0 引言
廣義上凡土石方施工工程、路面建設(shè)與養(yǎng)護(hù)、流動(dòng)式起重裝卸作業(yè)和各種建筑工程所需的綜合性機(jī)械化施工工程所必需的機(jī)械裝備均可稱之為工程機(jī)械。
近年來(lái),受國(guó)家政策導(dǎo)向、下游基建需求拉動(dòng)、存量設(shè)備更新等因素驅(qū)動(dòng),工程機(jī)械行業(yè)龍頭2019年年度業(yè)績(jī)普遍超預(yù)期,三一重工歸母凈利潤(rùn)為112.07億元,同比增長(zhǎng)88.23%;2019年中聯(lián)重科歸母凈利潤(rùn)為43.71億元,同比增長(zhǎng)116.42%;2019年徐工機(jī)械歸母凈利潤(rùn)為36.21億元,同比增長(zhǎng)76.89%。尤其是2020年新冠疫情影響下工程機(jī)械旺季后移,3月份開始釋放旺季需求,單月挖掘機(jī)銷量更是創(chuàng)下歷史新高,實(shí)現(xiàn)超預(yù)期復(fù)蘇涂料在線coatingol.com。隨后4月份,三一重工、徐工機(jī)械等龍頭公司陸續(xù)發(fā)布提價(jià)通知,挖機(jī)、混凝土機(jī)、起重機(jī)等各機(jī)型供不應(yīng)求,迎來(lái)漲價(jià)潮。
中長(zhǎng)期來(lái)看,基礎(chǔ)建設(shè)仍然蓬勃,中國(guó)的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化尚未完成,仍處在一個(gè)加速發(fā)展的過程之中,加之鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、城市軌道交通、水利、地下管廊等基礎(chǔ)設(shè)施投資增加。另外“一帶一路”帶來(lái)的國(guó)際化機(jī)會(huì),將為國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)注入新動(dòng)力。
從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)看,有兩類工程機(jī)械細(xì)分產(chǎn)品值得關(guān)注:小型挖掘機(jī)和高空作業(yè)平臺(tái)。從日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,小型挖掘機(jī)適用場(chǎng)景更廣,替代人工性更高,其未來(lái)市場(chǎng)滲透率可能進(jìn)一步提升。高空作業(yè)平臺(tái)在中國(guó)仍處于導(dǎo)入期,其施工效率遠(yuǎn)高于腳手架,隨著施工場(chǎng)景中維系占比的增加,高空作業(yè)平臺(tái)有望快速發(fā)展。
下文就以挖掘機(jī)為例來(lái)詳細(xì)闡述。展望未來(lái),預(yù)計(jì)2020年挖機(jī)需求中新增需求的仍會(huì)持續(xù)增長(zhǎng),而2020~2022年行業(yè)的主要驅(qū)動(dòng)力依然為更替需求,預(yù)計(jì)2020~2022年國(guó)內(nèi)挖機(jī)銷量有望達(dá)到22.97萬(wàn)臺(tái)、23.49萬(wàn)臺(tái)、24.20萬(wàn)臺(tái),同比增速分別為增長(zhǎng)10%、2%、3%。
1 粉末的發(fā)展
1.1 靜電粉末噴涂的發(fā)展歷史
