上图：聚氨酯喷涂机设备型号：JNJX-Q5200

　　覆盖件涂装是汽车制造过程中的关键工艺环节，目前，国内所用涂装工艺关键聚氨酯高压喷涂机装备仍依靠国外引进，有关提高汽车覆盖件喷涂自动化程度和质量控制技术的研究，具有重要的理论和工程应用价值。本博士论文紧密结合东风汽车公司金属漆全仿形自动静电喷涂机开发，围绕静电喷涂涂料雾化机理、高速气浮涡轮设计、喷涂工艺参数优化和轨迹规划等关键技术，开展了深入的研究工作，取得如下创新性研究成果:

　　根据流体连续性和运动方程，建立了静电喷涂涂料在高速离心旋杯内运动的数学模型，分析了涂料颗粒离心运动规律，阐述了静电和离心雾化机理及其影响因素;在此基础上，构建了离心力作用下涂料各组分漆液分离模型，并根据仿真结果，研制新型离心旋杯;搭建了离心旋杯雾化试验装置，验证了理论仿真结果。

　　基于传统高速气浮涡轮结构特点，研制了新型高速气浮涡轮样机，该样机采用三个径向支承气浮轴承，光纤传感器检测转子速度，非常有效地提高了转子的支承刚度和运动稳定性，并己在国内汽车制造企业获得良好应用。

　　通过高速气浮涡轮径向和轴向支撑气浮轴承的承载力建模与仿真，研究了气浮喷漆涡轮静压刚度与节流孔孔径及轴颈轴套间隙的内在关系，提出了基于刚度分析的高速喷涂用涡轮气浮轴承结构优化设计方法，该方法可有效地提气浮式轴承式喷涂用涡轮系统的静刚度。结合样机开发和试验，形成了一套完整的转子动平衡、装配工艺与性能评估规范。

　　聚氨酯保温发泡机设计了五自由度金属漆全仿形静电喷涂系统，并成功应用于车身喷涂生产。解决了如下关键技术问题:基于西门子SCOUT软件生成的插补曲线，建立了自动喷涂顶喷机各运动轴运行速度与输送链速度之间关系的数学模型;基于自动喷涂流程，提出了分布式控制系统总体设计方案，以及控制系统硬件配置和通信关系;建立了喷涂系统各自由度运动速度与喷雾叠幅之间的关系，为轨迹规划提供了理论基础。

　　本文结合了作者多年从事汽车涂装工艺和装备技术的工程实践经历，跟踪新技术发展趋势，在以下几个方面进行课题研究，即本论文的主要研究内容。

　　1.汽车涂装工艺技术研究

　　重点从工艺角度阐述了汽车喷涂的工艺、方法及新装备技术，结合与本专业密切相关喷涂设备总成及关键部件总成进行了说明。

　　C1)汽车涂装工艺技术的发展，是随着汽车工业总体技术进步而发展进步。汽车涂装工艺技术发展依赖于科技进步、装备水平的提升。

　　C2)汽车涂装质量是汽车生产企业和消费者共同关注的问题，是汽车制造中一个非常重要的环节，开展对汽车涂装技术的深入研究是十分重要的，但目前还不够普遍。通过研究喷涂理论和工艺技术，可以有效地保证喷涂质量和预防涂膜缺陷。

　　(3)环保要求的日益提高，要求汽车涂料的无害化日益明显。水性涂料、高固体份涂料等越来越多的应用于车身涂装生产，对喷涂设备系统提出了新要求，要求跟上涂料技术的发展的步伐。

　　(4)阐述了高品质汽车喷工艺的内涵，即采用新型高性能、环保型的汽车涂料，使用可靠的自动喷涂设备、设计和控制合理的工艺参数，所获得的多涂层体系的涂膜具有高防腐性、高装饰性。

　　2.涂料的雾化机理研究

　　C1)建立了高速旋杯式静电喷涂时，涂料在旋杯内部运动的数学模型。

　　C2)阐述了离心力雾化和静电雾化的原理。

　　(3)分析了离心力雾化、静电雾化影响因素:旋杯转速n和静电场的电场强度(电压与极距)对雾化的影响大，其次是旋杯的结构参数:旋杯的直径d及其锥角2H和涂料的密度A，涂料的粘度户和流量Q对雾化影响相对较小。这对喷涂装备研究具有理论意义。

　　(4)建立了高速旋杯式静电喷涂时，在巨大的离心力作用下，涂料中的颜料在涂膜中不均匀的分布、甚至与漆液分离的数学模型。

　　(5)颜料与漆液两相密度差△P是使颜料在漆液内产生不均匀分布、甚至分离的必要条件，旋杯高速旋转产生的离心力是使颜料组分被分离的外在因素。颜料颗粒的直径ds、涂料的粘度户、涂料的流量Q、以及旋杯的几何参数(直径cl ,锥角2H)对其均有较大影响。

