CN86200237U - 静电高压喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种新型的自动喷涂设备，安装在密闭间内的机械手能自动绕物体或工作件表面移动。手臂上的三只喷具由压缩空气使高速气马达带动旋杯使喷液雾化后，在加速气环气流和静电高压电场力的作用下，将95％以上带电漆沫高速喷涂到物体或工件表面。该装置特别适用于各种大、中、小型客车、机车车厢和大、中型箱体零件的表面涂覆。它比人工喷涂可节约原料30～40％，提高工效4～10倍。有毒物质既不能直接危害操作者，又大大地减少对环境污染。

Description

本实用新型属于自动喷涂设备。

本实用新型是一种新型的自动化喷涂装置，它的加有静电高压的机械手能在环境恶劣的生产线上，把液体涂料自动喷涂在物体或工件表面作装饰保护，又可使环境污染降到最低的程度。该装置适用于对大中型机械、电器等各类需要喷涂的设备，特别适用于对各种大、中、小型客车、机车车厢和大中型厢体零件的喷涂作业。

在喷涂行业里，长期以来使用得最多的是人工喷涂，即人工气喷、人工高压无气喷涂和手工高压静电喷涂等方法。这些方法不仅工人劳动强度大、效率低、原料浪费大，利用率仅40～70％，喷涂质量不稳定，不适宜于大批量生产，而且环境污染严重，操作者直接遭受有毒物质及静电高压电场的危害。

该技术领域的已有技术，日本专利707205号，以地面传送带输送汽车车身的途中，在喷涂室内设有三个固定工位，每个工位安装有三台喷涂机，左右各一台用于对车身两侧面的喷涂，另一台用于对发动机罩，车顶面和后货箱（轿车的）的喷涂，三工位共九台喷涂机（安装在喷涂机上的喷枪有一至二个自由度），九台静电高压发生装置，采用无触点控制，以和传送带的同步脉冲进行对喷涂机的控制，使喷涂机以分段、分区域共同完成对汽车车身表面的喷涂。它有效的克服了上述手工喷涂的不足，实现了喷涂作业的自动化，对大批量生产的轿车和另、部件的喷涂很适用，但对较大型的客车车身的前后围较大面积的喷涂，还需要增加设备或人工配合喷涂。

西德M、K公司采用在全自动静电涂装作业线上，设有两个喷涂室，每室有两台可升降往复运动的喷涂机，四支自动静电喷枪和一个修补站，第三室设有两只可作上下往复运动的盘式静电喷具，在第二至第三室之间还设有一个机械人涂装站。该装置采用增加修补站和机械人涂装，大型客车车身的前后的喷涂可以解决，但它同样需要喷涂机四台，各种喷具十只，还增加了一个机械人和修补站。这样，要使所有喷具的喷涂效果一样，不仅使控制、调校、维修难度增大，而且造价高昂，对中、小批量生产不太经济。

鉴于上述存在的不足，本实用新型的任务是建立一种既经济、又适应范围大的喷涂设备，这套装置的机械手在辅助装置的配合下，能在环境恶劣的生产线（密闭式涂装间里），带着喷具围绕工件（如汽车）运行，使喷具按工件予定程序沿汽车车身四周及顶部表面进行自动或半自动喷涂作业，承担喷涂任务的机械手上装有喷具二至三只，静电高压发生装置一台。它具有设备少、控制简单、使用维修方便的特点，它不仅有效地减轻了污染，保护环境，同时还可达到节约涂料、稳定质量、提高工效、降低成本的目的。

本实用新型的解决方案是：一种可以代替工人操作的静电高压喷涂装置，主要由机械手、行走轨道、静电高压发生器、涂料输送机构、供电输气设施、控制系统及工件位移驱动机构等部份所组成，机械手和工件位移驱动机构在控制系统的指挥下，自动或半自动地完成涂装任务。

