林骥、杨海波

（上汽通用五菱汽车股份有限公司 545007）

0 引言

在汽车制造过程中，不管是车身表面的油漆还是零件搭接位置的密封胶，都要通过高温烘烤才能充分固化，达到工艺要求。烘干炉是涂装车间能耗占比达到30%的设备，围绕烘干炉的节能技术发展应用也很多，其中就包括不断发展的烘干炉输送系统。在各种烘炉输送系统中，IMC系统（Inverted Monorail Conveyor system，反向单轨输送系统）是一种应用非常广泛、可靠性高且维护方便的输送系统。在节能技术应用方面，IMC系统至少从2个方面进行了优化改进：一个是降低输送系统的高度，从而使烘干炉内腔空间尽可能减小，减少空间上的浪费；另一个方面就是滑撬不进烘炉系统，即无撬节能技术，减少烘干炉热能的损失。

图1 IMC反向单轨输送机系统平面图

1 IMC系统的主要结构

IMC系统主要由以下部分组成：链条、链支撑小车、承载小车、撬体支撑车架、驱动装置、张紧装置、各种轨道和进出口交接滚床等。驱动装置驱动模锻可拆链，带动固定在链条上的车架运行，从而带动车架上的滑撬与工件完成烘干工序。它具有布置灵活、高自动化的输送且与滑撬之间可以实现自动交接等特点。如图1所示为IMC反向单轨输送机系统平面图。

如图2所示为 IMC系统截面图，从图中可知，工件进入IMC系统，需要滑撬作为中间载体，连接工件和IMC的支撑车架。

2 无撬节能技术的由来

对于汽车涂装车间传统的3C2B涂装工艺，工件需要经过3次高温烘烤才能得到合格的涂层质量。在工件通过烘干炉的过程中，不仅工件本身要带走热量，输送车身的载体和输送系统本身也会带走大量的热量。而这部分热量可以看成是输送系统损失的热量，不但造成了能源上的浪费，而且热量散失在空气中，对车间的操作环境也造成了影响，增加了环境温度。某涂装车间曾经做过一个统计对比（表1），显示输送系统和滑撬带走的热量甚至大于车身带走的热量。

图2 IMC系统截面图

表1 正常过车能耗统计表

金属吸收热量的多少，可以通过下面的公式[1]计算。

其中钢材比热容0.46 kJ/（kg×℃）是一个常量，因此要减少烘干炉的热量损失，可以从减少输送设备经过烘干炉出入口时的温差和降低输送设备本身质量2个方面采取措施。

（1）减少温差控制。滑橇带着车身，在进入烘干炉之前的温度大约在27℃左右。IMC链和支撑小车不经过喷房，只在烘干炉区域循环，在进入烘干炉之前温度一般在60～80℃。经过烘干炉后出来，温度都在100℃左右，实际温差往往是50～60℃，而滑撬的温差则基本能达到100℃左右。如果把入口温度提高1℃，1 kg钢材就能少吸热0.46 kJ。

（2）降低输送设备质量。如果输送设备（滑撬、IMC链和支撑小车等）质量降低1 kg，在同样是1℃进出口温差的情况下，则可以减少热量损失0.46 kJ。

由此可得出结论，要减少输送设备带走的热量损失，输送系统布局上需要将烘干区域独立运行，最好只有白车身进入烘干炉，而输送载体通过转接的方式，使高温区域的载体和常温的载体分开，并且减少烘干输送线在烘炉外的长度，这样控制输送系统进出烘炉的温度差。另外高温区域的载体尽量的轻量化，减少载体质量，例如选择合适的支撑白车身方式，各种车型尽量共用支撑腿，在保证强度的前提下尽量减少加强筋等附件[2]。因此，IMC系统的节能发展方向之一，就是滑撬不进烘炉（或者叫做IMC系统无撬节能技术），减少滑撬带走的热量损失。

