18. Технические моющие средства на основе растворов щелочных веществ и пав.

Отложения на наружных поверхностях нежирового происхождения обычно удаляют струей воды, подогретой до температуры 70-80 «С. Для удаления остатков смазочных материалов применяют 1—2%-ный раствор каустической соды. Однако он малоэффективен, а повышение концентрации более 6% вызывает коррозию металлов. Кроме того, раствор каустической соды оказывает вредное воздействие на кожу человека.

В последние годы для очистки поверхностей используют син-тетические моющие средства (CMC) типа МС, «Лабомид», «Темп» и др. Моющие средства представляют собой смеси щелочных солей и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Они не токсичны, не горючи и взрывобезопасны. Их можно использовать для очистки деталей из черных и цветных металлов. ПАВ — это органические соединения, обеспечивающие разрушения жировых пленок, предупреждающие повторное осаждение загрязнений, создающие устойчивые эмульсии при соприкосновении с водной составляющей моющего раствора. Эти вещества ускоряют процесс очистки. Моющие средства МС-6, МС-16, МС-18 применяют пре-имущественно для удаления масляно-грязевых, смолистых отложений в машинах со струйной и циркуляционной очисткой сборочных единиц и деталей машин. Концентрация растворов — 15-25 г/л при температуре 75-85°С, МС-8 и МС-15 — при струйной и погружной очистке от прочных углеродистых отложений. Концентрация растворов — 20-25 г/л, температура 80—100°С.

Синтетические моющие средства «Лабомид-101» и «Лабомид- 102» применяют для удаления масляно-грязевых и асфальтосмо- листых отложений при струйной очистке. Концентрация растворов — 10-15 г/л при температуре 70-85°С. «Лабомид-203» аналогично препарату МС-8 используют для удаления легких асфальтосмолистых отложений при погружной очистке, так как он характеризуется повышенным пенообразованием. Концентрация растворов — 20-30 г/л, температура 80-100°С. «Лабомид- 315» применяют для очистки от прочных асфальтосмолистых от-ложений в ваннах без подогрева (15-20*С) и без механического воздействия.

Препараты «Темп-100» и «Темп-ЮОА» представляют собой смеси щелочных солей, ПАВ и пассиваторов. Их применяют для струйной очистки деталей и сборочных единиц от масляно-грязевых отложений и защиты очищенной поверхности от коррозии (пассивация). Концентрация растворов — 10-15 г/л, температура 80-95 «С.

20.

21. Обзор существующих погружных моечных машин

Погружной способ очистки является наиболее прогрессивным и перспективным среди рассмотренных способов. Его широко применяют для удаления лакокрасочных покрытий, асфальтосмолистых отложений и других загрязнений с деталей сложной конфигурации, когда струйный способ не обеспечивает требуемое качество очистки или когда необходимо очищать поверхности моющими средствами, которые нельзя использовать в струйных. Погружные машины в будущем останутся основным оборудованием ремонтных предприятий для очистки деталей от прочных асфальтосмолистых отложений, остатков лакокрасочных покрытий и продуктов коррозии [37]. Однако этот способ не исключает струйный, а практически сводит его к финишному ополаскиванию.

Преимущества погружного способа [42] по сравнению со струйным следующие: 1) возможность использования эффективных моющих средств с высоким содержанием поверхностно-активных веществ; 2) возможность использования высокоэффективных растворяюще эмульгирующих моющих средств на основе углеводородных и галоген содержащих органических растворителей, других агрессивных, вредных и легко испаряющихся очищающих агентов; 3) возможность использования моющих жидкостей при любых высоких температурах, вплоть до температуры кипения, в то время как при струйном способе рабочая температура ограничивается кавитационными явлениями в перекачивающих и напорных насосах; 4) простота конструкции оборудования, удобство неэкономичность его эксплуатации; 5) широкий выбор способов интенсификации.

Первые два преимущества погружного способа связаны с тем, что благодаря широким исследованиям, проводимым в МГАУ, ГОСНИТИ и в других организациях, созданы новые высокоэффективные моющие средства.

Очистка погружением объектов в ванны с невозбуждаемыми растворами занимает сравнительно много времени, в связи с чем в настоящее время применяют различные методы интенсификации процесса очистки: затопленными струями, вибрацией, барботированием, пропусканием электрического тока (электрохимическое обезжиривание) и др. [42]. Однако именно это последнее, весьма перспективное преимущество погружного способа - широкая возможность интенсификации процесса очистки -используется пока недостаточно.

