隔离栅重型浸塑线的设计

隔离栅重型浸塑线的设计

李正仁  李 锐

（郑州信之元自动化设备有限公司，郑州 450006）

摘要：介绍了隔离栅浸塑生产工艺及设备组成,设计了天然气加热热风循环炉、流化床及升降装置、工件振动装置、工件输送装置和自动化程控系统,讨论了设计中的注意事项。

关键词：浸塑线; 热风循环; 流化床; 升降装置; 程序控制;                     

0 引言

浸塑隔离栅因其美观耐用，广泛用于高速公路、铁路、机场、监狱、园林等设施的隔离防护。2018年我国高速公路新增6 000 km，通车里程已达14万km，扩建省公路干线2万km。铁路总里程已达12.7万km，高铁有2.4万km。这些新增设施和维修更换每年需数十万km的隔离栅。标准的浸塑生产线，每架只能挂3～5片隔离栅的网片，生产效率相对低。随着人工工资增长和能耗费用的增加，隔离栅生产厂家希望提高生产效率，降低生产成本。为此，我们设计了重型浸塑线，每架能挂8～10片焊接网，每架吊重由200 kg提高到了300 kg，经过生产应用，产品质量和生产效率有较大提高。

1 隔离栅浸塑生产工艺及设备组成

1.1 工艺流程

工件加工→表面清理→挂件→预热→浸塑→塑化→卸件→检查→修整→包装。

1.2 主要设备组成

隔离栅浸塑流水线主要由预热炉、塑化炉、流化床及其升降机构、振动装置、工件输送装置、电气自动控制系统等组成。

2 预热炉设计

隔离栅浸塑需要依靠热量把工件加热到粉末涂料熔点以上的适当温度才能融敷上粉末涂料形成涂层。预热炉的特点，一是预热温度高，接近400 ℃，属中高温加热；二是预热烘道体积大，炉内体积一般为35～45？，需要热量多，供热需要数十万kcal/h；三是要求温度均匀，炉内有效空间的温度差小于10 ℃；四是工件输送时炉门频繁开关，每1～2 min开关1次，且为直通式，热量散发较多，需要及时补偿；五是要求自动调节和控制温度，以满足浸塑工艺要求并达到节省能源目的。

预热炉采用热风外循环方式，设计交换箱、燃烧筒、天然气燃烧器供热，交换箱产生的热量由耐热风机鼓入炉内热风循环，无论上进风还是下进风，都应保证有足够的循环次数，以满足工件预热的要求。

预热炉多采用钢结构，保温层有一定厚度，形状和尺寸由浸塑工件尺寸和生产效率决定。重型浸塑线要浸涂长3 m、高2.5 m的隔离栅，每挂架能挂8～10片网，所以炉高接近4 m，炉内宽接近1m，预热炉如图1所示。

3 塑化炉的设计

浸塑工艺与静电喷塑工艺不同，粉末浸塑使用热塑性涂料，如PE、PVC等，塑化流平只是熔融流平物理变化过程，温度高，而时间较短；喷塑多使用热固性粉末涂料，如环氧、聚酯等，固化时发生化学反应，虽然温度较低，但时间较长。浸塑依靠工件加热时的热量通过流化床热敷粉末涂料成膜；喷塑则依靠静电力吸附粉末形成涂层。所以喷塑只需要1个固化炉，而浸塑则需要2个烘箱，即1个高温预热炉，炉温为300～400 ℃，1个低温塑化炉，炉温为200～250 ℃。预热炉较长，塑化炉可以短一些。对塑化炉的要求，一是气氛要干净，炉气不带粉尘油烟，否则会污染涂层；二是炉温均匀可控，因为塑化温度过低，粉末涂层流平不充分，会造成麻面，塑化温度过高，又会使涂膜过热，老化，变色，所以塑化炉温度和时间控制很重要。

塑化炉也采用热风外循环方式，与预热炉相仿，但塑化炉一般采用下进风。塑化炉的尺寸由工件大小及生产效率决定，塑化炉的形状、交换箱布置与预热炉相似，但塑化炉可以比预热炉短一些。

4  天然气加热燃烧器的选择

浸塑生产采用外循环加热，选择天然气燃烧器很重要，一般要选用二段火供热，即小火维持低温，大小补充热量，通过控制大火来控制炉温。同时，大小火烧嘴都可以调节空气流量，可以手工和自动点火。燃烧器的安全十分重要，好的燃烧器可避免回火，燃烧充分，燃烧筒能耐高温，使用时间较长。为了安全和节省能源，一般都选用进口原装燃烧器，预热炉功率达到80万～100万kcal/h。塑化炉功率达到40万～60万kcal/h。

5  流化床及升降装置设计

5.1 流化床设计

重型浸塑线要浸3.0 mm×2.5 mm的隔离栅，每架要挂8～10片焊接网，流化床的容积达8～9？，装粉质量在3t左右，要求流化床第一要流化均匀，使工件能顺利插入；第二要坚固耐用，使用中不变形、不鼓肚。所以设计流化床时要求空气分流得当，粉末沸腾均匀。在选择制作材料时，考虑牢固耐用。

5.2 升降装置设计

当预热好的工件输送到浸塑位置时，粉末流化床要及时升降以便浸涂粉末，如前所述，流化床体积大，自身质量也大，所装粉末质量约3 t，加上提升架，达5～6 t。这么大的质量，要求频繁升降，所以设计提升装置十分重要。