该装置除控制系统设在涂装间外的控制室里外，其它部份都设在一间高大、宽敞并可自动开、关的密闭式涂装间内。间内竖立有一座坚固的钢架，钢架上安装有传感器，在钢架的下端安装有供机械手行走用的一对平行闭环状轨道行走轨道，位于行走轨道下方的机械手通过它的行走机构与行走轨道相连接，行走机构在驱动机的带动下，使机械手沿轨道作环形运动；在轨道中央上方的钢架下，装有传输电、气动力和控制信号的供电输气设施；在涂装间内的地面上，安装有与涂装间外相连接的工件运行轨道，在工件运行轨道间内的中间地段有工件位移驱动机构；其驱动机设在涂装间内或涂装间外；在工件运行轨道之下，有闭环状的地沟，沟内布有喷水龙头和多层水帘、地沟直通废水、废气处理池。

行走轨道由两根闭环状钢轨、一根闭环状齿条或链条，以及使钢轨和齿条或链条互相平行的多根紧固件组成，并由多根杆件悬固在钢架之下，其中齿条或链条安装在两轨之间。

机械手由机体、行走机构、横臂和直臂组成。机体是连接行走机构，横臂和直臂的主体，在机体内装有静电高压发生器、涂料输送机构、平衡配重和直臂横向运动的驱动机构，在机体的顶端用螺栓与行走机构的机座板相连，在机体的一侧装有可以人工调整高度的横臂，在与横臂相对应的另一侧内，装有为平衡横臂的配重，在机体的下方有通过连杆、滚轮并与机体下端导轨板相连接的直臂，在直臂和横臂上分别装有具有二至三个自由度的气动枪式或气动旋转式喷具。

行走机构是促使机械手作环形运动的执行机构，它由机座板上的传动部件（包括蜗杆、蜗轮、齿轮或链轮）、行走轨道内的齿条或链条、行走转臂、滚轮和回位弹簧所组成。两只行走转臂用转轴螺栓分别与机座板的两端相连接，其行走转臂可绕转轴螺栓自由转动一个锐角，在两只行走转臂的上端对称地各装有一对外壳一端带凸肩的滚轮，行走时行走转臂的两滚轮在回位弹簧的配合下，可沿轨道弯度作自动差速滚动，实现机械手在闭环轨道下作环形运动的目的。在两只行走转臂的下端，对称地各装有两只可调节永受压力的调节器，该调节器由调节螺栓、弹簧和钢球组成，调节螺栓使弹簧压钢球与机座板下端的球面槽相吻接，以减缓运行时的震动。

横臂是为喷涂工件顶部表面而设立的一只手臂，在手臂的前端的上方，装有一件外观呈半环状的齿条或链条，在该半环状齿条的圆心处，用转轴连接着可摆动一个锐角的活动框架，即手腕，在框架内装有旋杯式喷具主体和使喷具主体作直线运动的执行机构，在框架的顶端，装有使框架绕转轴摆动的执行机构，该执行机构的驱动机带动蜗杆、蜗轮，使齿轮沿半环状齿条滚动，迫使框架绕转轴摆动。

直臂是用来完成对工件四周竖直面的喷涂而设置的。由顶端的连杆和滚轮竖直地吊在机体下端的导轨板下。它的下部用两根同轴线的转轴与可绕转轴摆动一个锐角的矩形框架相连，框架内设有旋杯式喷具的主体和使喷具主体作竖直运动的执行机构；在直臂的上部装有使框架绕轴摆动的执行机构，该执行机构包括驱动机、丝杆、螺母拨杆和框架顶端的限位、推块，在直臂上部还装有可作间断式地快上、快下的喷具和它的驱动机构，该喷具是气动枪式喷具。

本实用新型采用的旋杯式喷具是由喷具主体和喷头组成，喷头包括旋杯和套装在杯底至杯口间的加速气环，旋杯是前端呈喇叭状，后部为一空腔的旋转体，前后部之间的隔板有对称的异型孔相通，加速气环是一个直径大于旋杯口径的空心园环，环的前端面有与圆环的中心轴线平行的多个小孔。喷具主体由高强度的绝缘座套和使旋杯转动的驱动机的绝缘支撑体组成。喷具主体的后部装有使喷头作轴向伸缩运动的执行机构，即驱动机、齿轮、丝杆、螺母、导向限位装置。