Рассмотрим более конкретно способы интенсификации процесса очистки у существующих погружных моечных машин. Для наглядности и удобства анализа преимуществ и недостатков этих способов, их можно обобщить, на наш взгляд, в представленной на рис. 1.1 классификации. Гидромеханические способы интенсификации процесса очистки в погружных моечных машинах подразделяются на следующие основные типы : 1) возбуждение моющей жидкости вокруг неподвижного объекта очистки - статические активаторы; 2) сообщение объекту очистки движения в моющем растворе динамические активаторы; 3) возбуждение моющей жидкости вокруг подвижного объекта очистки (совместное действие двух первых типов) - комбинированные активаторы.

Во всех случаях суть процесса очистки заключается в том, что создается относительное движение потоков жидкости и загрязненных изделий.

В моечных машинах такого типа нет относительного движения между моечной жидкостью и объектом очистки. Здесь гидромеханическое воздействие моющей жидкости на загрязнения полностью отсутствует. Очистка изделий от загрязнений происходит исключительно только за счет физико-химических свойств моющей жидкости. При такой очистке (выварке) загрязнения разрыхляются, переводятся в объем моющего раствора в виде эмульсий и дисперсий. По сути, выварка является подготовительной операцией перед основной очисткой. К тому же здесь загрязнения и объект очистки нагреваются.

Для возбуждения моющей жидкости вокруг неподвижного объекта очистки применяются следующие устройства.

1. Гребные винты [31,65,85], лопастные мешалки [72] и другие рабочие органы, создающие затопленные струи. Эти рабочие органы, находящиеся в ванне с моющей жидкостью, приводятся во вращение от находящегося вне ванны электродвигателя. Обычно рабочие органы заключаются в кожух (диффузор) или напротив них устанавливаются рассекатели, что способствует направлению турбулентного (вихревого) потока моющей жидкости на объект очистки. Для получения равномерной очистки изделий со всех сторон либо устанавливают несколько винтов, либо дополнительно дают вращательное движение объекту очистки.

2. На рис. 1.2д представлена принципиальная схема наиболее типичных моечных машин данного класса. Однако эти установки, как видно из схемы, из-за однонаправленности турбулентных потоков не обеспечивают равномерной очистки, а использование нескольких рабочих органов с разных сторон увеличивает потребную мощность, усложняет конструкцию и снижает работоспособность. В настоящее время разрабатываются более эффективные моечные машины для интенсификации погружной очистки затопленными струями [10,75,85] как постоянными, так и пульсирующими.

З.Барботирование. Суть этого способа заключается в том, что и-возбуждение моющей жидкости вокруг объекта очистки достигается подачей сжатого воздуха в барботажную систему [18]. Однако это не создает нужной турбулентности жидкости вокруг очищаемых деталей, а лишь взбалтывает осадок загрязнений. Кроме того, пропускание воздуха через раствор приводит к разложению щелочи и снижению эффективности раствора, вызывает обильное пенообразование [37].

4. Ультразвук. В настоящее время ультразвуковая очистка находит широкое применение как на промышленных, так и на ремонтных предприятиях. Ультразвуковая моечная установка состоит из ванны с моющим раствором для погружения объекта очистки, генератора высокочастотных (ультразвуковых) электрических колебаний и преобразователя их в упругие механические колебания диафрагмы. Колебания диафрагмы с частотой 20 кГц и выше передаются моющей жидкости, вызывая в ней кавитацию, которая создает комплекс явлений, приводящих к очистке деталей от загрязнений. Ультразвуковая очистка в основном применяется для очистки мелких прецизионных деталей. Однако на эффективность ультразвуковой очистки большое влияние оказывает расположение деталей относительно источника ультразвуковых колебаний и наличие экранов [37]. Для ультразвуковой очистки применяют как органические растворители, так и CMC. Каждый из них имеет свою оптимальную температуру. Отклонение ее в любую сторону резко увеличивает время очистки [85].

Обоснование трёхмерного гидродинамического способа очистки изделий

В погружных моечных машинах воздействие моющей жидкости на объект очистки имеет очень сложный характер.

