汽车水性漆供漆系统与智能电动泵的应用王育哲柏安妮
时间：2022/12/02 22:57:38 编辑：
汽车水性漆供漆系统与智能电动泵的应用 王育哲
汽车涂装是工业涂装的典型代表，大量流水线生产，一般为多层涂装，采用烘干型涂料体系，它是耗能大户和产生“涂装公害”的污染大户。随着人们环保意识的不断增强及相应法规的不断完善和健全，采用水性涂料等低VOC或无VOC的环保涂料，以及低能耗的工艺及相关设备是汽车涂装行业的必然发展趋势。本文针对汽车行业用水性漆的特性及其对供漆系统的要求，并结合新型智能电动供漆泵的特点，专门介绍电动泵应用于水性漆供漆系统中的各项优点，并与目前广泛使用的液压泵作相应的比较，供同行们参考中国涂料在线coatingol.com。
1 水性涂料的特点及其供漆系统的特性
树脂分散在水中的涂料类型多为水性涂料，其性质及流动行为较传统的溶剂型涂料有较大的区别：
水性涂料的颜料分散性差；
表面张力大；
蒸发潜热大，即其受温度及湿度影响大；
分散稳定性差，抗剪切力性能差；
导电性好，耐腐蚀性高。
由于水性涂料的上述特性，其对喷涂温度、湿度等施工窗口及烘烤温度等施工条件均有严格要求，在此不再赘述。
由于剪切力对水性涂料的稳定性有影响，甚至有破坏作用。同时对水性涂料的黏度亦有影响，在循环系统中造成的剪切力不同时水性涂料会表现出不同的黏度，产生不一致的流速，从而影响循环系统的平衡和设备内流体流速的不稳定。因此，水性涂料的供漆系统中除了所用材料使用不锈钢或优质塑料外，必须设法降低循环系统的剪切力，选用低剪切力的泵及相关部件。此外，在非生产过程中，最佳的方案是降低系统内的流量，即管路内涂料流速，尽可能地降低剪切力对涂料的降解作用。
2 电动泵种类及新型智能电动泵结构特点
汽车涂装行业的供漆系统所用的涂料循环泵可分为以下几类：
按驱动方式分为：气动泵、液压泵、电动泵。
按排料方式分为：活塞泵、隔膜泵、离心泵。
在我国，目前水性中涂漆及面漆的集中供漆系统所用的供漆泵主要为气动活塞泵和液压活塞泵。由于电动驱动的能源清洁性及便于控制及操作、运行噪音小、无结冰、结霜及漏油，所以自2000 年起电动泵在北美及欧洲等地区得到越来越多的应用。
2.1 电动泵的发展及种类
以ITW 公司的产品为例，电动泵在其发展进程中也出现过不同类型的产品，按照其结构来区分，可分为以下几种：
凸轮转子形：利用两个转子转动提供流体和压力，其不足之处为产生剪切、不能输送低黏度的涂料、机械式的轴封需要持续的涂料供给、易产生热量及浪费能源。
曲柄连杆形：它是一种往复运动式泵，利用中间范围的4 球泵，可适用于不同流量的泵体。这种泵需要配备专用软件或稳压器来降低压力脉动，得到稳定的材料压力。如果采用变频电机驱动则可不需要稳压器。
凸轮形电动泵：是双凸轮水平对置泵，驱动机构的示意图如图1 所示；采用2 缸4 球或4 缸8 球结构，其流体吸压部件如图2 所示。可配备不同的驱动电机来达到不同的材料输送流量。
该种新型电动泵通过配备相应的控制硬件及软件可达到智能控制的效果，也被称为“智能电动泵”。
2.2 新型智能电动泵的特点
新型智能电动泵具有以下特点：
稳定的压力输出，低脉动。
该泵的中心驱动机构为凸轮，这样无转换阀，且该凸轮在结构上的设计可使其从动机构实现恒定速度运动，从而保证输出端压力稳定，不需要稳压器。此种电动泵在不配备稳压器的情况下与气动泵及液压泵供漆情况下对主管路中涂料压力的脉动对比见图3。从图3 可见：电动泵可极大地降低涂料循环系统中的压力脉动。这样既有利于涂料性能稳定，又保证喷漆系统产生良好的喷涂效果。
图3 电动泵与气动泵和液压泵的脉动等级比较图
与喷涂设备及生产线同步。
对于凸轮形电动泵配备智能控制系统，如变频电机、可编程控制软件等，则可实现以下功能：根据实际生产状况，与喷涂设备同步，仅将在使用的颜色材料循环系统进入工作状态，而其余的颜色材料循环系统处于低流量、低压力的“休眠”模式。根据生产线上的实际统计，在满负荷生产过程中，处于高流量运行状态下的泵的平均数量约3.5 台。此外，可与生产线同步，即在非生产期间，如周末或节假日期间，智能地控制循环系统处于“休眠”模式，这样可为涂料循环系统带来以下好处：
● 对涂料的降解等破坏作用大幅减轻，保证涂料性能稳定。
● 降低能耗。
● 减轻系统负载，延长设备寿命。
● 降低运行成本。
智能电动泵的上述特点使其在水性涂料循环系统中应用的优势大大体现。
3 智能电动泵与液压泵的供漆系统比较
设备配置
由于目前我国很多大型涂装线的供漆系统均采用液压泵，因而在此介绍一下两种泵在配备供漆系统方面的区别，如表1 所示。对于如图4 所示的水性涂料二线制循环系统：当采用液压泵供漆时，仅能通过手动调节背压阀来调整系统压力，系统的流量通过液压泵的打击数来控制。系统不能在非生产时间降至最低的流速。当采用电动泵供漆时，可通过控制电信号驱动气动式背压阀，从而调节供漆系统的压力，同时系统需配备压力传感器，监控循环系统的工作压力。这样通过与生产设备联锁信号来变频调节电动泵的输出流量，做到“实时”检测、调节和控制。
表1 液压泵与电动泵的系统配置对比表
图4 二线制循环系统
设备投资和经济性
根据表1 的比较可见，对于配套一套水性涂料的二线制循环系统，液压泵供漆系统与电动泵供漆系统的设备配置有所不同，价格上电动泵的供漆系统略高出5％左右。但对于能耗而言，如图5 所示，当应用于水性涂料供漆系统时，由于电动泵系统所具备的与涂装设备及生产线同步、变频控制流量的特性，系统电能消耗大幅降低，同时可降低设备的负载，延长设备使用寿命。
图5 电能消耗对比图
4 结语
随着人们环保意识不断增强及相关法规的不断完善和健全，在汽车行业内水性中涂漆、面漆将逐步取代溶剂型涂料。智能电动泵由于其对涂料的低降解、系统实时调控、节能降耗等特性，必将成为水性涂料供漆系统供漆泵的主力军，从而达到节约资源、降低运行成本和清洁生产等目的。