装在机体内的静电高压发生器和涂料输送机构，输出的静电高压和涂料分别用绝缘导线和绝缘软管送至喷具的前端。

安装在行走轨道中心上方的供电输气设施是传输压缩空气、电力和控制信号的枢扭，是机械手安全、可靠地完成喷涂作业不可缺少的部份。该设施由传输电力、信号的圆形动盘和定盘，传输压缩空气的中转器和促使圆形动盘及中转器与机械手同步运动的可伸缩的转臂杆组成。

该设施的定盘和动盘由转轴（兼中转器输气管）滑动配装而成，在两者的相接面有数圈同圆心，同数量的凹环槽和凸环，每一凹环槽的底部装有导电环并有导线引出，每一凸环上有一个以上的孔，孔内装有炭刷、弹簧和调节螺丝，炭刷引出线接至机械手。

输气中转器是由两根一端呈锥柄形的进气管、一根其上部有环槽的T形空心转轴（出气管）、环状中压板、限位销、压簧、密封圈和外壳组成。并安装在定盘中心上方，T形空心转轴嵌在定动盘的中心。

伸缩转臂杆是由两节以上可以滑动配装的管件、套环、限位销组成。其长度由涂装间大小确定，长宽之比确定节数，它通过连接杆件和定位销将一端滑动限位在动盘的两只导向支承件上，另一端滑动限位在机械手横臂上可自由转动的拨叉杆上。动盘、中转器输出端的导线和输气管经伸缩转臂杆连接到机械手，所以伸缩转臂杆既是供电输气管线的支承体，又是使动盘与机械手同步运动的转臂杆。

在圆形动盘边缘的下端，均匀分布装有两个以上的滚轮支架，支架上装有滚轮，在滚轮下装有圆环形轨道板，并由连接件固定在定盘边缘的下端，供动盘下端的滚轮使用，以保证动盘转动平稳。

工件位移机构是为了扩大本装置的使用范围而设计的一种附加设备，它在控制系统的指挥下能与机械手作相对运动，该附加设备包括驱动机、减速器、传动齿轮、输送链和推动工件移动的拨杆等。

本装置的控制系统有两种方案，一种是用顺序控制器、板键开关、传感器件、各种继电器等组成的简单控制系统，将电力信号输送给驱动机、实现顺序控制。另一种方案是微机系统控制。如采用字长为8的单板机，它主要由微处理器，存储器、输入输出接口组成，实现程序控制。根据工件的尺寸和喷涂工艺的特点，采用分段、分区域编制程序，用位置传感器信号去控制程序的输入。编制程序时应考虑的参数有：将机械手的行走速度或位移量、喷头的运动轨迹分解到各自由度的位移量、输漆（涂料）装置中涂料在各处的流量以及工件的位移量等都应编入程序。其中因喷头的涂复面积较大（S＞（150－50）Xπmm²），对机械手的精度又要求不高，对于作环形运动的驱动机只要求它匀速、平稳，在直线 可以不编入程序。但为了消除因多次循环运动，因驱动机失步而带来的累计误差，在曲面与平面的交接处，所造成的质量或其它事故，为此对喷头的运动采用分区域控制。即用位置传感器采集到的信号去控制微型计算的程序输入程序，由计算机输出脉冲信号，经脉冲分配器、功率放大器、最后由供电输气设施传输到机械手横臂、直臂和涂料开关各执行机构，使喷头按工件预定程序沿工件四周及顶部表面移动。

在喷涂过程中，机体的运动与各喷头的运动，其轨迹是各不相同的，为了使涂层均匀，对涂料在各区域的流量需要控制，而流量受工件外形及喷涂工艺的影响较大，影响的因素也较多，所以它既可编入程序，也可以人工凭经验操作板键配合控制，前者称为全自动控制，后者称为半自动控制。

为了保护环境、节约涂料，在喷涂时采用热喷涂技术，使之尽量不用或少用稀释剂，而使涂料溶解降低粘度。予热涂料存储器设在钢架上，予加热后的涂料，可人工或自动地送到机体内的涂料输送机构，在控制台的指挥下，液体涂料按程序送到旋杯后腔内。压缩空气使带有负高压的旋杯，在气马达带动下高速（18000转／分）旋转，使液体涂料在离心力的作用下雾化成带负电荷的涂料微粒，同性粒子互相排斥而更加微粒化，它在加速气环的环状气流和静电高压电场力的推拉下，有百分之九十五以上的涂料微粒加速度的流向工件表面。

