автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологического процесса ультразвуковой очистки деталей авторемонтного производства

На правах рукописи

ЦЕПКИН Павел Александрович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ АВТОРЕМОНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

г 4 ОКТ 20)3 005535417

МОСКВА-2013 г.

005535417

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Марсов Вадим Израилевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов» МАДИ Беркут Андрей Ильич, доктор технических наук, профессор, Генеральный директор ООО «Компания Всероссийского научно-исследовательского института специальных методов исследований «ВНИИСМИ»

Кудряшов Борис Александрович, кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология конструкционных материалов», (МАДИ) ООО «Научно Производственный Центр Энергетики и электрификации» (ЭНЕРГОТЕХ)

Защита состоится 14 ноября 2013 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский просп.д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент у^&гХ-- Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Технологические процессы очистки объектов присутствуют практически во всех циклах производственных процессов предприятий. При этом на каждой стадии очистки необходимо удалять специфические загрязнения, отличающиеся составом, прочностью и адгезией к металлической поверхности.

Особую сложность представляет очистка деталей топливной аппаратуры дизельных и карбюраторных двигателей, что обуславливается наличием на деталях трудноудаляемых загрязнений типа нагаров и лаковых отложений, конструктивной сложностью очищаемых деталей и высокими требованиями к качеству очистки.

Одним из сложившихся направлений в области совершенствования способов очистки, является интенсификация этих рабочих процессов и создание новой технологии, на основе использования высокочастотной вибрации с применением резонансных магнитострикционных вибровозбудителей. Высокое качество очистки при минимальных затратах времени на процесс, замена ручного труда, возможность исключения из технологического процесса пожароопасных и токсичных растворителей - вот основные преимущества ультразвуковой очистки перед другими методами удаления загрязнений. Оборудование для создания высокочастотной вибрации является достаточно надежным, применимым в сложных эксплуатационных условиях; вибровозбудители просты по конструкции, не имеют движущихся друг относительно друга частей, не боятся пыли, влаги, отрицательных температур. Ряд исследований подтвердили эффективность применения таких магнитострикционных вибраторов для очистки деталей.

Механизм очистки деталей высокочастотными колебаниями заключается в том, что при излучении энергии в водный раствор экологически безопасных моющих средств, в нем распространяется упругая волна, подвергающая механическому воздействию, погруженные в него детали. Возникающий в растворе колебательный (волновой) процесс зависит от интенсивности упругой волны и степени ее передачи среде.

Несмотря на большие энергетические возможности высокочастотных рабочих органов, передача энергии моющей среде является далеко нерешенной проблемой. Высокочастотный вибровозбудитель эффективно работает в резонансном режиме, что позволяет при потребляемой мощности получить сравнительно большую амплитуду колебаний. Однако, при взаимодействии с объектом исходная резонансная колебательная система принимает иную собственную частоту, которая не будет являться резонансной при исходной частоте вынуждающей силы. В то же время сохранение резонансного режима колебаний при очистке, поддерживает параметры прошедшей в моющую среду волны достаточно близкими к максимальному значению даже при значительном неравенстве сопротивлений колебательной системы и среды. Таким образом, комплекс мероприятий, направленных на установление и поддержание резонансного режима колебательной системы, можно рассматривать как способ согласования ее с нагрузкой.

Повышение эффективности процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями должно опираться на учет закономерностей влияния параметров жидкой среды на параметры, характеризующие работу высокочастотного рабочего органа (ультразвукового излучателя) в резонансном режиме. Влияние нагружения рабочего органа на величину рассогласования высокочастотного виброизлучателя обусловливает необходимость на основе установленных зависимостей решить задачу управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки. Необходим новый подход к синтезу системы управления процессом очистки, который охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации. Только таким образом удастся существенно повысить технико-экономические показатели ультразвуковых колебательных систем, избежать влияния на них значительных изменений количественных и качественных характеристик среды.

Поэтому, поставленная в диссертационной работе задача разработки методики и практических методов построения системы автоматизации технологического процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями

с помощью методов и механизмов вибрирования, обеспечивающих реализацию существенно новых способов повышения производительности и качества выполнения технологии очистки, является актуальной.

Цель работы: разработка системы автоматического управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа с жидкой моющей средой и погруженными в неё деталями, для получения резонансного режима процесса очистки, обеспечивающего минимизацию энергетических затрат и повышение производительности рабочего процесса.

