自动化家具涂装生产线设计

自动化家具涂装生产线设计

孟令宽吴卓坪卫新宇

中机中联工程有限公司重庆400039

摘要：针对目前传统的家具涂装生产所存在自动化和柔性化较低的问题，根据家具涂装工艺，建立了新的生产线的工艺布局，设计一套具备一定柔性的自动化家具涂装生产线；该生产线包括自动化输送系统、喷漆烘干系统及电气控制系统；根据生产线在生产过程中所产出的爆炸危险介质成分，参照国家相关标准，确定防爆等级及分区，并对生产线上各设备进行防爆环境下的设计和选型；为后续柔性家具涂装生产线的设计及应用提供技术参考和可行性依据。

关键词：家具涂装；自动化输送；柔性；防爆

1引言

涂装工艺是家具生产过程中的重要环节之一，由于家具具有重量大、体积大、结构形状各异的特点，目前家具木器大都采用悬挂喷漆生产线或地盘线（地面圆环链带动盘车）的输送生产形式，这两种生产形式都是用一根链条牵引所有线上工件或盘车运行，工件运行线路和所经过的工序是固定的，多适用于少品种、大批量的生产。

随着社会发展，客户对于多样化、个性化家具的需要越来越多，定制家具愈发成为主流[1-3]。对于多品种小批量的定制家具的生产，由于工件品种多，每个工件的工作时间会不一致，处理工序也会存在差异。在悬挂喷漆和地盘线上进行多品种小批量产品的生产，容易出现工人怠工，进而导致生产的混乱和生产效率低下。

本文根据家具涂装工艺，建立了新的生产线的工艺布局，设计一套自动化家具涂装生产线；根据生产线在生产过程中所产出的爆炸危险介质成分，参照国家相关标准，确定防爆等级及分区，并对生产线上各设备进行防爆环境下的设计和选型。

2涂装工艺与设备布置

根据所采用的实木家具的涂装工艺，其流程如下：素材抛光-打磨-封闭底漆-封闭底漆干燥-颜色-干刷-强制干燥-打磨-底漆-底漆干燥-打磨-面漆-面漆干燥[4]；可以将整个工艺流程分为三个大类：底漆作业、面漆作业以及烘干，底漆作业主要包含素材抛光、打磨、封闭底漆喷涂、底漆干刷、打磨及底漆喷涂等工序；面漆作业主要包含面漆打磨及面漆喷涂工序；烘干主要包含封闭底漆干燥、底漆干燥、面漆干燥工序，需要在烘干室内完成作业。涂装线设备布置图如图1所示，分成底漆作业区、面漆作业区和烘干室三个区域，烘干室置于底漆作业区和面漆作业区中间，可对底漆喷涂和面漆喷涂后的工件进行烘干；在每个区域内均设置多条独立的单向多工位滚筒输送机，在底漆作业区和面漆作业区内的输送机运行线路上设置喷漆室，用于分别完成工件的底漆和面漆喷涂，在未设置喷漆室的输送机上完成抛光、打磨及干刷等手工作业。在多工位滚筒输送机两侧设置RGV（RGV是有轨穿梭小车的简称）运输通道，输送机之间的工件转接用RGV运输完成，为避免因RGV运输短板而造成生产节拍受限，在每个通道内设置2台RGV。

图1涂装线设备布置图

3自动化输送系统

输送系统由托盘、多工位滚筒输送机、喷涂旋转台、RGV组成，实现工件在工位间的自动转运。

3.1托盘

托盘采用2000mm*1000mm*50mm的网格塑料板，工件输送时摆放于托盘上，托盘底部贴有条形码标签，托盘上线时由条码扫描器读取条形码标签，并在系统内写入工件信息，实现工件与托盘的绑定，在下线时，下线工位设置条码扫描器读取条形码标签实现信息解绑。

3.2多工位滚筒输送机

多工位滚筒输送机采取滚筒输送机分段[5]的形式（如图2所示），每段滚筒输送机由单独的电机驱动，可以实现工件的灵活进出及存放。输送机上设进件暂存工位、手工作业工位、喷涂工位及出件暂存工位。前序工位完成的工件可送至进件暂存工位进行暂存，以节省工件转运等待时间；在手工作业工位上完成抛光、打磨、干刷等手工作业；在喷涂工位上完成底漆、面漆的喷涂作业；喷涂作业或手工作业完成的工件将被送至出口暂存工位，该工位上工件可以随时被RGV接送至下一工位的输送线上，同样可以节省工件的转运等待时间，提高RGV调度效率。

在进件暂存工位和出件暂存工位上设置条码扫描器，用于核对和修正进出工件的信息数据，条码扫描器位置与工件停放后托盘上的条形码位置相对应。

图2多工位滚筒输送机布置形式

3.3喷涂旋转台

喷涂旋转台内置于喷涂工位的滚筒输送机内，具有升降和旋转功能，其台面略低于滚筒输送机的滚筒上沿，工件到达喷涂旋转台后，喷涂旋转台起升将工件顶起，旋转台旋转可以让工人完成工件正反面的喷涂。

