王邦政

中國鐵路上海局集團有限公司合肥車輛段，安徽合肥，230011

0 引言

近年來，隨著人們環(huán)保意識不斷增強，對溶劑型涂料中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）的管控越來越嚴格，水性漆作為一種以水為稀釋劑的新型環(huán)保涂料，以其自身良好的透氣性、延展性、不易開裂、耐老化，不含笨及苯的衍生物類有機溶劑等特點[1]，被越來越多的企業(yè)使用。目前水性漆已成功應(yīng)用于軌道車輛中的地鐵、部分動車組產(chǎn)品中，涂裝質(zhì)量穩(wěn)定可靠[2]。我國普速鐵路車輛在維修時仍有大部分采用溶劑型漆，為達到節(jié)能減排的要求，減少VOC的排放，鐵路車輛涂料水性化勢在必行。

溶劑型漆干燥過程中揮發(fā)的是有機溶劑，空氣中水分的多少不影響其干燥速度，而水性漆干燥過程中揮發(fā)的主要是水，空氣濕度會嚴重影響水性漆中的水向空氣中的揮發(fā)速度，即影響水性漆的干燥速度?？蛙囖D(zhuǎn)向架在使用水性漆進行涂裝時，主要需解決環(huán)境相對濕度較大時的干燥及揮發(fā)性有機物（VOC）處置問題，以保證生產(chǎn)效率及環(huán)保要求。

1 改造詳情

1.1 總體目標(biāo)

考慮減少空氣污染，同時保證生產(chǎn)效率，結(jié)合客車轉(zhuǎn)向架配件檢修要求以及水性漆對作業(yè)環(huán)境溫濕度要求對相關(guān)設(shè)備進行改造，在油漆房中新建無泵水幕式除漆霧裝置，對漆霧做進一步處理；淘汰原燃油加熱烘干設(shè)備，新建電加熱式烘干室；為便于轉(zhuǎn)向架配件周轉(zhuǎn)，在噴漆房和烘干室之間改造T字形軌道，新增智能轉(zhuǎn)盤，減少上下料時間，提高工作效率。

1.2 改造詳情

整套裝置由噴漆房、電加熱式烘干室、智能轉(zhuǎn)盤、輸送平車等部分組成，相關(guān)功能介紹如下。

1.2.1 轉(zhuǎn)向架水性漆涂裝裝置總體方案及工藝過程

（1）總體方案：為節(jié)約成本，仍采用人工噴涂，同時因水性漆烘干時間較長，為提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)兩輛輸送平車可同時進行上下料周轉(zhuǎn)，設(shè)置噴涂區(qū)、烘干房、下料區(qū)，并在三者間設(shè)置“T”字形軌道，“T”字形軌道交匯處設(shè)置一個φ3.6m的電動轉(zhuǎn)盤，作為連接和分配輸送平車的中心樞紐，具體見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)向架噴漆烘干工藝布局簡圖

（2）工藝過程：輸送平車①上料后，經(jīng)過轉(zhuǎn)盤進入噴涂區(qū)進行噴涂作業(yè)；此時輸送平車②可同時快速通過烘干房，經(jīng)過轉(zhuǎn)盤進入到上料區(qū)，進行上料作業(yè)；輸送平車①完成噴涂作業(yè)后，經(jīng)過轉(zhuǎn)盤直接進入電加熱式烘干房對工件進行加熱、烘干；此時輸送平車②可進入噴漆區(qū)進行噴涂作業(yè)；輸送平車①完成烘干后，可在下料（2）區(qū)完成下料，空車回來后，把輸送平車②經(jīng)轉(zhuǎn)盤進入噴涂房，輸送平車①經(jīng)烘干房、轉(zhuǎn)盤回到上料區(qū)進行上料作業(yè)；輸送平車②從噴涂房再次駛?cè)牒娓煞?，待完成烘干作業(yè)后可在下料（2）區(qū)下料，這樣兩輛車可以實現(xiàn)循環(huán)工作，效率可提高一倍。