出于簡(jiǎn)單滿足外觀審美和低成本需求,工程機(jī)械制造商最初采用單層液體涂裝方式,但實(shí)際應(yīng)用中,各地氣候千差萬(wàn)別,工程機(jī)械需暴露于各種溫度和濕度環(huán)境中,光照強(qiáng)度和鹽度也各不相同。作為保護(hù)層,單層液體涂料無(wú)法兼具長(zhǎng)期UV耐久性和耐腐性,于是為了將基材防護(hù)與外觀審美要求相結(jié)合,產(chǎn)生了多層涂料工藝。盡管多層液體涂料工藝提升了工程機(jī)械的環(huán)境適應(yīng)性,但是涂層工藝復(fù)雜程度增加,效益降低,企業(yè)成本明顯上升,更嚴(yán)重的問題是,涂裝過程中VOCs成倍增加。在《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》中,工程機(jī)械制造行業(yè)被列為重點(diǎn)整治對(duì)象之一,其改造目標(biāo)和路徑非常明確:推廣使用粉末等高固體分涂料;積極采用機(jī)器人噴涂、靜電噴涂等先進(jìn)涂裝技術(shù);有機(jī)廢氣收集率不低于80%;在2020年底前,全國(guó)1300家工程機(jī)械制造企業(yè)完成低揮發(fā)性涂料替代,低VOCs排放涂裝工藝改造及末端治理工程建設(shè)。
1.2 粉末的優(yōu)異性能
為了響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召及滿足市場(chǎng)對(duì)涂層性能的需求,粉末涂裝技術(shù)在這樣的大環(huán)境下快速發(fā)展,使得粉末噴涂在各個(gè)方面的表現(xiàn)均能優(yōu)于油漆噴涂。
(1)粉末完好的邊角覆蓋:經(jīng)過對(duì)不同工藝噴涂的工件外觀進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn),在膜厚和光澤度方面,粉末具備明顯優(yōu)勢(shì)。
表1 粉末與其他涂料膜厚和光澤度對(duì)比
粉末 | 水性漆 | 油性漆 | |
膜厚(均值) | 114 | 84 | 73 |
光澤度(均值) | 93 | 87 | 90 |
(2)粉末杰出的防腐性和耐候性:基于復(fù)雜苛刻的作業(yè)環(huán)境,防腐性和耐候性對(duì)工程機(jī)械涂層至關(guān)重要:
表2 各類粉末鹽霧、耐光、耐候性試驗(yàn)值
樹脂體系 | 產(chǎn)品特色 | 鹽霧試驗(yàn) | 耐光和耐候性試驗(yàn) |
聚酯 | 單涂層 | 500~1000Hrs | 500~2000Hrs |
超耐候 | 1000~1500Hrs | 2000Hrs | |
包邊性能兩涂一烤 | 1000~1500Hrs | 1000~2000Hrs | |
環(huán)氧 | 出色的防腐性能 | 500~1000Hrs | |
聚氨酯 | 優(yōu)異的防腐性能,耐候性能 | 1000Hrs | 1000Hrs |
有機(jī)硅 | 高溫性能穩(wěn)定 優(yōu)異的外觀效果 耐溫300~700℃ | 1000Hrs | 1000Hrs |
(3)對(duì)三種涂料進(jìn)行了對(duì)比,粉末涂料更環(huán)保
表3 粉末與各類涂料環(huán)保性對(duì)比
傳統(tǒng)溶劑型涂料 | 水基涂料 | 粉末涂料 | |
職業(yè)健康衛(wèi)生 | 毒性大 | 毒性小 | 基本沒有毒性 |
溶劑 | >40%(苯、甲苯、二甲苯)劇毒 | 10%(水) | 0 |
VOC廢氣 | 100(超過清潔生產(chǎn)35要求) | <30 | 0 |
噴漆廢水廢渣 | 有 | 有 | 無(wú) |
次品率% | 10 | 10 | 1 |
1.2 靜電粉末噴涂工藝技術(shù)的更新發(fā)展
