工程机械涂装车间节能设计探讨

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工程机械涂装车间节能设计探讨

0 引言
工程机械是我国机械工业的重要组成部分，经过近年来的快速发展，我国工程机械产品技术创新、研发制造等核心竞争能力不断提升，工程机械规模总量已跃居世界第一，但由于工程机械行业在产品能耗、工艺水平等方面仍与国际先进水平存在较大差距，所以我国单位GDP的能耗仍是世界平均水平的2倍以上。能源是发展国民经济的基础，合理利用能源，坚持贯彻国家对能源开发和节约并重的方针，降低能源消耗，对提高经济效益，保证国民经济持续发展，具有非常重大的意义。
涂装车间是工程机械制造企业的能耗大户，能源种类涉及电、水、压缩空气、燃气、蒸汽等。不同地区、不同类别和生产性质的工厂，涂装车间能耗大约占全厂能耗的30～50%之间，因此，涂装车间的节能对于整个企业节能减排具有重要意义。本文针对工程机械行业特点，结合近年来国内工程机械涂装生产线的建设情况，从涂装车间工艺、设备、产品设计和管理等方面对节能措施进行了分析与讨论。

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1 涂装工艺节能措施
工艺规划与设计是一个涂装车间的首要任务，合理、先进的工艺布置对车间节能起到决定性作用，新工艺近年来在工程机械涂装行业也有所应用，如常温转化膜工艺、结构件喷粉工艺等。根据工程机械行业产品类别多、工件重、品种杂等特点，在满足产品涂层质量指标的前提下，可以考虑的节能措施有：
1.1前处理工艺节能
（1）     大型结构件尽可能采用抛丸工艺代替喷丸工艺。抛丸设备一次性投资比喷丸大，但生产效率高，折合到单位生产成本和动力消耗均比喷丸低。
（2）     驾驶室、机罩、油箱等薄板件，采用逆流补水、低温磷化或常温无磷转化膜工艺，节省用水量和热源成本。
（3）     尽可能减少刮腻子和打磨工作量，减少腻子烘干和打磨设备的能耗。工程机械产品本身装饰要求相对不高，尤其是对于大型构件。同时可以考虑从工艺方面采取替代腻子的工艺方式，如某些部件采用锤纹漆遮盖表面的部分缺陷。
1.2喷涂工艺及方式节能
（1）     “湿碰湿”喷涂。针对采用三涂层工艺的工程机械产品，采用中涂漆和面漆“湿碰湿”喷涂，减少烘干工序，节省电能及热能。
（2）     底面漆合一。针对采用两涂层工艺的工程机械产品，底面漆合一，即一道涂层即可满足底漆和面漆功能，可以减少喷漆室数量，减少能源消耗。
（3）     合理选用喷涂工具。喷涂工具的选择与涂装质量、生产效率、节能及原材料利用等有密切联系。工程机械行业目前较为先进的喷涂方式是混气静电喷涂，该方式结合了无气喷涂、静电喷涂等优点，涂料利用率高，节省涂料，减少废水和废气的排放。

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2 设备节能措施
2.1前处理设备节能
（1）     工程机械前处理设备分为两类：机械前处理方式和化学前处理方式。机械前处理方式用于结构件喷抛丸处理，其主要节能方式一是提高生产效率，降低空载能耗，喷丸室采用多人同时操作，缩短设备运行时间，节省能耗；抛丸室抛头按最大工件采用仿形布置，工件按节拍行走，如果设计不合理，空载运行时间将加长，能耗增加。二是合理选用除尘器，目前通常采用旋风和滤筒二级除尘方式，在满足处理要求下尽量选能耗小的除尘风机，节省能耗。化学式前处理方式，用于薄板件前处理，其主要节能方式是节水设计，如配备油水分离器、除渣装置等，对水进行回用。
2.2喷漆设备节能
喷漆设备主要用能设备为送风空调和排风机。其节能主要考虑两点：一是送风风速的选取，根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定》（GB14444-2006）的规定，手动喷漆大型喷漆室设计控制风速0.5m/s，风速范围在0.38～0.67m/s，其目的主要是抑制过喷漆雾的扩散，对于工程机械行业，一般采用混气喷涂，漆雾过喷量相对空气喷漆要小，因此可以将设计风速适当降低到0.45m/s，从而降低送风、排风及空调加热的能耗。
送风空调在北方地区冬季需配加热功能，由于喷漆室温度要求一般为15℃左右，故加热热源可用蒸汽、热水、天然气，此三种能源按照折标煤计算，采用天然气较为节省能耗，该方式目前在国内汽车涂装车间应用较广泛。另天然气燃烧方式亦对节能效果影响显著。
2.3烘干设备节能
随着我国能源结构的变化，工程机械烘干室目前多数采用燃气热风对流烘干室，在设备设计时提高设备的密封性能并减少热桥，降低能源消耗。而加热方式的选择对节能效果影响亦较大，目前主要有直接燃烧加热和间接燃烧加热两种方式，直燃加热方式由于没有换热装置，循环空气直接经过燃烧装置，热能得到充分利用；而间接燃烧是循环空气与燃烧炉进行热交换，燃烧炉需要有排烟气装置，一般热效率为85%左右，明显低于直接燃烧加热方式。
近年来讨论较多的是烘干室废气的处理及热能回收利用技术，该方式在中高温烘干室，且废气量相对稳定的情况下，如汽车行业，节能效果较为明显，而对于工程机械行业，薄板件目前已普遍采用阴极电泳涂装，工艺与汽车涂装相似，可以采用此方式，但对于结构件涂装，由于工件规格杂，生产不均衡，低温烘干，因此节能效果不理想，目前应用较少。
2.4冷却设备节能
工件冷却室的作用是将烘干后的工件快速冷却，以方便后道工序作业，减少涂层损伤。一般要求工件表面温度不高于40℃即可。强冷室的风量计算通常是按夏季较高温度计算的，这样在其它季节，工件温度下降太多就造成了能源浪费。其节能方式可以在强冷后道工序设计自动测温装置，并将温度反馈给PLC,再通过变频器对风机电机进行变频，达到节能降耗的目的。