Удаление загрязнений с поверхности очищаемых изделий за счет физико-химической активности моющих растворов происходит благодаря смачивающему, эмульгирующему и диспергирующему действию моющих растворов на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ). Процессу удаления загрязнений способствуют также пептизация (повышение раздробленности твердых веществ) и солюбилизация (свойство моющего раствора удерживать отделенные частицы). Синтезируя комплекс свойств растворов ПАВ, профессор Н.Ф.Тельнов процесс отмывки загрязнений делит на три стадии: 1 - молекулы ПАВ адсорбируются на твердой частице грязи и омываемой поверхности, 2 - молекулы ПАВ отделяют грязевую частицу от омываемой поверхности, 3 - твердая и жидкая грязевые частицы переводятся в моющий раствор. При проникновении моющего раствора в тончайшие щели, трещинки, поры загрязнения и смачивании металлической поверхности нарушается связь между загрязнением и деталью, ослабляются эти связи (см. рис.2.1) [85,86]. Однако без механического воздействия этот процесс достаточно длителен.

Интенсификации процесса очистки способствует создание мощных турбулентных потоков моющей жидкости вблизи очищаемой поверхности. Отрыв и транспортировка частиц загрязнений от очищаемой поверхности при гидромеханической интенсификации процесса происходит как за счет физико-химической активности моющего раствора, так и за счет гидродинамических сил. По данным исследований ГОСНИТИ при использовании различных методов гидродинамической интенсификации погружной очистки время процесса сокращается в 10 - 100 раз.

Однако сравнительную оценку методов гидромеханической интенсификации погружной очистки большинство исследователей проводят, оценивая только силы трения и на основе анализа зависимости касательного напряжения трения на очищаемой поверхности изделия.

По нашим исследованиям этот процесс гораздо сложнее.

Сначала рассмотрим, какие же силы действуют на загрязнения в процессе очистки. Необходимо отметить, что практически все эти силы являются распределенными. С целью упрощения изображения схемы воздействующих сил и из-за малости размеров загрязнений покажем все эти силы сосредоточенными. На рис.2.2 показаны следующие силы, которые действуют в процессе очистки на загрязнение: G - сила тяжести загрязнения (направлена всегда вертикально вниз), Радг - сила адгезии (прилипания) загрязнения на поверхности (направлена перпендикулярно к поверхности), Ртр — сила трения загрязнений о поверхность (направлена параллельно к поверхности и противоположно направлению движения), Рмр - отрывающая сила моющего раствора, связанная с его физико-химическими свойствами (направлена перпендикулярно от поверхности), Рплг - поверхностная гидродинамическая сила лобового сопротивления моющего раствора, возникающая при относительном движении (знакопеременная, направлена перпендикулярно к поверхности), Рпг " поверхностная гидродинамическая касательная сила трения моющего раствора, возникающая при относительном движении (знакопеременная, направлена параллельно к поверхности), Рэф — эффективная (отрывающая загрязнения от поверхности) сила. Баланс этих сил определяется выражениями G + Радг +Ртр + Рмр + Р + С6 + РЭф = 0 (2.1) и, Рэф = - m -ао= - m f " (х), (2.2) где m - масса отрываемой частицы загрязнений, ао - ускорение частицы.

Рассмотрим более подробно методы интенсификации в зависимости от видов движений объектов очистки в моющем растворе.

В зависимости от типа движения объекта в моющей жидкости (простое, плоское, планетарное, пространственное) или от способа активации самой жидкости различным образом ориентированные участки объекта очистки сложной конфигурации испытывают весьма отличные как по величине, так и по направлению гидродинамические воздействия жидкости. Так, например, при возвратно-поступательном (по прямой траектории) движении объекта в жидкости перпендикулярные к направлению движения участки испытывают воздействие распределенной силы лобового сопротивления жидкости, а параллельные движению участки испытывают касательные силы трения жидкости относительно объекта.

Рассмотрим возможные случаи технологического процесса воздействия жидкости на загрязненные поверхности в зависимости от видов движения объекта на активаторе погружной моечной машины.

Математическая модель для кинематических исследований моечных машин с пространственными активаторами

Исследование кинематики погружных моечных машин с пространственными активаторами, предназначенных для очистки деталей сложной конфигурации и узлов сельскохозяйственной техники при их ремонте, представляет определенный интерес:

во-первых, с точки зрения кинематического анализа - определения траектории, скоростей и ускорений звеньев механизма и различных точек платформы (характерных точек загрязнений изделий) в зависимости от угла поворота и частоты вращения ведущего кривошипа;

во-вторых, с точки зрения исследования процесса очистки в различных участках сложной конфигурации очищаемых изделий, закрепленных на платформу моечной машины, так как траектории, величины и направления скоростей и ускорений исследуемых точек являются факторами, влияющими на качество очистки детали на этих же точках и на энергетику процесса. Кроме того, они служат справочным материалом для определения гидродинамических давлений на объект очистки. в-третьих, кинематический анализ моечных машин необходим в дальнейшем для их силового и энергетического анализа, т.е. для определения реакций в шарнирах, а также потребной мощности привода активаторов.