　　3.气浮轴承涡轮研究

　　以汽车涂装领域广泛应用的自动静电喷涂设备的关键部件一高速喷涂用涡轮为研究对象，从理论、结构创新设计方面进行了深入阐述，以期满足气浮轴承的高转速、支承刚度和运动稳定性。

　　(1)研究了喷涂用气浮轴承涡轮静压刚度与气浮轴承节流孔孔径及轴颈轴套间隙的关系，提出了基于刚度分析的高速喷涂用涡轮气浮轴承的结构优化设计方法，该方法可有效地提高气浮轴承喷涂用涡轮系统的静刚度。

　　(2)对高速气浮轴承进行了创新设计，采用了三个径向支承气浮轴承，大大地提高了气浮轴承的支承刚度和运动稳定性，克服了原有进口涡轮存在的运行稳定性不足的缺陷。

　　(3)气浮涡轮在高速状态下运行，要求有良好的动静平衡，涡轮轴一涡轮盘等须具有很高的精度，在设计时要充分考虑到到材料选择、制造工艺、总成组装等诸多因素。采用了技术手段完成了转子的动平衡测试。

　　(4)自动喷涂所采用的涡轮装置在运行时需要稳定的转速，以保证涂膜的均匀性。采用光纤传感器采集涡轮旋转的脉冲信号，实时进行速度反馈检测。

　　4.自动喷涂系统装备技术研究

　　聚氨酯喷涂机结合汽车涂装生产中关键的自动喷涂装备技术，针对目前使用的自动喷涂机，开展相关的关键技术研究，结合具体的项目工程取得成果。

　　C1)针对被涂车身喷涂工艺和柔性仿形系统的工作特点，对自动喷涂机的运动轨迹规划和机械结构开展研究，对5自由度顶喷机和3自由度侧喷机的传动系统进行设计。基于西门子SCOUT软件生成的插补曲线，建立出顶喷机和侧喷机各自由度运动速度与输送链速度之间对应的数学关系。由于输送链速度是可测量的，所以可根据公式算出顶喷机各自由度的运动速度，使顶喷机旋杯运行轨迹得到优化。

　　(2)针对喷涂工艺的特点，研究设计自动喷涂机的控制系统，使之适应柔性化生产。采用分步式控制系统的设计方案，实现自动喷涂;采用伺服电机驱动喷涂机各自由度运动，实现了喷杯工作位置的精确控制;采用高性能西门子PLC使控制系统响应快速、准确、稳定;监控画面方便喷涂机的使用与维护。

　　(3)完成了金属漆7杯站的现场设备调试与工艺调试。设备调试结果数据显示，该项目各个仿形运动参数均达到设计要求，而且在控制范围;设备前期设计的工艺参数与工艺调试结果吻合，调试数据在设计的规定范围内。金属漆的喷涂结果抽测数据显示，膜厚及误差均达到设计要求，设备选型正确没有出现漆膜、颗粒等缺陷，油漆利用率达到设计要求，喷出的车身漆膜指标符合技术要求产品合格，项目的按期完成实施并达到预期目标。

　　5.商用车车身喷涂实现高品质化

　　对于汽车涂装特别是商用车车身涂装而言，高品质涂装的内涵主要体现在采用现代化自动喷涂机系统，高效率、稳定地完成金属漆的自动喷涂，获得均匀、较少漆膜缺陷的涂膜，提高车身整体的装饰性、防腐性，增加产品附加值。

　　东风汽车公司商用车车身厂全仿形金属漆自动喷涂机项目的圆满完成，是高校科研与企业工程实践相结合成功典范。现场设备与工艺调试数据、喷涂结果表明，该项目的完成促进了商用车车身喷涂质量高品质化的实现。同时，气浮涡轮样机的成功试制，为实现喷涂涡轮早日实现国产化做出贡献，也是为汽车涂装高品质化进程中增添了更多的中国元素。

　　6.2工作展望

　　C1)因环保要求日益提高，新型涂料的开发成果不断出现。新材料新工艺的出现，要求新装备要与时俱进。跟踪和研究新的汽车涂装工技术，保持清新开阔的视野，是做好汽车涂装事业的基础。

　　C2)理论研究是保持技术领先重要手段。开展诸如涂料雾化机理、涡轮结构与原理研究，在既有理论的指导下进一步深化和创新研究，以适应在未来更高的环保标准下，完成高质量的汽车涂装生产。

　　(3)跟踪世界技术，在Q5200聚氨酯涂装设备硬件设计开发方面下功夫，继续在高速喷涂用涡轮系统的抗干扰性和稳定性上做进一步的深入研究，完善柔性自动喷涂机系统的设计。目前，许多涂装设备仍依赖进口，但不能说明国产化没有机会，而是存在机遇和发展空间，有理由去创造涂装装备的国产自主品牌。

　　(4)将自动喷涂系统的理论与实践相结合经验提炼总结，以系统的思维梳理其中有价值的东西，为企业的提供如自动喷涂系统技术与管理支持，促进汽车高品质涂装工艺和技术向更高更新的方向发展。