1.2.2 噴漆區(qū)噴漆房改造

噴漆室應(yīng)保證良好的通風(fēng)和適當(dāng)?shù)膿Q氣次數(shù)，為涂裝作業(yè)提供良好的施工環(huán)境[3]，本次改造首選噴漆室門不封閉方案，采用無泵水幕式除漆霧裝置對漆霧進行處理，方案見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)向架噴漆室簡圖

在噴涂工作進行時，無泵水幕噴漆室利用負壓風(fēng)機在靜壓室內(nèi)產(chǎn)生負壓從而形成循環(huán)水幕，因水中添加特殊的絮凝劑，含有漆霧的空氣與水幕撞擊后，部分粘性物質(zhì)被截留于水中結(jié)成渣塊，部分水自然蒸發(fā)，經(jīng)負壓風(fēng)機（內(nèi)置活性炭）排放至大氣中，如此循環(huán)往復(fù)，達到漆霧處置效果，因該裝置無水泵及復(fù)雜的管道系統(tǒng)，避免了水泵管道及噴嘴堵塞問題，僅需定期添加新水并處置水中渣塊即可。

1.2.3 通過式電加熱烘干房

水性漆烘干方式有制冷除濕和熱風(fēng)烘干兩種方式，可同時采用紅外輔助加熱等方式[4]，本方案中新建了通過式電加熱烘干房，安裝電加熱烘干系統(tǒng)，主要由熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機、陶瓷黑鏡晶加熱管、排濕風(fēng)機、風(fēng)幕機、溫控裝置、照明裝置等組成，烘干溫度可根據(jù)季節(jié)和工藝要求在30℃至70℃間調(diào)整，具體見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)向架烘干房簡圖

（1）主要技術(shù)指標(biāo)：

①房體（外形尺寸：長9600mm，寬4660mm，高2500mm）采用75mm夾芯巖棉板制作，兩端貫通，可同時滿足兩輛輸送平車進入。

②采用熱機循環(huán)風(fēng)機及黑晶管遠紅外加熱管加熱，功率計算如下。

已知空氣密度ρ=1.29kg/m3、房間體積V=9.6*4.66*2.5=111.84m3、空氣的比熱容c=1000J/（kg·℃）、假設(shè)需在5分鐘即t=3600s將室內(nèi)空氣由24℃加熱至50℃（Δt=26℃），在不考慮熱損耗的情況下，計算需要功率。

由于場地限制，為便于轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)運，烘干室兩端不封閉，使用1.5KW風(fēng)幕機隔阻冷暖風(fēng)，造成熱量損耗較大，加之地面熱傳導(dǎo)、水性漆烘干吸熱、熱機效率等因素，實際使用中熱效率η≈5%。需要功率P實際≈22kW，考慮冬季0℃時Δt＞50℃，此時P冬季＞44kW。為保證生產(chǎn)效率，便于根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)加熱功率，采用分組設(shè)計，同時為防止電加熱出現(xiàn)故障，設(shè)置冗余量，采用一臺30kW熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機，72kW黑晶管遠紅外加熱管（每組6kW，共計12組）。

③因濕度會影響水性漆干燥速度，需定期對烘干方進行抽濕處理，選用1.5kW排濕風(fēng)機一臺，風(fēng)機內(nèi)置活性炭，對揮發(fā)漆霧進行處置。

1.2.4 自動轉(zhuǎn)盤

在烘干房與噴漆區(qū)間安裝自動轉(zhuǎn)盤（φ3.6m），采用PLC控制，實現(xiàn)90。旋轉(zhuǎn)，并具有低速啟動、減速停車以及急停功能，保證轉(zhuǎn)向平穩(wěn)、安全、可靠，具體見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)向架智能轉(zhuǎn)盤簡圖

（1）主要技術(shù)指標(biāo)