За исследуемые точки приняты центры блоков пластин с модельными загрязнениями, установленных в характерные места загрязнений очищаемых изделий, а также центр масс платформы и закрепленных на ней указанных деталей.

Для кинематических и динамических исследований звенья и шарниры механизма свяжем с прямоугольными системами координат так, как показано на рис.3.1. Начала их возьмем в центрах шарниров. Кроме того, положения этих систем координат свяжем также и с направлениями движения звеньев.

Пусть (р- угол поворота ведущего кривошипа, у - угол поворота ведомого кривошипа. Примем правые неподвижные прямоугольные системы координат XAYAZA и X DY DZ D так, чтобы оси ZA и Z D совпали о осями шарниров А и D соответственно, причем, если смотреть с конца этих векторов, а вращение кривошипов АВ и DC было против хода часовой стрелки. Кроме того, ось YA должна совпадать со звеном AD, а ось Y D должна совпадать по направлению с осью YA- Оси Хд и Х о направлены перпендикулярно первым двум осям соответствующей координаты так, чтобы вместе они составили правые координатные системы.

Также условимся отсчитать углы скрещивания осей шарниров каждого из звеньев против хода часовой стрелки, приняв за начало отсчета ось шарнира, обращенную к наблюдателю. Например, если смотреть с конца векторов YA Y D, угол между осями Z D и ZA равен 90. Здесь за начало отсчета принята ось Z D , а за направление отсчета - направление против хода ч часовой стрелки.

Кроме того, примем правые прямоугольные подвижные системы координат X AY AZ A, XBYBZB, X BY BZ B, XCYCZC, X CY CZ C И XDYDZD, жестко связанные с соответствующими звеньями машины. Во всех указанных координатных системах ось Z направлена по оси шарнира, индекс которой (как и у других осей) показывает на соответствующий шарнир. Остальные оси направлены так: Х д и Х в направлены по звену АВ, оси YB И YC - по звену ВС, оси Х с и XD - ПО звену DC, как показано на рис.3 Л.

Принятые таким образом системы координат легко позволяют получать уравнения движения исследуемых точек и звеньев механизма в векторной форме, а также преобразовать проекции вектора с одной координатной системой в другую.

При составлении уравнений положений, скоростей и ускорений различных исследуемых точек платформы моечной машины, а также при определении гидродинамических воздействий и силовом анализе для нахождения проекций векторов в различных координатных системах использованы направляющие косинусы.

Лабораторная установка и исследования по обоснованию конструктивных параметров моечных машин

Кинематика платформы моечной машины [34,105] характеризуется ее угловой скоростью и угловым ускорением. Угловая скорость платформы (звена 2 на рис.3.3) определяется уравнением йГ2 = щ + йГ2/1, (3.28) где а у1 угловая скорость платформы относительно ведущего кривошипа. Проекции этого уравнения на неподвижные оси Хд, Уд и ZA (с учетом рис.3.За и«)2/, = (Из) имеют вид Ф2ХА = оъ эшц cos# , й 2А - -ъ sina, sinp, Й 22А =оз1 + бзі-cosa,. (3.29) Они же на оси Хв, YB И ZB (СМ. рис.3.36) а?2Ъ = 0)} БІПЦ cosj, a? = -ft , sinar, sin j, U 2ZB - ax cosa, + &г. (3.30) Модуль вектора угловой скорости находится по формуле . г = Ff + KYA )2 + (lk f - (3.31) Продифференцировав по времени выражения (3.29) и (3.30) и учитывая, что Щ = const, — = щ, — = тъ и —- = ff3, получим проекции углового ускорения платформы на те же оси

Полученные уравнения угловой скорости и углового ускорения платформы показывают, что она совершает сложное пространственное движение с переменной скоростью. Эти уравнения, наряду с другими, включены в одну обшую универсальную программу расчетов кинематических параметров на ЭВМ.