附图1至14是描述本实用新型的实施例。

附图1是描述本装置的总体结构示意图，图中（100）是一间高大宽敞（两端设有可自动开关的活动门）的涂装间，间内竖立有一座坚固的钢架（101），钢架上设有位置传感器（401），涂料控制传感器（402），涂料加热存储器（105），钢架下端装有一对平行闭环状轨道（102），在两轨间距的1／6～1／3处固有与轨道平行的闭环齿条或链条（103），位于行走轨道下方的机械手其机体是（200），由机械手的行走机构带动在行走轨道下作环形运动。在行走轨道中央上方的钢架下、装有传输电、气动力和控制信号的供电输气设施（300）、该设施的圆形动盘通过伸缩转臂杆（321）与机械手作同步运动。在涂装间的地面上有与涂装间间外相连的工件运行轨道（106），轨道下有环状地沟（107），沟内设有多个喷头和多层水帘，其废水、废气直通处理池。涂装间外的控制室里有本装置的控制系统（400）、工件位移驱动机构（104）。

附图2是描述本装置中机械手的主体结构示意图。图中（102）是吊装在涂装间内钢架下的一对平行闭环状行走轨道，机械手的机体（200）通过它的行走机构（120）被置于行走轨道之下，在机体的一侧有用螺栓连接的横臂（240），它的高度可以人工调节。在机体的下端有通过连杆、滚轮与机体下端的导轨板相连的直臂（220）。在横、直臂上装有各具二至三个自由度的喷具。

附图3是描述机械手机体结构示意图。图中（211）是装在机体内的静电高压发生器，（212）是倍压整流器，（213）是高压输送线，（214）是涂料输送系统的储存器，（215）是涂料驱动装置，（216）是涂料输送管，（222）、（224）和（225）是使直臂横向运动的驱动机构（驱动机、丝杆、螺母拨杆），（217）是为平衡横臂（240）而设置的配重。

附图4和附图5是描述机械手行走机构的结构示意图。图中（102）是行走轨道，（103）是装在轨道之间的齿条或链条，（121）是行走机构的机座板，机座板的两端用两只螺栓转轴（122）分别将两只行走转臂（123）连接起来。在其中的一只转轴及机座板上，安装有该机构的执行机构，即驱动机（125），蜗杆（126），蜗轮（127），链轮或齿轮（128），在每只行走转臂的上端对称地装有两只一端带凸肩的滚轮（124），在两只行走转臂的下端各对称地装有两只可调节支承压力的调节器，该调节器包括调节螺栓（129），钢球（130），压簧（131），调节螺栓可使压簧压钢球与机座板下部的球面槽相吻接，以减缓运动时的不平衡震动。在两只行走转臂的对应端各装有一只回位弹簧（132）。工作时，驱动机使执行机构的齿轮沿齿条滚动，行走转臂上的两滚轮在回位弹簧的配合下，沿轨道曲线作良好的差速滚动。行走转臂（123）可绕转轴螺栓（122）自由转动一个锐角。

附图6和附图7是描述横臂结构示意图的主视和俯视图。图中（240）是横臂主体，是用型材（如角钢）构成的三角形框架，前端上部有与转轴（242）同圆心的半环状齿条（245）、（241）是供横臂喷具主体运动的活动架，架的下部呈矩形框架，上部是三角形框架，通过转轴（242）与横臂主体相连接，由安装在三角形框架上的驱动机构（驱动机（246）、蜗杆（247）、蜗轮（248）、齿轮（249）使齿轮沿半环状内齿条滚动，带动横臂活动架（241）绕轴（242）摆动一个锐角，驱动机（237）带动丝（242）使喷具主体（244）在矩形框架内作直线运动。（239）是活动架摆动时与驱动机（246）联动的定位装置。（238）是装在横臂上可以自由转动的拨叉杆。

