上圖：聚氨酯噴涂機設備型號：JNJX-Q5200

　　覆蓋件涂裝是汽車制造過程中的關鍵工藝環節，目前，國內所用涂裝工藝關鍵聚氨酯高壓噴涂機裝備仍依靠國外引進，有關提高汽車覆蓋件噴涂自動化程度和質量控制技術的研究，具有重要的理論和工程應用價值。本博士論文緊密結合東風汽車公司金屬漆全仿形自動靜電噴涂機開發，圍繞靜電噴涂涂料霧化機理、高速氣浮渦輪設計、噴涂工藝參數優化和軌跡規劃等關鍵技術，開展了深入的研究工作，取得如下創新性研究成果:

　　根據流體連續性和運動方程，建立了靜電噴涂涂料在高速離心旋杯內運動的數學模型，分析了涂料顆粒離心運動規律，闡述了靜電和離心霧化機理及其影響因素;在此基礎上，構建了離心力作用下涂料各組分漆液分離模型，并根據仿真結果，研制新型離心旋杯;搭建了離心旋杯霧化試驗裝置，驗證了理論仿真結果。

　　基于傳統高速氣浮渦輪結構特點，研制了新型高速氣浮渦輪樣機，該樣機采用三個徑向支承氣浮軸承，光纖傳感器檢測轉子速度，非常有效地提高了轉子的支承剛度和運動穩定性，并己在國內汽車制造企業獲得良好應用。

　　通過高速氣浮渦輪徑向和軸向支撐氣浮軸承的承載力建模與仿真，研究了氣浮噴漆渦輪靜壓剛度與節流孔孔徑及軸頸軸套間隙的內在關系，提出了基于剛度分析的高速噴涂用渦輪氣浮軸承結構優化設計方法，該方法可有效地提氣浮式軸承式噴涂用渦輪系統的靜剛度。結合樣機開發和試驗，形成了一套完整的轉子動平衡、裝配工藝與性能評估規范。

　　聚氨酯保溫發泡機設計了五自由度金屬漆全仿形靜電噴涂系統，并成功應用于車身噴涂生產。解決了如下關鍵技術問題:基于西門子SCOUT軟件生成的插補曲線，建立了自動噴涂頂噴機各運動軸運行速度與輸送鏈速度之間關系的數學模型;基于自動噴涂流程，提出了分布式控制系統總體設計方案，以及控制系統硬件配置和通信關系;建立了噴涂系統各自由度運動速度與噴霧疊幅之間的關系，為軌跡規劃提供了理論基礎。

　　本文結合了作者多年從事汽車涂裝工藝和裝備技術的工程實踐經歷，跟蹤新技術發展趨勢，在以下幾個方面進行課題研究，即本論文的主要研究內容。

　　1.汽車涂裝工藝技術研究

　　重點從工藝角度闡述了汽車噴涂的工藝、方法及新裝備技術，結合與本專業密切相關噴涂設備總成及關鍵部件總成進行了說明。

　　C1)汽車涂裝工藝技術的發展，是隨著汽車工業總體技術進步而發展進步。汽車涂裝工藝技術發展依賴于科技進步、裝備水平的提升。

　　C2)汽車涂裝質量是汽車生產企業和消費者共同關注的問題，是汽車制造中一個非常重要的環節，開展對汽車涂裝技術的深入研究是十分重要的，但目前還不夠普遍。通過研究噴涂理論和工藝技術，可以有效地保證噴涂質量和預防涂膜缺陷。

　　(3)環保要求的日益提高，要求汽車涂料的無害化日益明顯。水性涂料、高固體份涂料等越來越多的應用于車身涂裝生產，對噴涂設備系統提出了新要求，要求跟上涂料技術的發展的步伐。

　　(4)闡述了高品質汽車噴工藝的內涵，即采用新型高性能、環保型的汽車涂料，使用可靠的自動噴涂設備、設計和控制合理的工藝參數，所獲得的多涂層體系的涂膜具有高防腐性、高裝飾性。

　　2.涂料的霧化機理研究

　　C1)建立了高速旋杯式靜電噴涂時，涂料在旋杯內部運動的數學模型。

　　C2)闡述了離心力霧化和靜電霧化的原理。

　　(3)分析了離心力霧化、靜電霧化影響因素:旋杯轉速n和靜電場的電場強度(電壓與極距)對霧化的影響大，其次是旋杯的結構參數:旋杯的直徑d及其錐角2H和涂料的密度A，涂料的粘度戶和流量Q對霧化影響相對較小。這對噴涂裝備研究具有理論意義。

　　(4)建立了高速旋杯式靜電噴涂時，在巨大的離心力作用下，涂料中的顏料在涂膜中不均勻的分布、甚至與漆液分離的數學模型。

　　(5)顏料與漆液兩相密度差△P是使顏料在漆液內產生不均勻分布、甚至分離的必要條件，旋杯高速旋轉產生的離心力是使顏料組分被分離的外在因素。顏料顆粒的直徑ds、涂料的粘度戶、涂料的流量Q、以及旋杯的幾何參數(直徑cl ,錐角2H)對其均有較大影響。

