劉石強(qiáng) 石紅昌 王云飛 黃安明

(1.中國(guó)中車株洲電力機(jī)車有限公司涂裝事業(yè)部，湖南412000；2.德陽(yáng)天元重工股份有限公司，四川618000)

懸索橋是以承受拉力的纜索作為主要承重構(gòu)件的橋梁，可以充分利用材料的強(qiáng)度，并具有用料省、自重輕的特點(diǎn)，在各種體系橋梁中的跨越能力最大。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)懸索橋?qū)崿F(xiàn)了飛躍式的發(fā)展,數(shù)量、跨徑大幅度提高,從建國(guó)前國(guó)內(nèi)懸索橋跨徑不過200 m,發(fā)展到懸索橋主跨徑長(zhǎng)達(dá)1400 m以上。作為懸索橋主要受力構(gòu)件的索鞍和索夾，隨著尺寸、噸位和索夾的數(shù)量的增大。相應(yīng)的防腐施工難度、質(zhì)量要求也相應(yīng)提高。同時(shí)，隨著人們對(duì)生存環(huán)境的關(guān)注，環(huán)保部門對(duì)安全環(huán)保生產(chǎn)的嚴(yán)厲監(jiān)督，制造企業(yè)在表面處理制造過程中，不僅要保證長(zhǎng)效防腐，還要滿足國(guó)家安全環(huán)保的新要求。因此，我們對(duì)現(xiàn)有懸索橋索鞍、索夾表面處理過程進(jìn)行分析，引進(jìn)新設(shè)備、新防腐材料，從改變?cè)泄に嚥季旨肮に囘^程著手，提出有效可行的工藝措施。

1 表面處理存在的問題

常見的懸索橋索鞍有全鑄式、全焊式、組合式和鑄焊式。其中懸索橋索鞍的鑄鋼部分材料一般為ZG270-480H[1]。索夾一般都是鑄造結(jié)構(gòu)，索夾的材料一般為ZG20Mn[2]。常用鑄件非機(jī)加面噴砂達(dá)Sa2.5,Rz40 μm～80 μm后，防腐體系往往采用經(jīng)典的重防腐油漆體系——環(huán)氧富鋅底漆(60 μm)+環(huán)氧云鐵中間漆(2×60 μm)+脂肪族聚氨酯面漆(2×40 μm)；索鞍鞍槽、隔片、索夾內(nèi)表面噴砂達(dá)Sa3.0后采用熱噴鋅，鋅層厚度達(dá)200 μm～250 μm,然后用環(huán)氧封閉漆進(jìn)行封閉處理。以索夾為例，表面處理過程工藝路線：鑄件打磨→無損檢測(cè)→消缺→噴砂→底漆→二道中漆→組對(duì)裝配→打磨拉毛→二道面漆。但在表面處理過程中有以下幾方面問題。

1.1 毛坯打磨勞動(dòng)強(qiáng)度大

大型懸索橋的索鞍往往都是鑄焊結(jié)構(gòu)，由鞍頭和底座部分組成，其鞍頭部分為鑄鋼件，小型懸索橋的索鞍有全鑄結(jié)構(gòu)，而索夾均是鑄件。由于考慮鑄造成本因素，往往采用型砂鑄造，鑄造表面質(zhì)量差，噴丸處理不能達(dá)到無損檢測(cè)表面要求，必須進(jìn)行人工打磨，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。

1.2 噴鋅、打磨粉塵大

電弧噴鋅過程以及由于面漆與中間漆間隔時(shí)間較長(zhǎng)，表面需要打磨拉毛處理，施工過程粉塵多。

圖1 表面處理車間工藝布局圖Figure 1 Process layout diagram of surface treatment workshop

1.3 舊廠房局限，涂裝質(zhì)量差

國(guó)內(nèi)早期的涂裝車間布局是把表面處理過程中的毛坯打磨、噴漆集中在同一車間，且同一固定位要完成毛坯打磨、噴漆及涂層打磨處理。為減少工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)，各工序之間未進(jìn)行分區(qū)域處理，涂裝環(huán)境非常惡劣，涂裝質(zhì)量難以得到保證。而要達(dá)到安全環(huán)保要求，如對(duì)整個(gè)涂裝車間進(jìn)行除塵凈化處理，投入非常大，且運(yùn)行費(fèi)用高。