附图8和附图9是描述机械手直臂的结构示意图，图中（220）是直臂主体框架，顶部有四根连杆通过四个滚轮（223）与机械手主体下部的道轨板相连，在直臂上端的一侧，装有一只枪式喷具（233），驱动机（232）使喷具主体作上、下直线运动。位于直臂内的矩形活动框架（227）通过两根同轴线转轴（226）和（226′）与直臂主体相连接。活动框架内装有旋杯式喷具主体，驱动机（228）带丝杆使喷具主体（244）作上、下直线运动。驱动机（229）带丝杆（230），由螺母拨杆（231）拨动活动框架（227）的上端头，使框架绕轴（226）、（226′）摆动一锐角。

图10是描述机械手的旋杯式喷具结构示意图。它包括喷具主体和喷头，喷具主体包括支座（258），高强度绝缘材料制成的座套（252）、高强度绝缘支撑体（250）、支撑体前端装有使旋杯转动的气马达（251）。以及使喷头作轴向运动的执行机构〔电机（259），齿轮（260）和（261），螺杆（257）〕。喇叭状旋转体——旋杯（253）和旋杯外的加速气杯（254）组成喷头。绝缘座套与带有丝母的支座（258）用螺栓连接，喷具主体内的驱动机（259）带动齿轮（260）、（261）使支撑体在座套内沿轴线作伸缩运动。安装在绝缘支撑体内前部的马达轴与旋杯连接。图中（255）是涂料输送管（256）是高压线接头，（262）、（263）是送至气马达和加速气环的进气管。

支撑体是一端有内螺纹，另一端有锥形孔的圆柱体，其上有限位销。

旋杯（253）是用轻金属制成，前部呈喇叭状，后部为环状空腔的旋转体，喇叭口的夹角为60°～110°，内表面光洁度在六级以上，在喇叭口与后腔之间有带孔的隔板，中间孔与气马达轴相连，边缘处有两个以上的对称形异形孔。在杯外即杯口至杯底之间，套装有大于杯口直径的空心圆环，其上的前端环面有与圆环轴线平行的多个小孔。

附图11是描述机械手的辅助装置，即供电输气设施示意图。该装置由圆形动盘（301）、圆形或方形定盘（300）、固定在定盘中心处的输气中转器（309）和可伸缩的转臂杆（321）等主要部件所组成。并由构件（101′）固定在钢架顶部正中。在定盘与动盘相接触的两面，加工有数圈同圆心，同数量的、可滑动配装的同心园环凹槽和凸环，在每一槽中的底部装有带二根引出线的导电环（302）、动盘（301）上的每一凸环有两个对称的孔，孔中装有炭刷（303）和压簧（304），调节螺丝（305），炭刷（305）的引线并联输出至机械手各执行机构。在动盘的边缘对称地装有两个以上的滚轮支架（306），支架上装有滚轮（307），滚轮下有圆环形道轨板（308）并由支持杆连接在定盘边缘下部，以保证动盘转动平稳，可靠地将电气动力控制信号传送到机械手各执行机构，使喷头旋杯转动、静电高压加于喷头、涂料送到喷具、机械手带喷具沿工件表面进行自动或半自动喷涂作业。

图12是供电输气设施总成中的输气中转器示意图，它由两根一端呈锥柄形的进气管（310）、（311）、一根其顶端有槽环、轴向有两通孔的T形空心转轴（316）、环形中压板（313）、压板限位销（312）、弹簧（314）、密封圈（315）和外壳（309）组成。外壳固定在定盘之上，T形空心转轴嵌入在动、定盘的中心。轴的顶部有环槽，竖直方向有两孔，一孔在中心，另一孔与环槽相通，并随动盘一起转动。压缩空气由进气管（310）、（311）输入，经T形空心转轴（316）的两孔，再由出气管（317）和（318）分别送至喷头驱动机和加速气环。

图13是该设施的伸缩转臂杆的示意图，伸缩转臂杆（321）是由两节以上可以滑动装配的管件组成，长度由涂装间大小确定，伸缩节数由闭环行走轨道的长、短轴之比决定，在每一节的中部加工有限位滑槽（321），一端头有限位滑销（322），头尾两节的两头有限位套环（323），它一端滑动限位在动盘上导向环的支承上，另一端滑动限位在机械手横臂上的可转动的拨叉杆上，伸缩杆既是供电输气管线的支承，又是使动盘与机械手同步运动的转臂。