　　3.氣浮軸承渦輪研究

　　以汽車涂裝領域廣泛應用的自動靜電噴涂設備的關鍵部件一高速噴涂用渦輪為研究對象，從理論、結構創新設計方面進行了深入闡述，以期滿足氣浮軸承的高轉速、支承剛度和運動穩定性。

　　(1)研究了噴涂用氣浮軸承渦輪靜壓剛度與氣浮軸承節流孔孔徑及軸頸軸套間隙的關系，提出了基于剛度分析的高速噴涂用渦輪氣浮軸承的結構優化設計方法，該方法可有效地提高氣浮軸承噴涂用渦輪系統的靜剛度。

　　(2)對高速氣浮軸承進行了創新設計，采用了三個徑向支承氣浮軸承，大大地提高了氣浮軸承的支承剛度和運動穩定性，克服了原有進口渦輪存在的運行穩定性不足的缺陷。

　　(3)氣浮渦輪在高速狀態下運行，要求有良好的動靜平衡，渦輪軸一渦輪盤等須具有很高的精度，在設計時要充分考慮到到材料選擇、制造工藝、總成組裝等諸多因素。采用了技術手段完成了轉子的動平衡測試。

　　(4)自動噴涂所采用的渦輪裝置在運行時需要穩定的轉速，以保證涂膜的均勻性。采用光纖傳感器采集渦輪旋轉的脈沖信號，實時進行速度反饋檢測。

　　4.自動噴涂系統裝備技術研究

　　聚氨酯噴涂機結合汽車涂裝生產中關鍵的自動噴涂裝備技術，針對目前使用的自動噴涂機，開展相關的關鍵技術研究，結合具體的項目工程取得成果。

　　C1)針對被涂車身噴涂工藝和柔性仿形系統的工作特點，對自動噴涂機的運動軌跡規劃和機械結構開展研究，對5自由度頂噴機和3自由度側噴機的傳動系統進行設計。基于西門子SCOUT軟件生成的插補曲線，建立出頂噴機和側噴機各自由度運動速度與輸送鏈速度之間對應的數學關系。由于輸送鏈速度是可測量的，所以可根據公式算出頂噴機各自由度的運動速度，使頂噴機旋杯運行軌跡得到優化。

　　(2)針對噴涂工藝的特點，研究設計自動噴涂機的控制系統，使之適應柔性化生產。采用分步式控制系統的設計方案，實現自動噴涂;采用伺服電機驅動噴涂機各自由度運動，實現了噴杯工作位置的精確控制;采用高性能西門子PLC使控制系統響應快速、準確、穩定;監控畫面方便噴涂機的使用與維護。

　　(3)完成了金屬漆7杯站的現場設備調試與工藝調試。設備調試結果數據顯示，該項目各個仿形運動參數均達到設計要求，而且在控制范圍;設備前期設計的工藝參數與工藝調試結果吻合，調試數據在設計的規定范圍內。金屬漆的噴涂結果抽測數據顯示，膜厚及誤差均達到設計要求，設備選型正確沒有出現漆膜、顆粒等缺陷，油漆利用率達到設計要求，噴出的車身漆膜指標符合技術要求產品合格，項目的按期完成實施并達到預期目標。

　　5.商用車車身噴涂實現高品質化

　　對于汽車涂裝特別是商用車車身涂裝而言，高品質涂裝的內涵主要體現在采用現代化自動噴涂機系統，高效率、穩定地完成金屬漆的自動噴涂，獲得均勻、較少漆膜缺陷的涂膜，提高車身整體的裝飾性、防腐性，增加產品附加值。

　　東風汽車公司商用車車身廠全仿形金屬漆自動噴涂機項目的圓滿完成，是高校科研與企業工程實踐相結合成功典范。現場設備與工藝調試數據、噴涂結果表明，該項目的完成促進了商用車車身噴涂質量高品質化的實現。同時，氣浮渦輪樣機的成功試制，為實現噴涂渦輪早日實現國產化做出貢獻，也是為汽車涂裝高品質化進程中增添了更多的中國元素。

　　6.2工作展望

　　C1)因環保要求日益提高，新型涂料的開發成果不斷出現。新材料新工藝的出現，要求新裝備要與時俱進。跟蹤和研究新的汽車涂裝工技術，保持清新開闊的視野，是做好汽車涂裝事業的基礎。

　　C2)理論研究是保持技術領先重要手段。開展諸如涂料霧化機理、渦輪結構與原理研究，在既有理論的指導下進一步深化和創新研究，以適應在未來更高的環保標準下，完成高質量的汽車涂裝生產。

　　(3)跟蹤世界技術，在Q5200聚氨酯涂裝設備硬件設計開發方面下功夫，繼續在高速噴涂用渦輪系統的抗干擾性和穩定性上做進一步的深入研究，完善柔性自動噴涂機系統的設計。目前，許多涂裝設備仍依賴進口，但不能說明國產化沒有機會，而是存在機遇和發展空間，有理由去創造涂裝裝備的國產自主品牌。

　　(4)將自動噴涂系統的理論與實踐相結合經驗提煉總結，以系統的思維梳理其中有價值的東西，為企業的提供如自動噴涂系統技術與管理支持，促進汽車高品質涂裝工藝和技術向更高更新的方向發展。