静电喷涂机器人旋杯雾滴轨迹仿真研究

摘要

静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动,并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。静电喷涂在各种领域被广泛使用,如汽车喷涂,农作物喷粉和喷洒药物等等。由于高转移率和高一致性,静电喷涂很快成为喷涂导电对象的首选。
　　 本文在国家自然科学基金项目《静电喷涂机器人变量喷涂轨迹优化关键技术研究》研究经费的资助下,以汽车涂装生产线中广泛使用的静电喷涂机器人旋杯为研究对象,建立静电喷涂机器人旋杯雾滴轨迹的数学模型,并预测极板上各个位置的涂层积聚速率。首先根据静电喷涂的类型和静电喷涂各个过程的物理特性,研究并提出了静电喷涂的雾滴轨迹模型,以便分析、预测喷雾形状和涂层积聚速率。模型包含三部分:整形空气湍流模型,静电场模型和雾滴轨迹模型。旋转转速、旋杯电压、涂料流量、整形空气流量以及一些材料特性和系统几何形状是雾滴轨迹模型的主要参数。然后利用有限元软件ANSYS仿真雾滴的轨迹,给出了标准参数条件下的喷雾形状和涂层积聚速率。通过改变喷涂参数研究分析了一些主要的输入参数对沉积样式的影响。仿真结果显示增大旋杯电压、旋杯转速或者整形空气流量都使得沉积样式远离目标极板的中心。涂料转移率主要由整形空气流量和旋杯转速决定而旋杯电压对涂层一致性的影响较大。最后给出了涂层一致性的实验和仿真,分析并研究了涂料转移率和涂层一致性之间的关系并确定了旋杯电压、旋杯转速和整形空气流量对涂料转移率和涂层一致性的变化趋势。最后通过实验数据和仿真数据对比论证了本文的雾滴轨迹模型。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 静电喷涂类型

1.2 研究目标

1.3 发展趋势

1.3.1 无雾滴的静电场模型

1.3.2 雾化模型

1.3.3 雾滴充电

1.3.4 雾滴转移

1.3.5 雾滴挥发和分裂

1.3.6 雾滴沉积

1.4 论文框架

第二章 静电喷涂的物理特性

2.1 静电喷涂系统介绍

2.2 无雾滴的静电场

2.3 静电辅助旋杯雾化

2.4 雾滴充电

2.5 有雾滴的静电场

2.6 雾滴转移

2.7 雾滴挥发

2.8 雾滴沉积

2.9 本章小结

第三章 静电喷涂过程分析与建模

3.1 系统定义

3.2 模型概述和假设

3.3 雾化效应

3.4 静电喷涂过程建模

3.4.1 湍流空气场双方程模型

3.4.2 泊松静电场模型

3.4.3 雾滴运动模型

3.4.4 电荷云估算

3.4.5 雾滴沉积模型

3.5 本章小结

第四章 静电喷涂的数值仿真与分析

4.1.ANSYS网格划分

4.2 湍流空气场模型仿真

4.3 静电场模型仿真

4.4 雾滴轨迹模型仿真

4.5 标准参数条件下的沉积模型仿真结果

4.6 参数影响分析

4.6.1 旋杯电压对涂层积聚速率的影响

4.6.2 旋杯转速对涂层积聚速率的影响

4.6.3 整形空气流量对涂层积聚速率的影响

4.6.4 液体流量对涂层积聚速率的影响

4.6.5 雾化常数对涂层积聚速率的影响

4.7 本章小结

第五章 静电喷涂实验

5.1 涂层一致性研究

5.1.1 实验数据研究

5.1.2 仿真数据研究

5.2 变量喷涂模型

5.3 实验乍轨迹优化实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目与已发表的学术论文