附图14是本装置的控制系统方框图，图中（401）、（402）是从作业现场采集到传感信号，（403）是本装置的控制器，它可以是一台小型计算机、（404）程序输入，（405）输出脉冲分配器和功率放大器，（406）工件位移控制器，可以编入程序自动控制，也可以人工操作控制，视工件而定，（407）涂料输送流量控制器，同样可编入程序控制，也可人工控制，（408）、（409）、（410）、（411）分别是人工控制机械手的各自由度、气压、涂料输送的按扭开关，（412）是整机用的各种稳压电源，（200）是机械手的各种驱动机，（244）是机械手上的喷具，（104）是工件位移驱动机，（310）是气压控制器。

本实用新型在国产630、640客车系列产品中应用，其喷涂面积复盖率达95％，涂料利用率达95％，与手工喷涂相比，它具有结合力强，涂层均匀、细致、平滑光泽、硬度高、质量稳定的优点。同时还可节约涂料30～40％，提高工效3～10倍，保护工人健康，降低有害物质对环境的污染。

Claims (4)

1、一种主要由机械手、行走轨道、静电高压发生器、涂料输送机构、供电输气设施、控制系统和工件位移驱动机构组成的，并用于涂装作业的自动或半自动静电高压喷涂装置，其特征在于

--采用一种由两根闭环状钢轨、一根闭环状齿条或链条和多根使钢轨、齿条或链条互相平行的紧固件所组成的闭环状行走轨道，其中齿条或链条装在两轨之间；

--位于行走轨道之下的机械手主要由机体、行走机构、横臂和直臂所组成，并由它的行走机构与行走轨道相连接，所述的行走机构包括两只行走转臂、机座板、两根转轴螺栓、滚轮和回位弹簧，在机座板上安装有该机构的传动部件，在机座板两端的下方用转轴螺栓连接着两只行走转臂，在两只行走转臂的上端各对称地装有一对外壳一端带凸肩的滚轮，在两只转臂的下端各对称地装有一对压力调节器，所述横臂的前端上方有一半环状齿条或链条，在该半环状齿条或链条的圆心处，有用转轴连接的可以摆动的框架，框架内装有旋杯式喷具主体和使喷具主体作直线运动的执行机构，在框架的上端安装有使框架绕轴摆动的执行机构，所述直臂的下端有两只同轴线的转轴与一个框架相连接，框架内装有旋杯式喷具主体和使喷具主体作直线运动的执行机构，在直臂的上部和框架的顶端安装有使框架绕轴摆动的执行机构。以及可快上、快下的枪式喷具；

--位于行走轨道中央上方的钢架下，有一由定盘、圆形动盘、输气中转器和伸缩转臂杆所组成的供电输气设施，所述的定盘和圆形动盘的相接面有数圈同圆心，同数量的凹环槽和凸环，每一凹环槽的底部装有导电环，并有引出线引出，每一凸环上有一个以上装有炭刷、弹簧和调节螺丝的孔，所述的输气中转器由两根一端呈锥柄形的进气管、一根T形空心转轴、环状中压板、限位销、压簧、密封圈和外壳所组成，所述的伸缩转臂杆由两节以上可滑动配装的，其中部开有限位滑槽的管件、限位套环和限位销组成，它的一端滑动限位在圆形动盘下端的异向支承件上，另一端滑动限位在横臂上的可自由转动的拨叉杆上。

2、根据权利要求1所述的喷涂装置，其特征在于横臂上的执行机构由驱动机、蜗杆、蜗轮、齿轮或链轮组成。齿轮或链轮与横臂前端上方的半环状齿条或链条相啮合。

3、根据权利要求1所述的喷涂装置，其特征在于旋杯式喷具包括喷具主体和喷头两部份，喷头由一只旋杯和一只套装在杯口至杯底之间的加速气环构成，旋杯是一只前部呈喇叭状，后部为环形空腔、前后部之间有带异型孔的隔板的旋转体，加速气环是一个直径大于旋杯口径的空心圆环，在圆环的前端面上有与圆环轴线平行的多个小孔，在喷具主体的后部装有可使喷头作轴向伸缩运动的执行机构。

4、根据权利要求1所述的喷涂装置，其特征在于T形空心转轴的上端有环槽、在环槽底部和转轴中心各有一个轴线方向的孔。

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