工程機(jī)械行業(yè)對(duì)零部件的邊角、孔洞、焊縫部位耐腐蝕性要求較高,因此粉末涂裝工藝最初在該領(lǐng)域應(yīng)用較少。但是工程機(jī)械液壓鋼管的粉末涂裝是一個(gè)特例,鋼管是圓柱狀體,邊角孔洞縫部位少,應(yīng)用也較為成功。對(duì)于工程機(jī)械這類耐腐蝕要求較高的產(chǎn)品,別說(shuō)要求較高的零部件A級(jí)面的涂裝,就連要求較低的零部件的B、C級(jí)面的涂裝,在邊角孔洞縫的耐腐蝕性都不能達(dá)到腐蝕防護(hù)要求,實(shí)際使用時(shí)存在很大的問題。
現(xiàn)有的一般粉末涂料噴涂時(shí),涂覆到工件外邊角表面的粉末顆粒不會(huì)少,但由于粉末涂料的熔融黏度太低或者熔融流動(dòng)性太大,固化后常常造成邊角部位的粉末涂層較??;工件內(nèi)邊角會(huì)因?yàn)榉ɡ谄帘涡?yīng)導(dǎo)致粉末很難覆蓋這些位置。
在一定條件下,涂料的邊角覆蓋率和流平性是相互矛盾的。對(duì)于大面積涂層的裝飾性,要求涂料具有良好的流平性,以獲得最佳光澤、平整度、豐滿度和鮮映性等;但對(duì)于邊角特殊的部位,涂料的流平性就造成了邊角的覆蓋不良。反之,要想減少邊角覆蓋不良的缺點(diǎn),必須提高粉末涂料固化時(shí)的黏度,減弱固化前的流動(dòng)性;但這種情況對(duì)于大面積涂層需要的流平性又有很大的影響。
為了解決現(xiàn)有一般粉末涂裝產(chǎn)生的邊角孔洞縫的腐蝕問題,一種新的“兩涂一烤(2C1B)”粉末系統(tǒng)誕生。將新研制的粉末涂料分為2種類型,一種是底粉,在邊角孔洞縫部位附著力好且有優(yōu)良的耐腐蝕性,烘烤流平時(shí)能夠保證足夠的厚度,另一種是面粉,有優(yōu)良的流平性和裝飾性,適合于工件的大面積涂裝涂層,并與底粉有很好的配套性。兩層特殊配方的粉末涂層涂覆于零部件上,然后進(jìn)行一次固化過程,這不需要在涂覆面層前進(jìn)行底層固化,使涂裝過程節(jié)省大量能源、操作成本和時(shí)間。
粉末兩涂一烤工藝流程:底粉噴涂,面粉噴涂,面粉固化。為提高涂層固化速度,加快生產(chǎn)節(jié)拍,使用天然氣觸媒紅外輻射加熱(220 ℃),即可固化并達(dá)到粉末涂層的外觀要求,同時(shí)節(jié)能40%左右。對(duì)于復(fù)雜的工件(結(jié)構(gòu)復(fù)雜或厚度差別較大),后續(xù)還需要進(jìn)行熱風(fēng)循環(huán)固化,才能達(dá)到最佳效果。
2 噴粉設(shè)備的基本要求及其新技術(shù)的發(fā)展
噴粉區(qū)域的設(shè)備主要包含以下部分:粉房、大旋風(fēng)、后過濾、往復(fù)機(jī)、噴槍、控制系統(tǒng)等,為達(dá)到最佳的噴涂效果,每套設(shè)備都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及要求。
2.1 粉房是靜電粉末涂裝的重要施工場(chǎng)所,需要滿足以下要求:
1、 粉房設(shè)計(jì)需維持內(nèi)部平穩(wěn)的空氣流動(dòng),保證較佳的噴涂環(huán)境;
2、 粉房材質(zhì)選用PVC材質(zhì)(阻燃材質(zhì),符合國(guó)標(biāo)要求),高電阻,不易積粉,便于換色;
3、 根據(jù)粉房開口選擇合適的抽風(fēng)量,保證粉房微負(fù)壓,開口處風(fēng)速控制在0.7m/s~0.8m/s;
4、 粉房?jī)?nèi)的粉末濃度應(yīng)其低于粉末爆炸下限的50%;
5、 噴涂區(qū)域要有足夠的光線,照度大于800lux,便于檢查和手補(bǔ)。
2.1.1 粉房抽風(fēng)量的計(jì)算公式如下:
??= ?? ??????3600
?? = 粉房抽風(fēng)量 [m3/h]
?? = 粉房總開口面積 [m2]
?? = Σ ????
