整车下线淋雨工艺技术及应用

2015-04-16 07:41杨康和

机械制造 2015年6期

□ 杨康和

安徽江淮汽车股份有限公司合肥 230091

汽车的密封性能是汽车一种很重要的指标，密封性能的好坏直接影响到汽车总体综合性能。汽车淋雨试验是一种人工环境的试验方法，用于测试汽车的密封防雨性能。笔者对本公司轿车生产线的淋雨工艺进行了详细分析及设计，项目投入使用后，通过一系列相关参数的计算及验证，证明效果良好。另外，本文还对淋雨形式的分类及不同生产工艺下的淋雨方式及要求进行了简单说明。

1 术语与定义

（1）渗：水从缝隙中缓慢出现，并沿车身内护面蔓延，有水迹但没有形成滴水或流水。

（2）滴：水从缝隙中出现，并以每分钟少于等于60滴（慢滴）或多于60滴（快滴）的速度离开车身内护面，断续落下，形成滴水或流水，或滴水和流水同时出现。

（3）流：水从缝隙中出现，并沿着或离开车身内护面连续不断地向周围或向下流淌。

（4）无渗漏：指车厢内不见任何水迹。

（5）淋雨压力（喷射压力）：是指淋雨试验室的喷嘴喷射压力，单位kPa。

（6）淋雨强度：汽车在淋雨试验室做淋雨试验时单位时间内的淋雨量，单位mm/min。

（7）淋雨时间：汽车在淋雨试验室内的淋雨时间，单位 s。

（8）淋雨面积：由车型的外形尺寸面积决定，单位mm。

（9）淋雨室的外形尺寸：由淋雨面积决定（也可以由车辆的外形尺寸确定），单位mm。

（10）循环水泵、排污泵：循环水泵的扬程由淋雨压力决定，排水量由淋雨强度、淋雨面积、淋雨压力确定，排污泵参数主要由蓄水池的容积决定。

（11）蓄水池容积：由淋雨量、淋雨时间、设定循环水沉淀时间等参数决定。

（12）淋雨室基础：基础大小由淋雨室面积决定（基础具有满足防渗水的功能）。

2 淋雨试验室分类及特点

淋雨试验室可分为动态淋雨室与静态淋雨室两大类。

2.1 动态淋雨室

动态淋雨室一般为板链通道式，用于汽车下线前对整车淋雨密封性逐台进行试验的设施，其特点为通过性好、淋雨时间短、循环用水、集淋雨和风干为一体，动态淋雨室主要由室体、喷淋系统、吹干系统、输送系统和控制系统组成，整体结构如图1所示。

室体：主要作用是形成封闭的试验区域与非试验区的隔离，一般采用复合墙体结构，内层用镀锌板，外层为彩钢板，中间填隔音材料，骨架用型钢焊接而成。

喷淋系统：喷淋水泵从蓄水池中抽水，经过主管道和手动过滤器，进入次管道，再通过实验车辆四周的喷嘴喷向汽车表面；喷淋之后的水通过格栅进入到污水池，经过过滤和沉淀循环使用。

吹干系统：由风机、风箱、风管等组成，吹干淋雨后车辆的顶部、侧面和底部。

输送系统：一般为板链式，板链输送速度决定淋雨时间，可以通过变频器来调节。

▲图1 动态淋雨室整体结构示意图

控制系统：由控制电器、流量计、压力表等组成，对车辆试验时间、淋雨强度、喷射压力进行调整控制。

2.2 静态淋雨室

静态淋雨室可分为地面通道式与地面非通道式。前者结构简单、操作方便、循环用水，用于批量汽车试验用；后者占地面积少、淋雨时间长、非循环用水，主要用于返修车检验和整车试验用。静态淋雨室主要由室体、喷淋系统和控制系统组成，设备示意如图2所示。