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3 产品设计的节能措施
3.1色彩设计
工程机械产品整机色彩已脱离以前单一的色彩的状况，不同企业已形成了自已的企业色，为了追求美观和装饰效果，一些企业越来越重视产品的外观设计。在产品外观美学设计时，不同色彩应尽可能按不同零部件划分，或将不同颜色部件设计成拼装式结构，减少套色，从而节省套色喷漆室和烘干的能源消耗。
3.2大型构件分片制作
近几年，我国一些大型工程机械产品取得突破，工件尺寸和重量也是越来越大，对涂装室体的尺寸和承重能力要求也越来越高。但大型产品的市场总量相对较小，如果以最大规格产品设计涂装设备，能耗和运行成本较大，因此，在满足产品功能的前提下，分片制作可以降低对涂装设备的规格要求，从而降低能耗。
3.3吊装工艺孔的预留
吊装工艺孔的合理预留可以最大限度减少吊装工装对表面的遮挡，并可以减少后期转运时的磕碰，减少后期的补漆工作量。例如搅拌筒为一筒状工件，一般采有钢索从底部兜起的方式，做得较好的企业则是在法兰盘上预留吊装孔，只有几个点的补漆。
3.4装配方式设计
装配方式一般要求不能再焊接，而是要采用螺栓或其它连接方式，但有少部分产品可能由于产品不成熟，标准化程度不够，在装配过程中仍采用焊接作业，破坏了已涂装好的部件表面涂层，增加了整机产品的涂装工作量。该方式的另外一个缺点就是由于焊接应力未得到释放，存在应力腐蚀的隐患，有企业发现在整机装配时焊接部位，后补的漆膜在短时间内很容易开裂。

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4 管理节能措施
4.1生产组织管理节能
工程机械产品工件较杂，一条生产线通常要承担多达几十种不同规格的零部件涂装任务，因此生产的合理组织对生产线的节能运行有较大的影响，主要管理措施有：
（1）合理进行工件分类组织，相同颜色的工件尽可能批量进行，减少面漆的换色和中间停机时间。
（2）合理组合吊挂，减少生产线和设备的空运转，减少前处理的空抛。
（3）强化开、停机管理。由于生产线较长，从前道工序到后道工序有一定的时间，每天上班时应顺序开机，如果同时开机，则后道工序的设备空运行时间将延长，能耗增加；关机时则要按相返顺序进行。
4.2设备使用维护节能
设备使用和维护保养对设备节能有着较大的影响，并影响设备的使用效果，应分类对不同设备制订维护保养计划。各类设备的主要保养措施如下：
（1）加热设备：如换热器、燃烧器，如果不及时保养，换热器垢、燃烧器烧嘴积炭，影响换热和燃烧效率，增加能耗。
（2）加热槽体和室体的维护，如前处理槽、烘干室的的保温层长期运行可能会出现缝隙，如不时维护，部分热量外泄会增加能耗。
（3）送排风系统的管路维护，如过滤装置、除尘器滤筒等堵塞需定期清理或更换。
     5 结语
    节能降耗是我国可持续发展的基本要求之一，节能措施的推广与应用具有良好的经济效益和社会效益。各企业应根据自身涂装工艺、产品特点等实际情况，对各种节能措施进行经济性分析，制订合理的节能方案，降低能耗的同时降低企业运行成本，增强企业市场竞争力。