Σ ?? = 每個(gè)單獨(dú)開口的總和
? 工件進(jìn)出粉房開口
? 槍槽開口
? 粉房手補(bǔ)位開口
? 傳輸鏈開口
???? = 所有開口的風(fēng)速 [m/s]
2.1.2 粉末濃度計(jì)算:
?? = 粉末濃度 [g/m3]
?? = 使用槍的總數(shù) [-]
?????????? = 每把槍最大出粉量 [200g/min]
?? = 粉房抽風(fēng)量 [m3/h]
2.2 大旋風(fēng)是隨著市場(chǎng)對(duì)快速換色需求日益提高應(yīng)運(yùn)而生,而后經(jīng)過大量的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)大旋風(fēng)系統(tǒng)除了可以實(shí)現(xiàn)快速換色,還可以提高噴涂品質(zhì)。以挖掘機(jī)為例,其底粉的顏色種類較少,換色需求不大,但是通過大旋風(fēng)系統(tǒng)可以篩選分離出較難帶電的超細(xì)粉末顆粒,確?;厥辗壅w的帶電性,提高噴涂效率及品質(zhì)。
2.3 噴槍及控制器是否能滿足對(duì)噴涂品質(zhì)的控制,需要符合以下技術(shù)要求:
1、 較高的上粉率,較高的噴涂效率;
2、 柔和穩(wěn)定的出粉量,膜厚均勻,可以節(jié)約粉末使用成本;
3、 現(xiàn)在市場(chǎng)上噴槍大部分可以達(dá)到100kV高壓,而以后對(duì)更高電壓的應(yīng)用需求也會(huì)越來(lái)越多,例如一些進(jìn)口品牌的噴槍使用更高性能的高壓塊可以達(dá)到110kV高壓,更好的提高了上粉率;
4、 噴槍需要堅(jiān)固耐用,且能勝任在任何地點(diǎn),使用任何粉末,用于噴涂任何工件,降低因噴槍種類過多引起的額外費(fèi)用。
2.4 在歐洲工程機(jī)械市場(chǎng)上,密相閥輸送技術(shù)(又稱為智能直排技術(shù))的應(yīng)用非常廣泛,市場(chǎng)使用率達(dá)90%以上。相較于傳統(tǒng)文丘里發(fā)射器,它能保證恒定的粉末輸出曲線,細(xì)膩均勻的粉末輸送分配,膜厚保持均勻穩(wěn)定;在不停開關(guān)時(shí)候也可以保持大且恒定輸出;卓越的粉末節(jié)省表現(xiàn),最高可達(dá)15%,而且對(duì)粉管長(zhǎng)度沒有限制;維護(hù)周期較長(zhǎng),維護(hù)保養(yǎng)綜合成本較低。
2.5 近年來(lái),供粉中心配合大旋風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速換色需求,現(xiàn)今各類產(chǎn)品主流技術(shù)都在往模塊化、集成化、輕量化方向發(fā)展。因此一種新的All-in-One供粉中心技術(shù)誕生,將供粉中心與噴槍控制器集成一體,結(jié)構(gòu)更緊湊,取消了文丘里發(fā)射器和控制器之間的紅黑氣管,保證恒定壓力且更高的觸發(fā)精度和準(zhǔn)確度,更快的觸發(fā)響應(yīng)速度。相較于傳統(tǒng)供粉中心敞開式的流化粉箱結(jié)構(gòu),且需要人工倒粉,這樣粉末會(huì)存在較高被污染的風(fēng)險(xiǎn),而且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)工人極為不友好,新供粉中心則將這些環(huán)節(jié)均設(shè)計(jì)成相對(duì)封閉的,杜絕了粉末污染,提高了環(huán)境友好度。另外傳統(tǒng)供粉中心會(huì)單獨(dú)配一套抽風(fēng),而新供粉中心則利用粉房系統(tǒng)后過濾的抽風(fēng)量,可以為工廠節(jié)省2.2Kw的能耗。
