林驥、楊海波

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 545007）

0 引言

在汽車制造過程中，不管是車身表面的油漆還是零件搭接位置的密封膠，都要通過高溫烘烤才能充分固化，達到工藝要求。烘干爐是涂裝車間能耗占比達到30%的設(shè)備，圍繞烘干爐的節(jié)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用也很多，其中就包括不斷發(fā)展的烘干爐輸送系統(tǒng)。在各種烘爐輸送系統(tǒng)中，IMC系統(tǒng)（Inverted Monorail Conveyor system，反向單軌輸送系統(tǒng)）是一種應(yīng)用非常廣泛、可靠性高且維護方便的輸送系統(tǒng)。在節(jié)能技術(shù)應(yīng)用方面，IMC系統(tǒng)至少從2個方面進行了優(yōu)化改進：一個是降低輸送系統(tǒng)的高度，從而使烘干爐內(nèi)腔空間盡可能減小，減少空間上的浪費；另一個方面就是滑撬不進烘爐系統(tǒng)，即無撬節(jié)能技術(shù)，減少烘干爐熱能的損失。

圖1 IMC反向單軌輸送機系統(tǒng)平面圖

1 IMC系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

IMC系統(tǒng)主要由以下部分組成：鏈條、鏈支撐小車、承載小車、撬體支撐車架、驅(qū)動裝置、張緊裝置、各種軌道和進出口交接滾床等。驅(qū)動裝置驅(qū)動模鍛可拆鏈，帶動固定在鏈條上的車架運行，從而帶動車架上的滑撬與工件完成烘干工序。它具有布置靈活、高自動化的輸送且與滑撬之間可以實現(xiàn)自動交接等特點。如圖1所示為IMC反向單軌輸送機系統(tǒng)平面圖。

如圖2所示為 IMC系統(tǒng)截面圖，從圖中可知，工件進入IMC系統(tǒng)，需要滑撬作為中間載體，連接工件和IMC的支撐車架。

2 無撬節(jié)能技術(shù)的由來

對于汽車涂裝車間傳統(tǒng)的3C2B涂裝工藝，工件需要經(jīng)過3次高溫烘烤才能得到合格的涂層質(zhì)量。在工件通過烘干爐的過程中，不僅工件本身要帶走熱量，輸送車身的載體和輸送系統(tǒng)本身也會帶走大量的熱量。而這部分熱量可以看成是輸送系統(tǒng)損失的熱量，不但造成了能源上的浪費，而且熱量散失在空氣中，對車間的操作環(huán)境也造成了影響，增加了環(huán)境溫度。某涂裝車間曾經(jīng)做過一個統(tǒng)計對比（表1），顯示輸送系統(tǒng)和滑撬帶走的熱量甚至大于車身帶走的熱量。

圖2 IMC系統(tǒng)截面圖

表1 正常過車能耗統(tǒng)計表

金屬吸收熱量的多少，可以通過下面的公式[1]計算。

其中鋼材比熱容0.46 kJ/（kg×℃）是一個常量，因此要減少烘干爐的熱量損失，可以從減少輸送設(shè)備經(jīng)過烘干爐出入口時的溫差和降低輸送設(shè)備本身質(zhì)量2個方面采取措施。

（1）減少溫差控制?；翈е嚿?，在進入烘干爐之前的溫度大約在27℃左右。IMC鏈和支撐小車不經(jīng)過噴房，只在烘干爐區(qū)域循環(huán)，在進入烘干爐之前溫度一般在60～80℃。經(jīng)過烘干爐后出來，溫度都在100℃左右，實際溫差往往是50～60℃，而滑撬的溫差則基本能達到100℃左右。如果把入口溫度提高1℃，1 kg鋼材就能少吸熱0.46 kJ。

（2）降低輸送設(shè)備質(zhì)量。如果輸送設(shè)備（滑撬、IMC鏈和支撐小車等）質(zhì)量降低1 kg，在同樣是1℃進出口溫差的情況下，則可以減少熱量損失0.46 kJ。

由此可得出結(jié)論，要減少輸送設(shè)備帶走的熱量損失，輸送系統(tǒng)布局上需要將烘干區(qū)域獨立運行，最好只有白車身進入烘干爐，而輸送載體通過轉(zhuǎn)接的方式，使高溫區(qū)域的載體和常溫的載體分開，并且減少烘干輸送線在烘爐外的長度，這樣控制輸送系統(tǒng)進出烘爐的溫度差。另外高溫區(qū)域的載體盡量的輕量化，減少載體質(zhì)量，例如選擇合適的支撐白車身方式，各種車型盡量共用支撐腿，在保證強度的前提下盡量減少加強筋等附件[2]。因此，IMC系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展方向之一，就是滑撬不進烘爐（或者叫做IMC系統(tǒng)無撬節(jié)能技術(shù)），減少滑撬帶走的熱量損失。

