特种涂料喷涂机器人涂料系统设计

使用机器人对飞机、汽车等复杂表面进行 自动化喷涂，对于提高喷涂工作效率和减轻对工人身体降的危害有着重要意义。某新型战斗机进气道采用机器人对其内壁涂覆特种涂料，特种涂料涂层可有效降低雷达电磁波的反射，实现进气道隐身的目的 J▲气道特种涂料喷涂系统应保证涂料均匀、压力稳定、雾化良好、便于清洗和工作可靠。

由于特种涂料固体成分高、比重大、易沉淀，因此在涂料管路中流量衰减比较明显。因此，除了实现普通喷涂系统所具备的涂料供给功能外，涂料系统必须能够实现对涂料流量的远程控制，以适应特种涂料的喷涂需求。

1 涂料供给系统工作原理涂料供给系统的涂料管路包括涂料桶、搅拌器、涂料泵、过滤器、涂料稳压器、齿轮流量计、气动截止阀、喷枪和涂料管等，系统原理图如图1所示。

由于特种涂料为易沉淀的三组分高固体分涂料，固体分含量高，其质量含量占总质量的72% ～78%；涂料的密度为2.1～2.3 kg/L，约为普通涂料的2～3倍(普通涂料密度约为0.85～1.4 kg/L)，其固体分颗粒度为 5O～70 m，极易沉淀；涂层干燥后极难清洗和清除，因此采用涂料桶内搅拌涂料，且涂料循环到喷枪的防沉淀工艺方法保证涂料均匀×拌器叶片应尽量接近涂料桶底部，便于搅动向桶底沉淀的固体组分。

同时，由于叶片旋转位置离涂料液面较远，还可以减少搅拌过程中所产生的气泡，以避免影响涂料循环系统的流量稳定性。此外，为了避免涂料在涂料管内流动时，固体组成沉淀在管内壁，造成涂料循环系统阻塞而出现生产事故或涂料中各组分比例发生变化影响涂层均匀性，要求涂料循环流动速度不低于 0.3 nVsl2j。

因此，应通过调整气动比例阀阀口开度，使管路内压力维持在某-较高水平，使涂料在系统中始终处在较快速流动状态 。

- - 压缩空气回路1.气源 2.空气卸压球阀 3、11～16.压力表 4.空气过滤器5～l0.电气比例阀 17.涂料搅拌器 l8.油雾器 I9.隔膜泵20、22 涂料球阀 21.涂料过滤器 23.稳压器 24.气动比例阀25.齿轮流量计 26.流量计显示器 27.空气喷枪28.气动截止阀 29.涂料桶图1 涂料系统原理图收稿 日期：2012-09-10基金项 目：国家 863高技术项目(2009AA043701)；摩擦学国家重点实验室项 目(SKLT09A03)作者简介：潘玉龙(1978-)，男，江苏徐州人，讲师，博士研究生，主要从事喷涂机器人技术的研究工作。

2013年第3期 液压与气动 9l涂料系统的压力波动，将影响到喷枪喷嘴处的涂料流量，进而影响涂层厚度均匀性。涂料系统采用Husky716双隔膜涂料泵，具有压力波动型可通过涂料颗粒度高达 1 mm的特性 ，但在输送较高压力涂料时压力稳定性会下降。为了将泵 自身带来的压力波动对涂料系统的影响降到最低，涂料循环到喷枪采用涂料泵和涂料稳压器(A系列 224-894型)结合循环涂料。实验表明，在安装涂料稳压器后涂料压力波动显著减小，能满足系统对压力波动的要求。

2 流量远程控制系统特种涂料在三种组分混合 6 h后 ，涂料将开始凝固，故涂料涂覆作业时间有限，最佳时间为涂料混合完成后的4 h之内。涂料混合后在其有效工作时间范围内粘度(以涂 4杯测量)变化较为显著，图 2为某型号特种涂料在混合后4 h内黏度变化曲线。当涂料黏度发生变化时，在双膈膜泵压力-定的情况下，管路内涂料流量将随涂料黏度的升高而降低，从而给机器人末端喷枪的喷幅和雾化带来影响，最终导致涂料涂层表面质量下降。因而必须设计涂料流量远程控制系统，对流量进行调节。

越糯o 1 2 3 4 5时间m图 2 特种涂料粘度变化 曲线系统的流量远程控制原理是由机器人控制系统根据流量计所反馈流量信号，由气动比例阀调整涂料管路中的压力，从而改变涂料的流量，而气动比例阀的驱动空气压力是由电气比例阀控制调整的。电气比例阀的输入电信号决定了其阀口的开度，进而影响了通过电气比例阀出口的压缩空气压力，此压缩空气的压力又作为气动比例阀的输入控制信号，进而决定气动比例阀阀口的开度，最终控制了涂料供给系统中管路压力和涂料流量。之所以不能直接由电气比例阀控制管路压力，主要原因是考虑到进气道特种涂料涂覆时防爆的需要，涂料管路中不能用电信号直接控制。

流量计选用 G3000型齿轮流量计。齿轮式流量计具有计量精确，与介质温度、黏度、比重无关等优点，其测量原理是流体通过流量计内部的齿轮，推动齿轮转动并发出脉冲信号，统计脉冲信号即可得知流量。

该型流量计的测量范围是75～3800 ce，测量分辨率是0.1 19 cc/pulse。

为了在线显示管路流量，便于工作人员检测、调整流量，选用了在线流量显示器 INFORMER。该型流量显示器在外部提供 12 V直流电源的情况下，可与流量计分体安装，该流量显示器除了在线实时显示流量外，还具有流量累计和异常流量报警功能，适用于远程在线监控。流量计安装及流量计与显示器联接如图 3、图 4所示。

涂料流动方向图3 流量计及其安装图4 流量显示器与流量计的连接方式3 结论特种涂料喷涂机器人涂料系统较好地适应了特种涂料高固体分、易沉淀的特性，在涂料黏度升高而导致涂量流量发生变化时，能根据管路内流量的变化进行远程调节，实现流量的稳定。