1.4 油漆VOC排放較高

涂裝體系采用經(jīng)典的油性重防腐體系，涂裝防腐質(zhì)量雖然佳，但油漆本身VOC含量高，施工過程又添加大量的稀釋劑，不利于環(huán)保。

2 工藝解決措施

經(jīng)研究分析，索鞍、索夾表面處理過程存在的問題主要是由于早期廠房的工藝布局局限，缺少環(huán)保設(shè)備的合理增設(shè)，先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備引進(jìn)少，依靠人力多，防腐材料本身對(duì)環(huán)境不友好。針對(duì)存在的問題，提出了一條解決思路：改變?cè)に嚥季郑黾酉鄳?yīng)設(shè)備，采用水性油漆代替油性漆，實(shí)現(xiàn)表面處理的有效突破。

2.1 整體新工藝布局

新工藝布局把鑄件毛坯打磨、涂層打磨、噴漆分區(qū)域進(jìn)行。索鞍、索夾經(jīng)噴砂處理后，進(jìn)行噴鋅、噴漆、涂層打磨處理。由于懸索橋的主、散索鞍、索夾噸位大小不一，小索夾僅50 kg，大索夾重達(dá)8 t，且數(shù)量多；大索鞍重達(dá)270 t。生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)運(yùn)不方便，如采用常規(guī)的電平車及橫向機(jī)構(gòu)形成循環(huán)線，則需多輛電平車，且整體所占場(chǎng)地較大，設(shè)備投入大。因此，表面處理工藝布局中仍然采取行車轉(zhuǎn)運(yùn)為主要方式，但涂層打磨、噴漆過程工件固定，房體設(shè)置為整體移動(dòng)式集成房體，可以在地軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作。工藝布局簡(jiǎn)圖見圖1。

2.2 機(jī)器人自動(dòng)化打磨

在新工藝布局中，增設(shè)自動(dòng)化打磨線，該線區(qū)域由機(jī)器人打磨區(qū)域與人工補(bǔ)打磨區(qū)域組成。自動(dòng)化區(qū)域(如圖2)設(shè)置兩臺(tái)打磨機(jī)器人，分別在打磨平臺(tái)兩側(cè)，通過地面導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)多個(gè)鑄件毛坯間的來回打磨工作。工件通過地面行車吊，成排擺放在平臺(tái)上，全部打磨完后再轉(zhuǎn)運(yùn)到人工打磨區(qū)域。打磨區(qū)域除塵采取頂送風(fēng)、側(cè)抽風(fēng)方式，粉塵經(jīng)戶外布袋式過濾器除塵處理后，通過煙筒排放。機(jī)器人系統(tǒng)主要由機(jī)器人本體、移動(dòng)導(dǎo)軌、掃描識(shí)別系統(tǒng)、恒力裝置系統(tǒng)[3]、打磨系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。掃描識(shí)別系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)上的鑄件毛坯經(jīng)一次掃描后，自動(dòng)識(shí)別并通過內(nèi)置算法及工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)編程，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化打磨毛坯表面的工作。無需針對(duì)不同的索夾或鞍頭進(jìn)行獨(dú)立手工離線編程或試教編程，亦無需對(duì)工件進(jìn)行精確定位。打磨軟件包結(jié)構(gòu)見圖3。

2.3 整體移動(dòng)式除塵房

整體移動(dòng)式除塵房是把除塵過濾系統(tǒng)集成在房體上，能沿地軌隨房體同步移動(dòng)。房體內(nèi)尺寸

圖2 自動(dòng)化打磨區(qū)域圖

圖3 打磨軟件包結(jié)構(gòu)

L×W×H滿足以下公式：

L=a+2×1.0

W=b+2×0.8

H=c+1.2

式中，a、b、c為最大工件長(zhǎng)、寬、高尺寸。

根據(jù)涂層打磨粉塵的粒徑約5 μm～10 μm左右，除塵房設(shè)置頂部獨(dú)立送新風(fēng)，單側(cè)排風(fēng)，排出的粉塵經(jīng)過除塵器過濾處理后，再經(jīng)單獨(dú)管道進(jìn)入房?jī)?nèi)形成內(nèi)循環(huán)，且保持除塵房?jī)?nèi)為負(fù)壓。除塵器采用模塊化筒式過濾器[4]。除塵過濾系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)如下：