Для достижения поставленной цели:

• выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями, методов и средств их автоматизации;

• произведен выбор критериальной функции оценки качества процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями и методов его автоматизации;

• разработана математическая модель взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса очистки, в виде свойств жидкой моющей среды и погруженными в неё деталями;

• разработана структура и функциональное наполнение системы экстремального регулирования процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями;

• определено влияние изменения параметров настройки автоматической системы управления на качественные характеристики процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями;

• выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций

и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними

исследованиями, выполненными с применением современных методов и технических средств.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения ряда теоретических положений диссертации при проектировании системы экстремального регулирования магнитострикционным вибратором технологического процесса очистки деталей.

Методы исследования.-Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории подобия, регрессионного анализа и математического моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями с использованием высокочастотных магнитострикционных вибраторов.

Научная новизна работы заключается в разработке:

критериальной функций оценки и требований к математической модели качества процесса очистки;

математической модели взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса высокочастотной очистки, в виде свойств магнитострикционного рабочего органа и жидкой моющей среды с погруженными в неё деталями;

структуры, математической модели и функционального наполнения системы экстремального регулирования процесса высокочастотной очистки.

Основные положения, выносимые на защиту:

результаты анализа технологии и технических средств обеспечения интенсификации процессов очистки деталей за счет высокочастотных колебаний звукового диапазона с применением резонансных магнитострикционных вибраторов, позволяющих выработать научный подход и методические основы разработки модели, критерия и системы

автоматизации, ориентированных на снижение энергетических затрат, повышение производительности и оптимизацию других технико -экономических показателей процессов очистки;

способ согласования динамических характеристик магнитострикци-онного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки;

математическая модель взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса очистки, в виде свойств жидкой моющей среды, с погруженными в неё деталями;

система автоматического управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа с жидкой моющей средой для получения наиболее эффективного резонансного режима процесса очистки.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации управления процессом очистки деталей, заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, методов и средств автоматизации, критериев оценки и параметров настройки системы управления получением минимальных энергозатрат и максимальной производительности агрегатов очистки.

Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась «НПО ВПК Автодорбарьер».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на 15-ой и 16-ой Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, научно-методических конференциях МАДИ (г. Москва, 2010-2012г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ.

Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 6 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 91 наименования, и содержит 125 страниц текста, 51 иллюстраций, 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами совершенствования технологии процессов очистки деталей авторемонтного производства.

Анализ процесса очистки деталей от эксплуатационных загрязнений показал, что выполнение очистки с помощью традиционных методов и механизмов не эффективно. В современной практике авторемонтного производства все большее внимание уделяется новым методам очистки.

Несмотря на широкий диапазон способов, очистки часть из них до сих пор, по тем или иным причинам, не нашла применения в аваторемонтном производстве. К общим недостаткам традиционных способов очистки необходимо отнести низкое качество. Эффективность существующих способов и средств очистки не удовлетворяет возрастающему объему ремонтных работ.

Большие перспективы имеет применение ультразвуковых колебаний для интенсификации процесса очистки деталей. Сравнение максимальной очистки образцов, достигаемой различными способами, позволяет сделать вывод о том, что ультразвуковой метод дает недостижимую другими способами степень очистки при одинаковых затратах времени на процесс.

Особую сложность представляет очистка деталей топливной аппаратуры дизельных и карбюраторных двигателей, что обуславливается наличием на деталях трудноудаляемых загрязнений типа нагаров и лаковых отложений, конструктивной сложностью очищаемых деталей и высокими требованиями к качеству очистки.

Эффективным способом очистки деталей является ультразвуковой способ, позволяющий получить высокое качество очистки при минимальных затратах

времени на процесс, возможностью исключения из технологического процесса пожароопасных и токсичных растворителей.

Ультразвуковая очистка - сложный физико-химический процесс, основанный на использовании ряда эффектов, возникающих в жидкой среде при введении в нее мощных ультразвуковых колебаний. Первичными эффектами принято считать эффекты механической природы: кавитацию, переменное звуковое давление, радиационное давление, акустические потоки и др. Первичные эффекты вызывают ряд вторичных: нагрев, диспергирование, коагуляцию, окисление, ускорение химических реакций и ряд других. Наибольшее влияние на процесс очистки оказывают кавитация, акустические течения и химическая активность технологической среды.

