轨道交通车辆车体智能涂装一体化解决方案研究
摘要：为满足建设资源节省型、环保友好型新社会的要求，低碳绿环保型的城市轨道交通车辆涂装技术的研发、运用、普及，对中国城市轨道交通车辆工业发展有着革命性的作用。各主要城市轨道交通车辆生产制造企业都在研究探索及应用各项低碳绿节能新技术。在冲、焊、涂、总四大城市轨道交通车辆生产过程工序中，涂装工序是生产流程最长、生成三废（废水，废渣，废气）排放量最高的过程之一。因此：“绿”的城市轨道交通车辆涂装技术改善应用方案一直是各城市轨道交通车辆制造企业，材料供应商及设备生产企业所不懈追求的发展方向。本文就城市轨道交通车辆涂装工艺、涂装设备与材料等绿环保技术方面的应用情况作点滴介绍。
关键词：轨道交通；车辆；车体；智能涂装；一体化 
引言
在工信部發布的《智能制造发展规划（2016—2020年）》中指出，智能制造是先进制造技术、新一代信息技术和新一代人工智能等新技术深度融合形成的新型生产方式和制造技术。
它将产品全生命周期价值链中的数字化、智能化以及网络化作为主要内容，将企业内部纵向管控集成和企业外部网络化协同集作为次要内容，将各生产系统及其对应的各层级数字孪生映射融合作为基础，即通过 MES 制造执行系统、ERP 资源计划系统、 WMS仓储系统以及智能化自动化等设备的互联互通、高效协同建立起具有能够动态感知、实时分析数据、自主进行决策和精准执行功能的智能化工厂，进行 CPS信息物理融合的智能生产，实现优质、低耗、高效、绿、安全的制造和服务。
在装备生产过程主要工艺包括冲压、焊接、装配和涂装。智能涂装作为自动化作业技术通过在涂装车间采用自动智能喷涂，可以提升效率、稳定质量，消除污染工位作业、提高涂料利用率和实现节能环保的价值。采用智能机器人对装备实现外喷和内喷涂料，在节约涂料、减少风量和减少污染的同时可实现循环风80%以上的应用，使喷漆室排风量大幅减少的同时稳定施工参数，使得新建先进涂装线得以实现所有喷漆（包含水性漆）废气的全部净化处理，该解决方案比人工喷涂解决策略的整体能耗和排放降低了60%以上。
1概述
在自动化生产线中，喷涂机器人机械臂主要与其它结构一起完成喷涂生产制造过程。针对
不同结构产品的加工制造要求，喷涂机器人机械臂可以通过更改程序进行生产，从而提高喷涂生产线的柔性化水平。
2工业机器人安装配置原则
安装配置方案应按照以下原则施工：①充分利用轨道预制板加工设备及其工位外部和内部的空间，充分利用现场已有设施进行工业机器人设备配置；②根据目前轨道预制板模具型腔内部空间，通过仿真验证机器人的工作范围，避免机器人运动过程中发生碰撞，同时避免机器人不能到达指定位置使型腔表面不能完整喷涂；③要根据模具型腔内空间以及模具设备整体内部空间考虑机器人第七轴直线移动轴布置高度，以保证机器人动作安全空间；④构建转运便捷、电气线路信号安全、机器人本体防护、设备周边操作人员安全防护等。
3轨道交通车辆车体智能涂装一体化解决方案研究 
3.1送料及行程设计
设计开发喷涂小车，喷涂行程由喷涂小车实现，在喷涂小车上安装喷杆。料罐中的物料通过喷料管道进入喷杆中，通过喷杆的上下移动，左右摆动实现喷涂操作。
使用变频器控制喷杆，在定位系统中加入磁栅尺进行位移数据精准反馈，通过磁栅尺反馈的位置信息实现分段变速调节控制。采用普通三相电机配合机械实现喷杆摆动。喷涂小车移动、喷杆升降移动和喷杆摆动均安装接近开关作为极限限位。喷涂管配备搅拌电机，可在程序中设定启停时间，确保物料不会凝固。
实际喷涂过程中，喷涂前需要对喷杆的下限位进行归零，但由于操作不熟练、人员观察喷涂造型工具不直观，极易造成喷涂旋转喷头碰到底面，导致旋转喷头损坏。为了解决这个问题，我们对现场所有需喷涂的造型工具规格进行统计，计算出底冒箱合适的使用高度范围，对喷涂装置升降调节架做了改进，即升降到合适使用位置后(此时横臂升降的下限位距地面150mm，也就是我们每次使用的限位零位)，对升降架四角焊接，不许再调节升降架，既保证了升降架的整体强度，又满足了全部底冒箱能够进行正常喷涂，避免旋转喷头触底损坏。
3.2建立智能喷涂工艺参数库
喷涂过程中的喷涂参数是完成喷涂工作的重要数据，是衡量喷涂工艺正常运行和保证产品质量的关键。面对日益增多的喷涂数据，快速有效地提取喷涂工艺参数信息，科学管理喷
涂数据，直接关系到企业的生产效率和加工成本。工艺参数数据库的出现，使用户无需长期培训就能获得满足加工要求的合理参数，大大提高了加工效率和质量。通过智能喷涂工艺参数数据库，建立喷行程、雾化点结构、速度适应等工艺参数之间的关系。在后续喷涂过程中，可以查看现有喷涂工艺参数数据库中是否有现成的符合要求的喷涂工艺参数数据作为参考，减少喷涂材料的损耗，提高喷涂质量和材料利用率。
3.3启动自动控制实现自动喷涂
该系统的自动喷涂主要实现对罐体出料、喷涂位置、速度和次数的自动控制。
从料罐中卸料:料罐中的喷涂材料主要是通过增加罐内的气压，并由压力驱动而卸出。电磁阀安装在气压阀上，电磁阀由PLC程序控制，实现气压的远程通断控制。
喷涂位置主要靠磁栅尺进行数据反馈。磁栅尺配有位置信息监测装置，通过MODBUS协议传输到PLC，通过通讯协议传输到现场控制器，实现位置监测。
喷涂速度主要由喷杆的上下移动速度控制。喷杆的控制电机上安装有变频器。通过调节变频器的频率，改变电机转速，可以调节喷杆的垂直速度来控制喷涂速度。喷洒次数
的识别主要依据喷洒位置。首先，进行定位。当喷杆处于造型工具的最低端时，视为喷涂一次。当喷杆上升到造型工具的高度时，视为喷涂两次。重复循环可以确定喷洒次数。
在自动操作过程中，操作人员首先在触摸屏上检索产品信息，通过选择产品编号，系统自动提取造型工具规格、喷涂次数等信息，并触发启动按钮。喷杆先移动到初始位置，气压阀启动，然后根据喷涂次数、速度等信息进行自动喷涂。
结语
车体涂装用国产机器人生产线的设计和应用，在完成进口替代的同时，解决了轨道车辆涂装的自动化问题，替代了人工操作，降低了人工操作的比例，大大改善了人工喷漆的恶劣工作环境；有效解决喷涂表面漆膜一致性差、质量不稳定的问题，也提高了油漆的利用率；是中国CRRC各大主机厂对产品涂装质量进行升级改造，提升CRRC整体涂装技术水平和机车车辆涂装质量的理想途径。
参考文献
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体智能［２］　李芳，顾海巍．喷涂机器人运动学与轨迹规划算法研究［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１７（１２）：２５－２８．
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