報警過濾器穩(wěn)壓器氣動柱塞泵圖1輸調漆系統(tǒng)管線圖背壓閥噴房輸漆罐涂裝集中式輸調漆系統(tǒng)是由各種部件和各種管道構成的管道網(wǎng)絡，主要由調漆罐、柱塞泵、穩(wěn)壓器、過濾器等部件組成（圖1）。它能給各個槍站以適當?shù)膲毫土髁?，并能控制涂料的溫度黏度，涂料雙組分中顆粒的懸浮和衰變。工程上將由這些部件和管路構成的一個集中式輸調漆裝置稱為一個模組，每個模組可以有若干個涂料供給出口，每個涂料供給出口稱為槍站。柱塞泵將調漆罐中的涂料經(jīng)過穩(wěn)壓器、過濾器泵入主管道，輸送到各個

4、槍站供人工或自動噴涂使用，然后剩余的涂料經(jīng)過管道返回調漆罐。由于涂料在密閉的系統(tǒng)中循環(huán)運行，因而避免了外界污染的侵入，保證了涂料的潔凈。二、壓力脈動產(chǎn)生的原因1、柱塞泵輸漆泵負責向管路輸出涂料，是集中式輸調漆系統(tǒng)的核心部件,目前有氣動柱塞泵、液壓泵、電動泵三種。其中電動泵壓力穩(wěn)定、噪聲小，但受涂料粘度影響大，并且不適用于金屬漆的輸送 ,安全性也差，同時其價格比氣動柱塞泵高30，液壓泵是這三種泵中性能最好的一種，但價格比氣動柱塞泵高1倍。因此，在東風本田合成樹脂科涂裝生產(chǎn)線中全部采用了氣動柱塞泵，該泵為美國GRACO公司的P3:1泵，其主要參數(shù)為氣動柱塞泵最大使用壓縮空氣壓力為6.710Mpa，

5、最大泵工作壓力為2.810 MPa；泵最大流量為90.8 Lmin；泵最高工作頻率為60次min；泵最大空氣耗量為2.9M3min ,泵壽命1200萬次；泵柱塞喉壽命250萬次。該泵為脈動式工作，每次輸出涂料1.5 L，如果工作頻率提高則泵的比數(shù)會降低。氣動柱塞泵是利用活塞往復運動輸出流量和壓力的，在活塞上下止點時不輸出流量和壓力（原理見圖2），因此連續(xù)工作時，輸出流量和壓力呈脈動狀，其壓力一時間曲線見（圖3）。壓縮空氣減壓閥氣馬達背壓閥柱塞泵供回 圖2柱塞泵原理圖 PT1T2T3T4T5t0圖3柱塞泵的壓力曲線圖其輸出壓力的數(shù)學表達公式為：當t=T2n-1時 P=KP0 當t=T2n時活塞處

6、于上下止點位置F=O所以P=0公式中 N=1，2，3， K為柱塞泵的壓強比 P0為柱塞泵氣馬達的壓縮空氣壓力2、穩(wěn)壓器柱塞泵輸出涂料是脈沖式的，不適于直接打入管道。為使管路中涂料的壓強相對平穩(wěn)，在泵的出口處串聯(lián)接入一個穩(wěn)壓器（見圖4）。槍站圖4穩(wěn)壓器圖穩(wěn)壓器采用氣體彈簧式，由兩個腔體組成，中間以一片膜片分開，上部為一個密封的加壓氣腔，下部腔體通過涂料。當涂料壓力突然變大時，涂料腔體體積變大，空氣腔被壓迫體積變小，反彈壓力增高，形成一個空氣彈簧，從而使脈沖的涂料壓力變得平緩，達到穩(wěn)壓效果。近似于液壓系統(tǒng)中蓄能器的作用，穩(wěn)壓后的涂料通過過濾器輸向管路，形成涂料流。穩(wěn)壓器是一個一階惰性環(huán)節(jié)，它在回路

7、中的接法決定了它起穩(wěn)定脈沖漆流的作用，使之趨于平滑（見圖5）。PtT1T2T3T40圖5穩(wěn)壓后的壓力曲線t當泵斷流時Q出=Q負 （dPWdt)W=PWR即PW-WR(dPW/dt)=O當泵續(xù)流時Q泵=QW+Q負 （1）其中QW =（dPW/dt）WQ負= PWRQ泵 =(P泵 PW )RoP泵 =KP空，Ro為泵及輸出管流阻，代入式(1)（KP空- PW）Ro= W(dPW /dt)+ PW/R (2) 整理后，PW/R+PW+Ro+W(dPW /dt)= KP空/ Ro兩邊乘以R,(1+R/Ro)PW+ WR(dPW /dt)= KP空R/ Ro (3) 當泵斷流時(Ro)，即為泵斷流時的微