過濾器：模塊化濾筒過濾器

濾袋材質(zhì)：PTFE覆膜濾料

系統(tǒng)阻力：<1400 Pa

清灰方式：氣動(dòng)脈沖、壓差控制

除塵過濾系統(tǒng)處理風(fēng)量滿足以下公式：

Q=s×v×3600

式中，Q為除塵過濾系統(tǒng)處理風(fēng)量，單位為m3h；s為房體內(nèi)風(fēng)向截面面積，單位為m2；v為截面風(fēng)速，取值0.3 ms～0.35 ms。

2.4 整體移動(dòng)式噴漆房

整體移動(dòng)式噴漆房?jī)?nèi)尺寸與除塵房一致，并共用軌道，見圖4。噴漆過程的漆霧、廢氣經(jīng)玻璃絲棉粗過濾→精細(xì)過濾袋過濾→低溫等離子凈化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。其凈化機(jī)理：采用脈沖高壓高頻等離子體電源和齒板放電裝置，產(chǎn)生高強(qiáng)度、高濃度、高電能的活性自由基，瞬間對(duì)有害廢氣分子進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將廢氣中的大部分污染物降解成二氧化碳和水及易處理的物質(zhì)。由于采用空氣噴槍噴涂，噴漆房?jī)?nèi)截面風(fēng)速應(yīng)控制在0.5 ms～0.6 ms。

2.5 水性漆應(yīng)用

懸索橋產(chǎn)品上目前主要采用油性防腐涂料，實(shí)際涂料本身的VOC含量往往在450 gL以上，尤其在施工中，為獲得良好的噴涂效果，清洗用稀釋劑用量達(dá)到涂料使用量的20%～35%，因此，VOC排量非常大。而水性涂料是用水作溶劑,具有無毒、無味，可以大大減少涂料中有機(jī)溶劑揮發(fā)對(duì)大氣造成的污染。近年來，國(guó)內(nèi)水性漆發(fā)展較快[6]，如水性環(huán)氧富鋅底漆、水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸聚氨酯面漆，其防腐性能已達(dá)到重防腐涂料要求。不同水性漆性能參數(shù)見表1。

圖4 整體移動(dòng)式噴漆房

表1 不同水性漆性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of different waterborne paints

水性漆組分成本較油性漆稍貴，但綜合成本基本與油性漆相當(dāng)。在施工過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)對(duì)產(chǎn)品表面清潔度要求非常高，噴涂油

性漆的槍不能與噴涂水性漆的槍混用。

(2)空氣濕度對(duì)油漆的干燥有很大的影響。如果采用烘干，需進(jìn)行預(yù)烘處理，防止因水份沸騰產(chǎn)生縮孔等缺陷。

(3)噴涂下一道涂層時(shí)，前一道涂層的脫水率需達(dá)85%以上。

3 工藝效果

按新工藝措施，在懸索橋索鞍、索夾鑄件表面處理過程中，可取得以下效果：

(1)物料運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，物料轉(zhuǎn)運(yùn)距離短，更有利于車間的5S管理。

(2)機(jī)器人智能打磨鑄件毛坯表面，人工勞動(dòng)強(qiáng)度降低，機(jī)器人打磨效率約為人工打磨的2.5倍，且打磨質(zhì)量穩(wěn)定，完全滿足GBT 9444—2007《鑄鋼件磁粉檢測(cè)》要求。

(3)涂層打磨、噴漆施工均在獨(dú)立的房?jī)?nèi)進(jìn)行，避免打磨時(shí)車間內(nèi)粉塵多造成油漆質(zhì)量差的弊病。且兩房可以沿車間長(zhǎng)度方向軌道上靈活移動(dòng)使用，大大減少同時(shí)建造多個(gè)打磨房、噴漆房的投入費(fèi)用。

(4)水性漆代替油性漆，滿足防腐質(zhì)量要求的同時(shí)，施工過程中減少了對(duì)操作者的身體危害，完全符合綠色環(huán)保生產(chǎn)要求。

(5)表面處理車間整體環(huán)保滿足GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

4 結(jié)論

通過新工藝布局，采用機(jī)器人智能化打磨鑄件毛坯表面、整體可移動(dòng)除塵打磨房及可移動(dòng)噴漆房，可運(yùn)用在索鞍、索夾表面處理過程中，降低了整體勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工件轉(zhuǎn)運(yùn)、提高了生產(chǎn)效率，涂裝過程中，VOC低排放甚至零排放，最終達(dá)到高效、高質(zhì)、安全環(huán)保生產(chǎn)。