▲图2 静态淋雨系统设备示意图

3 轿车淋雨线设计

轿车生产由于生产节拍较快，故淋雨试验方式为动态节拍式试验，室体的长度不是按照车体长度来设计，而是按照生产节拍、车辆长度及淋雨线的线速度来设计的。淋雨线采用板链式输送系统。

3.1 产品参数

见表1。

3.2 工位间距

依据整车最长尺寸4 865 mm，再增加两车前后安全距离，工位间距取整数6 000 mm。

3.3 淋雨线输送速度

淋雨线输送速度 Vmax=x（1+b）lna），取：淋雨线工位间距l=6 000 mm，淋雨线数目n=1，设备开动率a=85%，返修复检率b=5%，生产线满产能x=40辆/h，代入求得Vmax=3.5 m/min，为保证产能提升空间，取最大速度为4 m/min。

3.4 淋雨强度

3.4.1 国标规定

（1）淋雨强度要求（见表 2）。（2）喷嘴的喷射压力为 69～147 kPa。

（3）淋雨时间为15 min。

（4）底部喷嘴与地板下表面距离为300～700 mm，其余部位喷嘴与车体外表面距离为500～1 300 mm。

表1 车型尺寸/mm

表2 淋雨强度参数表/（mm/min）

（5）喷嘴布置应保证规定的车体外表面都被人工雨均匀覆盖，不存在死区。

3.4.2 淋雨参数校正

国标要求淋雨时间为15 min，但受淋雨线场地所限，只能在提高淋雨强度的情况下减少淋雨时间。一般情况下取淋雨强度为国家标准的3～4倍，相应的淋雨时间可以减少到 15/3 （15/4）=5（3.75）min。取淋雨时间为4 min，则喷淋强度可参考表3。

3.5 淋雨段长度计算

S=4V=4×3.5=14 m

3.6 淋雨面积

淋雨标准面积由所试验的车型外形尺寸决定，是车身顶部、侧面、前后围及底部6个面积之和（承载式车身需要下部喷淋，非承载式车身下部不需要喷淋）。

式中：L 为修正车身长度，L=l+（0.5～1.0），l为车身长度；M 为修正车身宽度，M=m+（0.5～1.0），m 为车身宽度；T 为修正车身侧围高度，T=t-R+（0.4～0.6），t为车身高度，R为轮胎自由半径。

3.7 淋雨喷嘴

一般要求喷嘴之间的排布距离为500～600 mm，该项目取喷嘴间距为500 mm。每排喷嘴包括喷嘴的数量为：顶喷（前喷）4个（适合1 900 mm的车宽），两侧各3个（适合1 800 mm的车高），底部2个（考虑到传送板链），这样每排喷嘴数量为12个，整个喷淋线共14 000/500=28 排，总喷嘴数量 N=（14 000/500）×12=336个。

①前喷喷嘴数量为28×4=112个，前喷单个喷嘴流量为47.88/112=0.43 m3/h。

② 侧喷喷嘴数量为28×3×2=168个，侧喷单个喷嘴流量为72.58/168=0.43 m3/h。

③ 底喷喷嘴数量为28×2=56个，底喷单个喷嘴流量为31.92/56=0.57 m3/h。

根据每个喷嘴要求的流量0.43～0.57 m3/h以及喷嘴的耐压值，选择喷嘴的型号为（正常压力为3 bar）实心锥形喷嘴 CY1-14-PP+MB2+ZT12.5-SS，喷射角度约为 70°。

3.8 淋雨室外形尺寸

表3 淋雨强度校正参数表/（mm/min）

▲图3 喷嘴喷射范围的截面示意图

图3为喷嘴喷射范围的截面图，70°表示喷嘴的喷射角度，2个喷嘴朝下喷射形成的两条交叉线以下区域表示喷嘴的喷射范围，如相邻喷嘴之间的距离为500 mm，可以得出喷嘴离车身最小的喷射距离为355 mm（＜355 mm将存在喷射死区）。按照国标规定：底部喷嘴与地板下表面距离为300～700 mm，其余部位喷嘴与车体外表面距离为500～1 300 mm。因此取左右侧、上侧喷嘴离车身的距离为500 mm，下侧喷嘴离车身距离为400 mm，可满足要求。