我们设计过多条浸塑自动生产线，曾采用过液压升降和机械升降方式，对于重型浸塑线，还是采用机械升降较好。流化床升降机构如同电梯升降装置一样，要求安全可靠，坚固耐用。为了减轻升降电机负荷，应设配重，前后平衡，运转平稳。

升降机构采用链条链轮传动，导轨导轮控制方向，并设钢绳轮保障安全。重型浸塑线的升降装置如图2所示。

6  工件振动装置设计

流化床浸塑时，应有振动装置，工件一边振动，一边浸塑，使粉末涂料均匀敷在工件上。当工件出槽时，继续振动，把多余的粉末振落，从而使涂层更加均匀。

振动装置采用机械凸轮运动方式，通过钩板带动挂架，使工件在一定频率下振动，振动次数和时间应控制在一定范围内。

7 工件输送装置

重型浸塑线也采用封闭轨道悬挂输送机来输送工件，但悬挂输送机的规格和尺寸应更大些，一般选用QXG-300型，每个吊点悬挂质量大于100 kg，在挂架结构上采用4个吊点吊1个挂架；其次是驱动机的功率应选大些。

7.1 输送驱动

驱动装置的动力通过电磁制动电机和摆线针轮减速机由皮带传给驱动轮主轴，驱动链轮带动链条由驱动链条上的拨爪推动输送链条的十字节传输悬挂件运行。当运行中出现故障造成牵引力超载时，驱动机上设有可调式安全离合器，瞬间自动脱开啮合，同时使其驱动头架作逆时针转动压迫行程开关，使调速电机停转和整个线路停止运行。当故障排除后，驱动头架转回原处。离合器端面齿重新啮合。不作其他任何调整即可开机正常运行。离合器出厂时已将弹簧调整到额定牵引力的100%左右，使用时，可根据要求自行调整，但最大牵引力不可超过额定值的125%，不可将弹簧压死，否则会失去保护功能。

7.2 输送链条

输送链条由驱动装置带动，在封闭轨道内作连续或间断运行，它在输送机中起着悬挂和传送物件的作用。输送链条采用双向铰接，除了作直线运动外，还能随着轨道的曲线形状完成水平和垂直面内的空间曲线运动。

双链板链条每1节有2个走轮、1个或2个导轮和2个十字节。走轮和导向轮各用双链板通过十字节和销轴相连接。走轮销轴中间挂上可拆梁式吊板，能悬挂工件挂架，走轮和导向轮都采用滚珠轮结构。重型浸塑线，考虑承重负荷较大，链条节距选用300A型的。

7.3 输送轨道

输送轨道的直轨选用100 mm×100 mm×32 mm×5 mm的C型优质轨道。水平弯轨选用锰钢材质，转弯半径R为2 000 mm。上拱弯轨和下挠弯轨可根据轨道下悬高差选择弯角。此外，轨道应带有检查轨和温度伸缩轨，以满足浸塑工艺使用要求。

7.4 输送张紧

重型浸塑线的输送轨道，必须带有张紧装置，张紧装置的作用是使整条输送链条在运行过程中始终保持相对稳定的张紧力，同时能吸收或补偿输送链条在工作中由于热胀冷缩和受力变形等原因产生的伸缩量。重型浸塑线由于悬挂工件较多较重，输送线路较长，温度变化较大，所以选用双重锤张紧装置。转弯半径和轨道伸缩长度应在订货时提出特殊设计和要求。

7.5 润滑装置

润滑装置对输送链条的销轴、十字节和滚轮十分重要，可以减少有关零件的磨损和降低摩擦系数。因为浸塑炉内温度高，链条承载负荷较大。润滑装置可以采用油杯滴油和自动喷油润滑机构。润滑油采用耐200 ℃以上的高温润滑油，使用中定期润滑，保持良好的润滑条件。

7.6 输送工件挂架

重型浸塑线工件采用立式浸塑，每架要挂8～10片网片，要挂十多根立柱，在运行过程需要转弯，需要振动，所以吊架的设计十分重要。吊架形状如图3所示。

在设计工件挂架时，要考虑到如下问题。一是挂架上悬挂工件的角钢或钢管吊孔要对称，挂上工件后吊架保证两边平衡；二是要有相当的强度，在挂上工件后不变形、不弯曲，通常采用钢管制作较好，这样不仅强度高，而且浸塑过程很少兜粉；三要有振动钩板，在浸塑时以便振动装置钩动挂架，使工件上下振动，除去多余粉末，使涂层更加均匀；四要有转轴机构，在转弯时可以自由转动。挂架悬挂于输送链时，最好采用横梁式吊板，实现4个走轮吊1个挂架，减少输送链负荷，增加使用寿命。

8  电气自动控制系统设计

重型浸塑线的电气系统仍然采用可编程序控制方式。操作程序设手动、半自动和全自动3种程序。时间控制采用时间继电器控制节奏。炉温测量采用热电偶和可设定数据的温度表，预热炉和塑化炉多段显示温度，在交换箱上也设定对燃烧器大小火进行控制的装置。

除此之外，还对升降电机、炉门传动电机、输送驱动电机采用安全保护装置。在整个生产线的运行过程中设置事故急停开关。

9  结语

隔离栅重型浸塑线在河北安平鑫海交通网栏公司投产后，经过半年多的生产实践，设备各部分装置运行平稳，可靠耐用，产品质量良好。与标准生产线相比生产效率提高1/3以上，产品单位能耗也降低1/3。浸塑工人按计件生产，当然人均工资也有所提高。整个生产线能耗和生产成本也降低许多。

（详情见《现代涂料与涂装》2019-7）