为保证喷涂后托盘仍能准确地回落至输送机，用对位检测开关和报警灯检测工作台在旋转后是否有角度偏斜，若有偏斜报警灯处于红色闪亮状态，并控制升降装置不能将托盘和工件降下。

图3喷涂旋转台简图

3.4RGV

RGV的功能是实现工件的横向和纵向移动，将工件从一台多工位滚筒输送机接件后输送至另外一条滚筒输送机。

4电气控制系统

4.1RGV运行逻辑

为了提高RGV的运输效率，每条RGV通道内设置两台RGV。RGV的调度逻辑为①靠右侧的RGV主要负责底漆作业区及烘干室内输送线上的工件转接，靠左侧的RGV主要负责面漆作业区及烘干室内输送线上的工件转接②输送线出口端的起始工位有工件且目标工位有空位时，系统发送要车指令，由就近的RGV进行工件转接工作；③当系统收到多个要车指令时，根据工件的出货紧迫程度安排转接先后顺序。④两台RGV车设置避让程序，后接到转接指令的车避让先接到转接指令的车。

4.2条形码识别系统

系统推算和人工搬运工件等会导致控制系统内工件信息与实际的工件信息不一致的情况，条形码识别系统可以对以上错误情况进行修正。

条形码识别系统主要由条形码标签和条码扫描器组成，条形码标签贴在托盘底部，可以避免喷漆作业时被漆雾覆盖，条码扫描器安装在每条输送线的进件暂存工位和出件暂存工位内。当托盘被转接至输送线进出口工位时，条码扫描器读取标签上的信息，系统根据扫描器所读取信息进行核对和修正。

5喷漆烘干系统

两台喷漆室和烘干室组成生产线喷漆烘干系统。因家具喷涂作业时间较短，为缩短节拍，工件需要即来即喷、喷完即走，所以喷漆室采用侧面开放式水帘喷漆室，室体顶部设供风风机，设计断面风速≥0.5~0.7m/s[6]。喷涂供风空气经过一级中效过滤后进入喷漆室内，喷漆正面设水帘板，水帘板下部设循环水池，水帘板上方设水幕槽，通过安装在下部水池旁的水泵将水打入水帘板上方水槽中，使水幕均匀的在水帘板上流下，喷涂时过喷漆雾由水帘板的水帘扑捉，漆雾由水帘下部进入漆雾过滤处理装置。另设一台排风风机，排风量略小于供风量，即喷漆室内为微正压。每个喷漆室内安装1套可燃气体浓度报警器，报警浓度设在可燃气体爆炸下限的25%[7]，以确保安全生产。

烘干室由保温室体、热风循环加热装置、加湿机、除湿机、照明系统、排烟系统等组成。室体内设有温度和湿度传感器，系统通过控制热风循环装置的启停控制烘干室内温度保持在35~65℃，通过控制加湿机和除湿机的启停，使烘干室内空气湿度保持在35%-65%范围。

6车间防爆分区及设备选型

根据涂装作业所产生的爆炸危险介质成分，厂房内危险区域主要在涂装车间，日常操作会产生危险气体，需要对涂装车间进行防爆分区。

根据国家相关标准规范[8-10]和厂房内危险气体释放源确定涂装线防爆分区示意如图4所示。根据本设计项目的防爆环境特征，爆炸危险区域的电气设备选型应不得低于ExdⅡBT4等级要求的电气设备。

7结论

本文针对目前传统的家具涂装生产所存在自动化和柔性化较低的问题，根据家具涂装工艺，建立了新的生产线的工艺设备布局，设计一套包含有输送系统、电气控制系统及喷漆烘干系统的自动化家具涂装生产线；根据生产线在生产过程中所产出的爆炸危险介质成分，参照国家相关标准，确定防爆等级及分区，并对生产线上各设备进行防爆环境下的设计和选型；为后续柔性家具涂装生产线的设计及应用提供技术参考和可行性依据。

参考文献：

[1]马岩，邓英健，杨春梅.小规模定制家具的新模式探讨[J].林产工业，2018（10）：54~57.

[2]毛磊，闫超，古今.面向大规模定制下的家具柔性化制造体系[J].林业机械与木工设备，2015（7）：35~37.

[3]江伟辉，云虹，古今.“互联网+”在我国定制家具行业中的应用[J].林业机械与木工设备，2017（8）：9~12.

[4]王德华，刘建平，刘志刚，蒋健.橡木开放式涂装机械化流水线的设计与应用[J].中国涂料，2015（6）：58~62，75.

[5]机械化运输设计手册编委会.机械化运输设计手册[M].机械工业出版社，1997

[6]王锡春.涂装车间设计手册[M].化学工业出版社，2008

[7]国家质量监督检验检疫总局.GB/T14444-2006涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2006.

[8]国家质量监督检验检疫总局.GB/T14443-2007涂装作业安全规程涂层烘干室安全技术规定[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2007.

[9]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[10]唐海洋，张剑，杨承山，刘磊.爆炸性环境用防爆电气设备选型及电气线路的设计[J].电气防爆，2007（1）：36~40

作者简介：

孟令宽（1987-），男，山东菏泽人，硕士，研究方向为机械设计与制造，