圖3 轉(zhuǎn)接位截面示意圖

3 IMC系統(tǒng)實現(xiàn)無撬節(jié)能技術(shù)的改造方案

IMC系統(tǒng)實現(xiàn)無撬節(jié)能技術(shù)的改造方案，首先是工件上、下IMC系統(tǒng)的方式要進行改變。這里是整個技術(shù)方案中的難點部分，既要滿足鏈條運行的節(jié)拍要求，又要保證較高的轉(zhuǎn)接成功率。原來的IMC系統(tǒng)在進出口交接滾床位置，滑撬停在交接滾床上，等待IMC支撐車架從底部爬升上來托起滑撬橫梁。此時交接滾床處于隨動模式，由IMC支撐車架帶著滑撬和工件一起運行，出口交接則正好相反。而要實現(xiàn)無撬節(jié)能技術(shù)，因為滑撬不進烘爐，則IMC的支撐車架的形式必須改成能夠直接支撐的工件。工件在轉(zhuǎn)接位置被輔助舉升機頂起，由移載叉將工件從滑撬上轉(zhuǎn)接到IMC的支撐車架上。圖3為轉(zhuǎn)接位置截面示意圖。

圖4 兩種IMC結(jié)構(gòu)對比

此時的IMC支撐車架必須要處于靜止?fàn)顟B(tài)才方便工件的轉(zhuǎn)接。因此，支撐車架還要改造成可積放形式（圖4）。左圖為原IMC結(jié)構(gòu)，只有一層承載軌道，鏈條和牽引小車用螺栓連接在一起。右圖為新IMC結(jié)構(gòu)，多了一層鏈支撐小車的行走軌道，鏈條和牽引小車是分開在兩層軌道里面，通過積放推頭和牽引盒連接，可實現(xiàn)積放功能。

這里不是為了小車能夠積放，而是為了方便的進行靜態(tài)轉(zhuǎn)接，提高轉(zhuǎn)接成功率。在鏈條推頭到達轉(zhuǎn)接位置之前，會有一個推車機構(gòu)，快速將支撐車架往前推到轉(zhuǎn)接位。待工件轉(zhuǎn)接到車架上之后，等待鏈條的推頭過來重新嚙合并帶著往烘爐走。因此，推頭和支撐車架理論上始終是一一對應(yīng)的關(guān)系。到了下件轉(zhuǎn)接位置，則正好和上件轉(zhuǎn)接順序相反。

因為這個轉(zhuǎn)接位牽涉到的設(shè)備較多，工藝步驟較復(fù)雜而時間又短，所以是無撬節(jié)能技術(shù)成功的關(guān)鍵所在。為了詳細描述這個復(fù)雜的轉(zhuǎn)接工藝步驟，下面對上件轉(zhuǎn)接采用作圖法進行逐一描述。在作圖和計算之前，首先要確定IMC系統(tǒng)的節(jié)拍、節(jié)距和鏈條運行的速度，然后選定推車機的運行速度。轉(zhuǎn)接位平面布置圖如圖5所示，Stop1的位置是轉(zhuǎn)接位，Stop2的位置是小車支架等待鏈條推頭的位置。

第一步，在圖上畫出軌道，并按節(jié)距畫出各小車支架的位置。將其中一個布置于起始的初始位置（圖6）。此時鏈條推頭和車架剛好分離，而留1車檢查轉(zhuǎn)接時是否與前車相碰。

第二步，推車機將小車支架快速推到轉(zhuǎn)接位置，大約是550 mm，用時1.65 s，然后位于移載叉上的工件開始往小車支架上轉(zhuǎn)接。等移載叉重新回到原位，而工件落到小車支架上的時間一共是20.66 s，此時鏈條推頭已經(jīng)走到了小車支架的前端（圖7）。

第三步，為了追趕前面的推頭，推車機帶著小車支架和工件快速前進到Stop2位置（圖8），即推頭前面的某一位置等待。此時的軌道也正好是抬軌的最末端，當(dāng)鏈條的推頭經(jīng)過這里時，正好和牽引車嚙合，于是整個交接過程完成，工件被鏈條牽引著進入烘爐區(qū)域。同時，需要再次核算一下和前車的距離，調(diào)整Stop2的位置，避免和前車干涉。

按以上的作圖法，可以確定轉(zhuǎn)接位置推車機的整體行程長度、抬軌的長度和起止位置，還可以校驗最大車型尺寸前后車的距離是否合適。通過以上的設(shè)計改造能實現(xiàn)高效、節(jié)能和穩(wěn)定的IMC系統(tǒng)無橇輸送系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

圖5 轉(zhuǎn)接位平面布置圖

圖6 上件轉(zhuǎn)接初始位置

圖7 轉(zhuǎn)接過程示意圖

圖8 轉(zhuǎn)接完成示意圖

在如今競爭激烈的市場環(huán)境下，通過實施節(jié)能降耗措施，做到“成本領(lǐng)先，與眾不同”，可以增強產(chǎn)品在市場上的競爭力。節(jié)能降耗的努力來自生產(chǎn)過程的方方面面，合理選擇輸送設(shè)備，提高輸送設(shè)備在節(jié)能降耗方面的貢獻。本文主要描述了涂裝烘干工藝技術(shù)方面節(jié)能措施的發(fā)展方向，而IMC系統(tǒng)無撬節(jié)能技術(shù)是其中一個發(fā)展方向，還有更緊湊的爐膛空間、更輕量化的輸送結(jié)構(gòu)以及更合理的烘烤時間等，都可以作為節(jié)能措施的發(fā)展方向。隨著輸送設(shè)備的不斷發(fā)展，新工藝和新材料的不斷引進，輸送系統(tǒng)在節(jié)能方面還有更多可以發(fā)展的技術(shù)方案，值得人們?nèi)ド钊胙芯俊?/p>