2.6 工業(yè)4.0的快速發(fā)展,使得串聯(lián)所有設(shè)備需要更強(qiáng)大的PLC控制系統(tǒng),除了對(duì)噴槍、往復(fù)機(jī)、粉房系統(tǒng)等設(shè)備的傳統(tǒng)功能性控制外,為對(duì)接工業(yè)4.0、遠(yuǎn)程訪問支持、數(shù)據(jù)管理、在線查看系統(tǒng)和操作數(shù)據(jù)(包括每天/月/年的換色時(shí)間,噴涂作業(yè)時(shí)間,粉末消耗量及易損件情況,預(yù)防性維修計(jì)劃等)。
2.7 機(jī)器人代替人工是智能工廠必不可少的一部分,但是隨著產(chǎn)品種類多元化,零部件種類呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng),機(jī)器人編程的工作量急劇上升,對(duì)企業(yè)控制成本極為不利。動(dòng)態(tài)輪廓掃描技術(shù)的應(yīng)用,其目的是為了對(duì)已知物體的補(bǔ)充識(shí)別,配合機(jī)器人完成高效的自動(dòng)化。
? 自動(dòng)檢測(cè)物體的前后輪廓
? 自動(dòng)調(diào)整每一個(gè)軸向
? 沒有轉(zhuǎn)換時(shí)間,無(wú)需編程
? 在傳統(tǒng)的高度/寬度檢測(cè)和輪廓檢測(cè)之間自由轉(zhuǎn)換
挖掘機(jī)零部件粉末噴涂分為三大類,部分制造廠商僅要求底粉無(wú)需全覆蓋,僅需覆蓋邊角處,而面粉則需達(dá)到全覆蓋且有膜厚要求。
(1)動(dòng)臂、斗桿件的吊掛方式均為兩件組成一掛,噴涂的難點(diǎn)是兩個(gè)工件之間的上下面。因懸掛鏈高度是固定的,故可以布置一把固定頂槍用于噴涂工件頂面。又因動(dòng)臂外輪廓的特殊彎角,需要用機(jī)器人對(duì)上層工件底面及下層工件的頂?shù)酌妫鶕?jù)實(shí)際驗(yàn)證證明可以通過以上方式實(shí)現(xiàn)95%的自動(dòng)化水平。
(2)底盤和車架件:其噴涂難點(diǎn)是有大量腔體和凹槽,可使用機(jī)器人先對(duì)死角位、腔體部分定點(diǎn)噴涂,然后通過往復(fù)機(jī)進(jìn)行大面覆蓋,根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證證明可以通過以上方式實(shí)現(xiàn)90%的自動(dòng)化水平。
(3)油箱件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單:通過布置固定頂槍和可以上下調(diào)節(jié)位置的底槍,再配合往復(fù)機(jī)大面覆蓋,,根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證證明可以通過以上方式實(shí)現(xiàn)100%的自動(dòng)化水平。
近兩年隨著國(guó)家對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管工作日益嚴(yán)格,安監(jiān)局針對(duì)靜電粉末噴涂區(qū)域設(shè)備也提出了許多要求:
1、粉房區(qū)域的探火及管道的滅火,進(jìn)口品牌設(shè)備商一直將其作為標(biāo)配,且符合歐洲ATEX認(rèn)證;
2、安監(jiān)局要求設(shè)備與設(shè)備之間需要有隔爆裝置,除塵器上需要配備抑爆裝置或者泄爆裝置;
3、美資性質(zhì)企業(yè)則需以上兩項(xiàng)基礎(chǔ)上,額外符合FM標(biāo)準(zhǔn)的要求。
5 結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,產(chǎn)品的種類更加的多樣化,對(duì)表面涂裝的要求日益嚴(yán)格。這對(duì)靜電粉末噴涂領(lǐng)域的伙伴們?cè)鎏砹舜罅康奶魬?zhàn),然而在這么多艱巨的挑戰(zhàn)之中卻給我們新技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了更廣闊的的應(yīng)用空間!
來(lái)源:粉末涂料與涂裝 / 編制人:吉順林(金馬涂裝(上海)有限公司)