8、分方程。上述公式中，P空為空氣柱塞泵中空氣馬達的壓縮空氣壓力KP空為氣動柱塞泵提供的涂料壓強，K為泵的壓強比；Ro為泵內阻及輸出至穩(wěn)壓器的管線流阻之和PW為穩(wěn)壓器輸出壓強(動態(tài))W為穩(wěn)壓器的彈性模量，由機械結構和所充氣體壓強決定。它的數(shù)值為穩(wěn)壓器的膜片處于平衡位置時空氣腔的體積與工作壓強之商。穩(wěn)壓器接入系統(tǒng)中后，整個系統(tǒng)壓力的紋波系數(shù)可由上述數(shù)學公式求出。系統(tǒng)配置一定要合理，尤其是柱塞泵與穩(wěn)壓器的選型。在可能的情況下盡量減小流量，減少流量可以大幅度減小脈動。當系統(tǒng)中的涂料壓力脈動較大時對噴涂質量有很大影響，因此系統(tǒng)中的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)至關重要。三、穩(wěn)壓調壓器P壓縮空氣P涂料槍站調壓是指以負載為對象，通

9、過調節(jié)控制閥口的大小，使系統(tǒng)輸給負載的壓力大小可調。只有改變負載流量的大小才能調節(jié)負載壓力。壓力的大小能夠調節(jié)，并不等于能夠穩(wěn)壓。當負載因擾動而發(fā)生變化時，負載壓力會隨之變化。壓力的穩(wěn)定必須通過壓力負反饋來實現(xiàn)。壓力負反饋控制的核心是要構造一個壓力比較器。穩(wěn)壓調壓器可以看作是個壓力比較器，其閥芯的開口度根據(jù)槍站負載的變化而變化。 圖6穩(wěn)壓調壓器結構圖穩(wěn)壓調壓器也是采用氣體彈簧式，由兩個腔體組成，中間以膜片分開，上部為一個壓縮空氣供給壓力的加壓氣腔，下部腔體通過涂料。當涂料壓力突然變大時，涂料腔體體積變大，閥芯向上移動, 閥芯的開口度變小,通過的流量變小, 當涂料壓力突然變小時, 閥芯向下移動,

10、 閥芯的開口度變大,通過的流量變大。穩(wěn)壓調壓器穩(wěn)壓器空氣減壓閥2供回空氣減壓閥1背壓閥圖7安裝穩(wěn)壓調壓器后的原理圖閥中的可變節(jié)流口可以看成是由兩條作相對運動的邊線構成，故一個可變節(jié)流口可以看成是一對節(jié)流邊。其中固定不動的節(jié)流邊在閥體上，可以移動的節(jié)流邊則在閥芯上。這一對節(jié)流邊之間的距離就是閥的開度x。 它與流量系數(shù)KR成正比關系。圖8節(jié)流邊示意圖對于各種滑閥、錐閥、球閥、節(jié)流孔口，通過閥口的流量均可用下式表示：式中: qR為通過節(jié)流閥的流量；KR為節(jié)流閥的流量系數(shù)，P為穩(wěn)壓調壓器入口處壓力，即系統(tǒng)壓力；P1為節(jié)流閥的出口壓力。穩(wěn)壓調壓器是通過改變通過閥口流量的大小，來調整穩(wěn)定壓力。當系統(tǒng)壓力過

11、大時閥口變小，減小通過的流量，柱塞泵的輸出減小，運行速度也隨之降低，柱塞泵的輸出流量減小，能量部分儲存在穩(wěn)壓器中。當系統(tǒng)壓力過低時閥口變大，通過的流量也加大，此時儲存在穩(wěn)壓器中的能量釋放，隨后柱塞泵的輸出增大，柱塞泵的運行速度也隨之加快，柱塞泵的輸出流量增大。它是一個隨動過程，根據(jù)負載（系統(tǒng)壓力）的變化閥的開口度也隨之變化，控制輸出的流量，降低泵的壓力脈動。 Pt0t圖中穩(wěn)壓器的壓力曲線增加穩(wěn)壓調壓器后的壓力曲線圖9增加穩(wěn)壓調壓器后的壓力曲線比較經(jīng)過實踐總結，穩(wěn)壓調壓器壓縮空氣的進氣壓力（圖7空氣減壓閥2的壓力）與柱塞泵的進氣壓力（圖7空氣減壓閥1的壓力）的壓差在0.2810 MPa以上時穩(wěn)壓效果明顯,壓差越大效果越明顯,但當穩(wěn)壓調壓器的壓力調整過低時節(jié)流口就會徹底關閉, 柱塞泵無輸出停止作功，槍站沒有涂料輸出，調整時需注意。結束語本文在集中式輸調漆系統(tǒng)原有穩(wěn)壓器的基礎上增加了穩(wěn)壓調壓器，當系統(tǒng)的工作壓力或流量發(fā)生改變時，單靠穩(wěn)壓器吸收壓力脈