Кинематика характерных точек платформы и объекта очистки

В силу того, что объект очистки (например, корпуса трансмиссии тракторов) устанавливается на платформу моечной машины [34,105] определенным образом (рис.3.4а), исследуемые характерные точки всегда занимают строго фиксируемые положения (рис.3.4б). Координаты этих точек обозначим по оси Хв - h(l), по оси YB - 1{,, по оси ZB - 1(,). Здесь индекс і указывает на исследуемую точку. Для примера рассмотрим кинематику точки L, как наиболее общую. Ее положение определяется проекциями радиус-вектора AL на оси систем координат XAYAZA. ИЗ векторного контура ABMNL имеем

Представленная программа по вводным параметрам cti, І2 , 1 вычисляет положения, скорости и ускорения любых точек платформы, их экстремальные и средние значения в заданных пределах угла поворота ведущего кривошипа ф (от фг до фз шагом фД Координаты исследуемых точек вводятся (запрашиваются) отдельно. Кроме того, программа вычисляет кинематические параметры самой платформы - её угловую скорость и угловое ускорение. Результаты в виде проекций параметров на координатные оси и модуля в зависимости от угла р можно вывести на бумагу или экран. Эти данные выводятся как в виде таблицы, так и в виде графиков. Программа написана на языках "Бейсик" и "Паскаль" для ПК.

Принятые обозначения W1 = і - угловая скорость ведущего кривошипа, A, U = щ - угол скрещивания осей шарниров кривошипов, L2 = 12- длина платформы (шатуна), L1 = // - длина кривошипа, LO = ft} о - координата точки по оси YB, Н = h(l) - координата точки по оси ХВ) L = fl) - координата точки по оси ZB, F,F 1 = ф - угол поворота ведущего кривошипа, W3 = j - угловая скорость ведомого кривошипа, Е = е3 - угловое ускорение ведомого кривошипа, К1, К2...К9 - направляющие косинусы, Т1,Т2...Т9 и R1,R2...R9 - первые и вторые производные от значений направляющих косинусов, Q0(I,N) - проекции параметра на ось X, Q1(I,N) - проекции параметра на ось У, Q2(I,N) - проекции параметра на ось Z, Q3(I,N) - модуль параметра, I - индекс характерной точки, N - индекс положения (угла ср) ведущего кривошипа, J - индекс, определяющий принадлежность параметра типа QU(I,N): J =0 -положение, J =1 - скорость, J =2 - ускорение точки. Точность определения потребной мощности привода, а также сил и моментов, действующих на шарниры и звенья машины, в значительной степени зависит от того, насколько правильно рассчитаны гидродинамические давления. Как показано выше, кинематика платформы моечной машины (значит и установленного на нее объекта очистки) весьма сложная - движение пространственное (трехмерное), как линейные, так и угловые скорости и ускорения являются переменными и по величине, и по направлению. Поэтому гидродинамические давления со стороны моющей жидкости при таком движении объекта очистки чрезвычайно сложны. Уместно отметить, что именно это сложное воздействие моющей жидкости на объект его и хорошо очищает.

Сложное пространственное движение объекта очистки можно рассматривать как состоящую из шести простых движений, а именно - трех поступательных движений по осям координатной системы и трех вращательных движений относительно осей координат (рис.3.5). Координатную систему выберем жестко связанной с объектом, начало которой совпадает с центром масс объекта, а оси направлены параллельно горизонтальной, вертикальной и фронтальной граням (плоскостям) объекта.

22. Удаление твердых отложений.К ним относятся нагар, накипь продукты коррозии и лакокрасочные покрытия. Нагар удаляют механическим термическим термохимическим способом. К механическим способам относятся очистка поверхности шабером. Металлической щеткой, косточковой брошкой, сюда же относят пескоструйную и гидроабразивную обработку. Хороший результат показывает очистка косточковой брошкой, перед очисткой деталь нужно обезжирить, делается это для того что бы не загрязнять брошку.

Термический способ применяется для удаления нагара в выпускных и всасывающих коллекторах с избытком кислорода или нагревают детали в терм печах, удаление нагара и накипи с деталей из черного метала заключается в погружении их в расплав солей и щелочей. Очистка от накипи может производится механическими и химическими способами. Стальные чугунные детали очищают от накипи погружение в раствор соляной кислоты с последующим промыванием в горячей воде. Детали из алюминия или алюминиевых сплавов очищают в 6% растворе молочной кислоты при температуре 40 градусов, корразию удаляют механическим и химическими способами. В первом случае применяются щетки, подвергают абразивной или пескоструйной обработки, при химических способах используют растворы серной соляной и фосфорной кислот. Краску с кабин оперения, удаляют так же механическим и химическим способом. Более эффективен химический способ, поверхность обрабатывают специальной смывкой, краска набухает и отделяется от металлической поверхности. Применяются смывки СД, СП6, АФТ1 и другие.