图3 转接位截面示意图

3 IMC系统实现无撬节能技术的改造方案

IMC系统实现无撬节能技术的改造方案，首先是工件上、下IMC系统的方式要进行改变。这里是整个技术方案中的难点部分，既要满足链条运行的节拍要求，又要保证较高的转接成功率。原来的IMC系统在进出口交接滚床位置，滑撬停在交接滚床上，等待IMC支撑车架从底部爬升上来托起滑撬横梁。此时交接滚床处于随动模式，由IMC支撑车架带着滑撬和工件一起运行，出口交接则正好相反。而要实现无撬节能技术，因为滑撬不进烘炉，则IMC的支撑车架的形式必须改成能够直接支撑的工件。工件在转接位置被辅助举升机顶起，由移载叉将工件从滑撬上转接到IMC的支撑车架上。图3为转接位置截面示意图。

图4 两种IMC结构对比

此时的IMC支撑车架必须要处于静止状态才方便工件的转接。因此，支撑车架还要改造成可积放形式（图4）。左图为原IMC结构，只有一层承载轨道，链条和牵引小车用螺栓连接在一起。右图为新IMC结构，多了一层链支撑小车的行走轨道，链条和牵引小车是分开在两层轨道里面，通过积放推头和牵引盒连接，可实现积放功能。

这里不是为了小车能够积放，而是为了方便的进行静态转接，提高转接成功率。在链条推头到达转接位置之前，会有一个推车机构，快速将支撑车架往前推到转接位。待工件转接到车架上之后，等待链条的推头过来重新啮合并带着往烘炉走。因此，推头和支撑车架理论上始终是一一对应的关系。到了下件转接位置，则正好和上件转接顺序相反。

因为这个转接位牵涉到的设备较多，工艺步骤较复杂而时间又短，所以是无撬节能技术成功的关键所在。为了详细描述这个复杂的转接工艺步骤，下面对上件转接采用作图法进行逐一描述。在作图和计算之前，首先要确定IMC系统的节拍、节距和链条运行的速度，然后选定推车机的运行速度。转接位平面布置图如图5所示，Stop1的位置是转接位，Stop2的位置是小车支架等待链条推头的位置。

第一步，在图上画出轨道，并按节距画出各小车支架的位置。将其中一个布置于起始的初始位置（图6）。此时链条推头和车架刚好分离，而留1车检查转接时是否与前车相碰。

第二步，推车机将小车支架快速推到转接位置，大约是550 mm，用时1.65 s，然后位于移载叉上的工件开始往小车支架上转接。等移载叉重新回到原位，而工件落到小车支架上的时间一共是20.66 s，此时链条推头已经走到了小车支架的前端（图7）。

第三步，为了追赶前面的推头，推车机带着小车支架和工件快速前进到Stop2位置（图8），即推头前面的某一位置等待。此时的轨道也正好是抬轨的最末端，当链条的推头经过这里时，正好和牵引车啮合，于是整个交接过程完成，工件被链条牵引着进入烘炉区域。同时，需要再次核算一下和前车的距离，调整Stop2的位置，避免和前车干涉。

按以上的作图法，可以确定转接位置推车机的整体行程长度、抬轨的长度和起止位置，还可以校验最大车型尺寸前后车的距离是否合适。通过以上的设计改造能实现高效、节能和稳定的IMC系统无橇输送系统。

4 结束语

图5 转接位平面布置图

图6 上件转接初始位置

图7 转接过程示意图

图8 转接完成示意图

在如今竞争激烈的市场环境下，通过实施节能降耗措施，做到“成本领先，与众不同”，可以增强产品在市场上的竞争力。节能降耗的努力来自生产过程的方方面面，合理选择输送设备，提高输送设备在节能降耗方面的贡献。本文主要描述了涂装烘干工艺技术方面节能措施的发展方向，而IMC系统无撬节能技术是其中一个发展方向，还有更紧凑的炉膛空间、更轻量化的输送结构以及更合理的烘烤时间等，都可以作为节能措施的发展方向。随着输送设备的不断发展，新工艺和新材料的不断引进，输送系统在节能方面还有更多可以发展的技术方案，值得人们去深入研究。