特种涂料喷涂机器人涂料系统设计

90 液压与气动 2013年第3期 特种涂料喷涂机器人涂料系统设计 潘玉龙 ，杨东超 ，朱 丽。，尹华彬 ，陈 恳 Design of Special Type Robot Paint System PAN Yu．1ong 一，YANG Dong．chao ，ZHU Li ，YIN Hua—bin ，CHEN Ken (1．清华大学 精密仪器与机器学系，北京 100084；2．中国人民解放军空军预警学院 黄陂士官学校 ，湖北 武汉 430019； 3．成都飞机工业(集团)有限责任公司 制造工程部 ，四川 成都 610092) 摘 要：该文针对进气道 内壁特种涂料喷涂过程中涂料特性而导致流量波动的问题，设计适用于特种涂 料喷涂的涂料系统，使用流量远程控制对涂料流量进行调节，以保证管路 内流量的稳定。 关键词：涂料系统；喷涂机器人；流量远程调节；特种涂料 中图分类号：TH138 文献标志码：B 文章编号：1000-4858【2013)03-0090-02 引言 使用机器人对飞机、汽车等复杂表面进行 自动化 喷涂，对于提高喷涂工作效率和减轻对工人身体健康 的危害有着重要意义。某新型战斗机进气道采用机器 人对其内壁涂覆特种涂料，特种涂料涂层可有效降低 雷达电磁波的反射，实现进气道隐身的目的 J。进气 道特种涂料喷涂系统应保证涂料均匀、压力稳定、雾化 良好、便于清洗和工作可靠。 由于特种涂料固体成分高、比重大、易沉淀，因此 在涂料管路中流量衰减比较明显。因此，除了实现普 通喷涂系统所具备的涂料供给功能外，涂料系统必须 能够实现对涂料流量的远程控制，以适应特种涂料的 喷涂需求。 1 涂料供给系统工作原理 涂料供给系统的涂料管路包括涂料桶、搅拌器、涂 料泵、过滤器、涂料稳压器、齿轮流量计、气动截止阀、 喷枪和涂料管等，系统原理图如图1所示。 由于特种涂料为易沉淀的三组分高固体分涂料， 固体分含量高，其质量含量占总质量的72％ ～78％； 涂料的密度为2．1～2．3 kg／L，约为普通涂料的2～3 倍(普通涂料密度约为0．85～1．4 kg／L)，其固体分颗 粒度为 5O～70 m，极易沉淀；涂层干燥后极难清洗和 清除，因此采用涂料桶内搅拌涂料，且涂料循环到喷枪 的防沉淀工艺方法保证涂料均匀。搅拌器叶片应尽量 接近涂料桶底部，便于搅动向桶底沉淀的固体组分。 同时，由于叶片旋转位置离涂料液面较远，还可以减少 搅拌过程中所产生的气泡，以避免影响涂料循环系统 的流量稳定性。此外，为了避免涂料在涂料管内流动 时，固体组成沉淀在管内壁，造成涂料循环系统阻塞而 出现生产事故或涂料中各组分比例发生变化影响涂层 均匀性，要求涂料循环流动速度不低于 0．3 nVsl2j。 因此，应通过调整气动比例阀阀口开度，使管路内压力 维持在某一较高水平，使涂料在系统中始终处在较快 速流动状态 。 — — 压缩空气回路 1．气源 2．空气卸压球阀 3、11～16．压力表 4．空气过滤器 5～l0．电气比例阀 17．涂料搅拌器 l8．油雾器 I9．隔膜泵 20、22 涂料球阀 21．涂料过滤器 23．稳压器 24．气动比例阀 25．齿轮流量计 26．流量计显示器 27．空气喷枪 28．气动截止阀 29．涂料桶 图1 涂料系统原理图 收稿 日期：2012-09-10 基金项 目：国家 863高技术项目(2009AA043701)；摩擦学国 家重点实验室项 目(SKLT09A03) 作者简介：潘玉龙(1978一)，男，江苏徐州人，讲师，博士研究 生，主要从事喷涂机器人技术的研究工作。 