新型恒压电刷装置在涂装电泳工艺中的应用

夏 忠，沈 斌

（北京汽车股份有限公司株洲分公司，湖南株洲 412000）

0 引言

北京汽车股份有限公司株洲分公司电泳采用水溶性溶剂为介质，将金属车身浸渍在溶剂中，对摆杆吊具及车身和溶剂槽加高压直流电源，溶剂为阳极。电泳摆杆输送机输送车身在溶剂槽前进过程中，通过摆杆吊具电刷与阴极母排接触，使溶剂电离，将电泳涂料均匀吸附在车身表面形成电泳漆薄膜，沉积在车身表面。

原有电泳电刷装置使用锡青铜弹片为支撑，顶部安装导电的铜质电刷，锡青铜弹片既是弹性支撑体又是导电体。在运行过程中锡青铜弹片要导通400～900 A 的电泳电流，连续通过长48 m 的阴极母排。正常情况下电刷与母排的接触压力最合适范围是0.1～0.15 MPa（10～15 N/cm2），才能有效保证电泳的稳定性。出现不稳定的电流会影响车体涂前电泳的稳定性，锡青铜弹片在导通电流时会因发热而软化，失去原有弹性压力，压力过小，接触面小，容易在电刷与母排间产生间隙，电阻增大，其结果是还有可能出现打火，导致电刷出现电磨损，电泳电流不稳定，电镀效果不均匀。压力过大，虽然导电好些，但也带来一些副作用，电刷磨损较快，在母排连接点冲击大，造成刷体崩裂，停机更换麻烦，影响生产。电刷问题已经引起多起设备事故，造成多辆车身报废，影响较大，并且检修过程中投入大量人力、物力和财力。为此，对原电刷进行改造设计，研发出一种新型恒压电刷装置，2016 年投运。

1 原电刷装置情况

1.1 设计缺陷

铜质电刷与锡青铜弹片的连接方式为固定式连接，该结构决定了装置导电体兼顾弹性体双重功能。当铜质电刷在与母排导入后，在母排全程48 m 接触过程中承载400～950 A直流电流，持续672 s，致使弹性体锡青铜弹片因过热发生蠕变软化，失去弹性后造成电刷与母排的接触电阻陡然增大，直接造成阴极和阳极间的极间引弧，引起电泳电流大幅波动，导致车身电泳质量不稳定。同时因铜质电刷与锡青铜弹片的连接方式为固定式连接，电刷在导入母排后不能自由浮动，使得电刷与母排接触为线接触，电密瞬间升高，极易打火，甚至直接烧毁铜质电刷，造成该装置出现维护频次高等诸多问题。

原电刷装置组如图1 所示。该结构设计缺陷为弹性体与导电体共用，即电刷和锡青铜弹片通过螺钉连接固定，在接触阴极母排后，装置的弹性体锡青铜弹片在连续承载400～950 A 电流后，会在较短周期内发生过热蠕变失去弹性。

图1 原电刷装置组

1.2 原装置设计缺陷的运行工况测算

装置铜片运行时的发热量对弹片弹力的影响：根据Q=0.24I2Rt，I=900 A，R=33 Ω，t=672 s，得Q=4.3×109J。在电刷通过母排全过程672 s 后，铜制弹片温升至80～85 ℃，该温度下铜片弹性系数E 明显下降。现场测得此时铜片压力为0.02 MPa（0.2 kg），远低于设计压力（初始）0.1～0.15 MPa（1～1.5 kg）的最佳值。

2 总体方案设计

传统形式电泳电刷装置存在问题的原因是电刷与导电锡青铜弹片为固定式连接。为此，新型恒压电泳电刷装置采取弹性体与导电体为独立绝缘隔离结构，电刷与弹性体连接为浮动连接的设计方式。

新型结构主要分为3 个部分：①恒压电刷装置的弹性支撑体设计；②恒压电刷装置的浮动导电元件设计；③弹性支撑体与导电体绝缘隔离结构设计。

2.1 恒压电刷装置的弹性支撑体设计

恒压电刷装置按照下列参数设计：电泳链速度6 m/84 s，电刷接触压力0.15 MPa（15 N/cm2），电泳阴极母排长48 m，环境温度15～40 ℃，电流400～900 A，电压120～280 V。恒压电刷装置弹性支撑体如图2 所示，刷臂导入母排后，以销轴为中心可以做圆周摆动。

2.2 恒压电刷装置的浮动导电元件设计

恒压电刷装置的浮动导电元件如图3 所示。电刷导入母排后可绕浮动销轴转动，电刷臂可绕摆动销轴摆动，这样能实现装置电刷与母排之间浮动，实现完整有效的面接触。

图2 恒压电刷装置弹性支撑体

图3 恒压电刷装置的浮动导电元件

2.3 弹性支撑体与导电体绝缘隔离结构设计

弹性支撑体与导电体绝缘隔离结构如图4 所示。（导电体）锆铜石墨电刷、铜制软连接上部由螺钉连接，下部至阳极吊具安装板由螺钉连接。（导电体）锆铜石墨电刷、铜制软连接与弹性支撑体的刷臂座底部之间由（绝缘体）环氧树脂板做了绝缘隔离处理。（导电体）锆铜石墨电刷与阴极母排接触后，因弹性支撑体与之作了绝缘隔离处理，电流不会通过弹性支撑体造成弹簧过电流，实现恒压力接触运行。

2.4 实用新型电泳电刷装置（图5）

（1）弹性支撑体通过摆动销轴和浮动销轴连接，电刷接触阴极母排后可自由浮动，实现电刷与母排的面接触。

图4 弹性支撑体与导电体绝缘隔离结构

图5 实用新型电泳电刷装置

（2）导电体铜制软连接与弹性支撑体底部之间由环氧树脂板做了绝缘隔离处理，使弹性体的弹性元件弹簧不会导通电流退火失去弹性，实现恒压力接触阴极母排运行，避免接触电阻增大引弧烧毁电刷的故障，稳定了电泳电流和车身电泳质量。

3 实用新型电刷装置实际运行效果

2016 年7 月完成全部67套装置的改造安装，投产至今运行一年半跟踪验证，工况完全满足生产工艺要求，车身电泳质量稳定，大幅度降低了维护成本和时间。