轉(zhuǎn)盤自重1000kg，噴涂配件中轉(zhuǎn)向架構(gòu)架最量，重量約為1500kg，作業(yè)時可兩件同時噴涂，則重物質(zhì)量m=4000kg，假設(shè)重物放置后重心與圓盤中心重合，取摩擦系數(shù)μ為0.1，則F=μmg=4000N；

轉(zhuǎn)盤運行一周S=πd≈12m，實際工作中轉(zhuǎn)動1/4周，即S實際≈3m；

轉(zhuǎn)動用時10s，假設(shè)轉(zhuǎn)動全程勻速，則V=S實際/t=0.3m/s；

估算需要功率P=F*V=1.2kW。

考慮設(shè)計冗余量，避免電機燒損，選取1.5kW電動機驅(qū)動。

1.2.5 輸送平車

根據(jù)轉(zhuǎn)向架部件尺寸定制遙控轉(zhuǎn)向架自動輸送車，采用鋰電為驅(qū)動電源，考慮輸送平車在烘干房工作時處于高溫環(huán)境，對鋰電池和電控電器進行耐高溫防護。

1.3 效益分析

1.3.1 經(jīng)濟效益明顯

相較我段原采用的燃油加熱烘干方式，采用電加熱后大大降低了能源成本，智能溫控裝置也可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)加熱溫度，通過前后成本對比我們發(fā)現(xiàn)，用燃油加熱烘干一次30分鐘耗油成本約為80元，耗電成本約為20元，同等工作效能下，燃油消耗成本約為電力的4倍。同時，改成“T字型軌道+智能轉(zhuǎn)盤”的設(shè)計后，使得兩輛輸送平車可同時工作，既節(jié)省了工作空間，工作效率也提升了一倍。

1.3.2 安全、環(huán)保效益顯著

燃油加熱不充分燃燒產(chǎn)生黑煙，排放不達標(biāo)[5]，而且對火星、電磁等極為敏感，長期使用，既不環(huán)保且存在極大的消防安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會造成不可估量的損失。改用電加熱后，降低了火災(zāi)風(fēng)險，同時無泵水幕除漆霧及活性炭吸附裝置的使用，也極大降低了環(huán)境污染，改善了檢修現(xiàn)場環(huán)境，進一步保護了從業(yè)人員人身安全。

2 改進思考

（1）本方案中受場地及資金限制，烘干室采用通過式，烘干室地面也未進行改造，導(dǎo)致烘干時熱量損耗加大，如能將烘干室改為密閉式，同時對烘干室地面、外壁采用更加優(yōu)良的保溫材料，提高熱效率，能進一步減少烘干時間，降低成本。

（2）方案中利用T字型軌道使得兩臺輸送平車可同時作業(yè)，如場地允許，可建立環(huán)形軌道或采用RGV小車進行配件輸送，實現(xiàn)輸送車環(huán)形作業(yè)乃至多車同時作業(yè)，進一步提高生產(chǎn)效率。

（3）本方案中噴漆仍采用人工噴漆作業(yè)，簡化作業(yè)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不落實等人為因素造成漆厚不達標(biāo)、漆膜覆蓋不全面等問題，影響涂裝質(zhì)量，如使用自動噴漆機器人取代人工作業(yè)，固定噴涂時間，加強彎角等小區(qū)域噴涂，可進一步提高防腐質(zhì)量。

3 結(jié)語

在采用該套裝置進行水性漆涂裝后，我們選取了部分段修車輛每月進行運用質(zhì)量追蹤，經(jīng)半年來運用情況追蹤，被選取車輛水性漆防腐性能良好。該涂裝裝置的改造，有力推動了水性漆在鐵路車輛維修行業(yè)的應(yīng)用，進一步降低了VOC的排放量，實現(xiàn)了節(jié)能減排目標(biāo)，希望此設(shè)計可以為行業(yè)內(nèi)在進行相關(guān)環(huán)保治理工程時提供參考。