2013年第3期 液压与气动 9l 涂料系统的压力波动，将影响到喷枪喷嘴处的涂 料流量，进而影响涂层厚度均匀性。涂料系统采用 Husky716双隔膜涂料泵，具有压力波动小和可通过涂 料颗粒度高达 1 mm的特性 ，但在输送较高压力涂料 时压力稳定性会下降。为了将泵 自身带来的压力波动 对涂料系统的影响降到最低，涂料循环到喷枪采用涂 料泵和涂料稳压器(A系列 224—894型)结合循环涂 料。实验表明，在安装涂料稳压器后涂料压力波动显 著减小，能满足系统对压力波动的要求。 2 流量远程控制系统 特种涂料在三种组分混合 6 h后 ，涂料将开始凝 固，故涂料涂覆作业时间有限，最佳时间为涂料混合完 成后的4 h之内。涂料混合后在其有效工作时间范围 内粘度(以涂 4杯测量)变化较为显著，图 2为某型号 特种涂料在混合后4 h内黏度变化曲线。当涂料黏度 发生变化时，在双膈膜泵压力一定的情况下，管路内涂 料流量将随涂料黏度的升高而降低，从而给机器人末 端喷枪的喷幅和雾化带来影响，最终导致涂料涂层表 面质量下降。因而必须设计涂料流量远程控制系统， 对流量进行调节。 越 糯 o 1 2 3 4 5 时间m 图 2 特种涂料粘度变化 曲线 系统的流量远程控制原理是由机器人控制系统根 据流量计所反馈流量信号，由气动比例阀调整涂料管 路中的压力，从而改变涂料的流量，而气动比例阀的驱 动空气压力是由电气比例阀控制调整的。电气比例阀 的输入电信号决定了其阀口的开度，进而影响了通过 电气比例阀出口的压缩空气压力，此压缩空气的压力 又作为气动比例阀的输入控制信号，进而决定气动比 例阀阀口的开度，最终控制了涂料供给系统中管路压 力和涂料流量。之所以不能直接由电气比例阀控制管 路压力，主要原因是考虑到进气道特种涂料涂覆时防 爆的需要，涂料管路中不能用电信号直接控制。 流量计选用 G3000型齿轮流量计。齿轮式流量 计具有计量精确，与介质温度、黏度、比重无关等优点， 其测量原理是流体通过流量计内部的齿轮，推动齿轮 转动并发出脉冲信号，统计脉冲信号即可得知流量。 该型流量计的测量范围是75～3800 ce，测量分辨率是 0．1 19 cc／pulse。 为了在线显示管路流量，便于工作人员 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、调整 流量，选用了在线流量显示器 INFORMER。该型流量 显示器在外部提供 12 V直流电源的情况下，可与流量 计分体安装，该流量显示器除了在线实时显示流量外， 还具有流量累计和异常流量报警功能，适用于远程在 线监控。流量计安装及流量计与显示器联接如图 3、 图 4所示。 涂料流动方向 图3 流量计及其安装 图4 流量显示器与流量计的连接方式 3 结论 特种涂料喷涂机器人涂料系统较好地适应了特种 涂料高固体分、易沉淀的特性，在涂料黏度升高而导致 涂量流量发生变化时，能根据管路内流量的变化进行 远程调节，实现流量的稳定。 参考文献 ： [1] 郭文．军机进气道雷达隐身技术研究[J]．航空与航天， 2006，(3)：6—9． [2] 王锡春 ，姜英涛．涂装技术 [M]．北京 ：化学工业 出版 社 ，1996． [3] 成 大先．机械 设计 手 册 [M]．北 京 ：化学 工 业 出版 社 ，1993． [4] 雷天觉．液压工程手册[M]．北京：北京理工大学出版 社 ．1998． 欢 迎 订 阅《液 压 与 气 动 》杂 志