当喷嘴离车身表面距离为500 mm时，单个喷嘴的覆盖范围为700 mm，每增加一个喷嘴，喷射覆盖范围增加500 mm，如图4所示。由图可知，3个喷嘴覆盖范围为700+500+500=1 700 mm；4个喷嘴覆盖范围为700+500+500+500=2 200 mm，喷嘴数量的选择跟车型的尺寸有直接关系。

▲图4 多喷嘴喷射覆盖范围示意图

考虑到车型最小离地间隙大于100 mm，对1 800 mm的车高，侧围需要覆盖的范围为1 800-100=1 700 mm，3个喷嘴即可满足要求；对1 900 mm的车宽，4个喷嘴即可满足要求。

淋雨室高度要求：1 800（车身最大高度）+500（喷嘴到车身距离）+1 000mm（喷嘴安装到室体壁的距离，通常情况下取值500～1 000 mm，根据轿车一期取值为1 000 mm）=3 300 mm。

淋雨室宽度要求：1 900 mm （车身最大宽度）+［500 mm（喷嘴到车身距离）+300 mm（喷嘴安装到室体壁的距离，取值为300 mm）］×2=3 500 mm。

淋雨室长度要求：连续方式根据输送线速度及喷淋需要时间确定室体长度、淋雨段长度为14 m（另外进出段各加1 000～1 500 mm防止水溅出段），根据情况，本项目取值1 500 mm，并且在工件送入端设置风帘，防止水雾飘出。最终确定淋雨室长度为14 000+1 500×2=17 000 mm，如图 5所示。

3.9 水泵流量

▲图5 整车淋雨段

淋雨系统的最大流量：式中：Q 为流量，m3/h；S 为淋雨面积，m2；F 为淋雨强度（取较大值），mm/min。

前喷用水量：Q1=(60/1 000)SF=(60/1 000)×26.6×30=47.88 m3/h

侧喷用水量：Q2=(60/1 000)SF=(60/1 000)×50.4×24=72.58 m3/h

底喷用水量：Q3=(60/1 000)SF=(60/1 000)×26.6×20=31.92 m3/h

总喷水用量（淋雨系统的最大流量）为：Q=Q1+Q2+Q3=47.88+72.58+31.92=152.38 m3/h。

3.10 循环水泵、排污泵

循环水泵的扬程由淋雨压力决定，循环水泵的流量由淋雨强度、淋雨面积、淋雨压力确定，循环水泵的扬程H不小于35 m［扬程参数说明：淋雨压力应≥150 kPa，考虑到淋雨压力的调节范围是150～300 kPa，压力损失50 kPa（蓄水池高度和淋雨喷嘴高度差，管路各处压力损失等），所以需求的压力为300+50=350 kPa。因为35 m的扬程能产生350 kPa的压力（根据大气压强原理计算得出），所以循环水泵的扬程H要不小于35 m］。流量Q0的计算式如下：

（1）水泵选择。根据总喷水流量152.38 m3/h、扬程35 m，选择水泵的型号为KQW125/170-22/2，流量为166 m3/h，扬程为 34.5 m，转速为 2 960 r/min，电机功率为22 kW。

（2）排污泵参数。排污泵参数主要由蓄水池的容积决定，排污泵的管径要≥50 mm，排污泵流量计算如下：

式中：V为蓄水池容积,m3；t1为排水时间，一般取（2.0～3.0） h。

3.11 喷淋管路的管径计算

按照管路直径最大流量限制来确定主管路和支管路以及喷淋管路管径（经验数据），主管路中的流量为152.376 m3/h=42.33 L/s，选择管径为150 mm；支管路中的最大流量为72.58 m3/h=20.16 L/s，选择管径为120 mm；喷淋管路中的最大流量为9.3 L/min，选择管径为60 mm。