Наиболее эффективен метод интенсификации процессов очистки с использованием высокочастотных колебания звукового диапазона с применением резонансных магнитострикционных вибраторов. Применение таких вибраторов позволяет активизировать процессы очистки, что расширяет диапазон производимых этими агрегатами работ на тяжелых операциях очистки.

Исследования последних лет позволили определить ряд зависимостей, необходимых для проектирования эффективных рабочих органов с вибраторами. Исследования показывают, что существует довольно узкая область оптимальных значений амплитуд смещений, при которых продолжительность очистки минимальна. Изменение состояния жидкой среды, размеров и расположения в ней деталей, а также специфических физико-химических особенностей загрязнений приводит к смещению характеристик зависимости продолжительности очистки от амплитуды смещения. Одна из основных задач управления процессом очистки состоит в поддержании минимального значения времени очистки за счет изменения величины смещения. , Эффективность процесса виброочистки должна опираться на закономерности влияния свойств среды на параметры, характеризующие работу высокочастотного рабочего органа в резонансном режиме.

Влияние нагружения рабочего органа на величину рассогласования ультразвуковой колебательной системы обусловливает необходимость на основе установленных зависимостей решить задачу согласования динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки;

Для достижения поставленной цели необходимо:

получить аналитические взаимосвязи между величиной 4, - амплитудой колебательных смещений, (рассогласованием) рабочего органа и параметрами рабочего процесса, в виде свойств среды и характеристик рабочего органа;

разработать способ согласования динамических характеристик магнитострикционного органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки;

разработать систему автоматического управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки;

Во второй главе рассмотрены ультразвуковые системы очистки деталей.

В практике использования ультразвука в технологических процессах наиболее широко применяются стержневые колебательные системы ( рис. 1).

Рис.1. Ультразвуковая колебательная система для высокоамплитудной очистки: а - общий вид; б - конструктивные элементы: 1 магнитострикционный преобразователь; 2 - волновод- концентратор; 3 -излучатель; в - эпюра изменения амплитуды продольных колебаний

Для создания мощного ультразвукового поля в цилиндрическом объеме

используются аксиально-симметричные радиальные колебания цилиндриче-

ского элемента. Общий признак этих конструкций: излучение осуществляется цилиндрическим элементом, совершающим радиальные колебания. Эти колебания возбуждаются с помощью стержневых преобразователей или преобразователей с концентраторами, работающими на продольных колебаниях. Кроме протяженных колебательных систем, работающих на продольных и радиальных типах колебаний, известны конструкции, в которых излучение в жидкость осуществляется с помощью изгибно-колеблющейся пластины.

В колебательных системах с акустическими узлами, использующими преобразование одного вида колебаний в другой, для возбуждения колебаний используется либо стержневой преобразователь, либо преобразователь вместе со стержневым волноводом (концентратором). Излучатель представляет собой пластину или оболочку, в которой одновременно возбуждаются различные типы волн, которые взаимодействуют друг с другом. Анализ характера колебаний таких оболочек показал, что в них одновременно возбуждаются продольные осевые, радиальные и изгибные колебания. Путем выбора формы кривизны поверхности в каждом сечении эти типы колебаний взаимосвязаны. Излучение в жидкость происходит за счет изгибных колебаний, однако, убывание амплитуды колебаний с увеличением радиуса компенсируется передачей энергии с помощью продольных деформаций другими типами колебаний.

Анализ упомянутых выше конструкций показывает, что высокую плотность акустической энергии (большие амплитуды колебательных смещений) можно получить только со стержневыми системами. Применение изгибных и радиальных колебаний позволяет увеличить эффективную площадь излучения, но это связано с уменьшением предельных значений амплитуды колебательных смещений. Еще большую площадь излучения можно получить с помощью излучателей в виде оболочек. Однако максимальная плотность акустической энергии для них также существенно меньше, чем для стержневых систем. Таким образом, стержневая

колебательная система является базовым элементом для большинства ультразвуковых колебательных систем технологического назначения, используется во многих технологических процессах, связанных с применением ультразвука, а также в качестве средства возбуждения ультразвуковых колебаний в различных конструкциях ультразвуковых колебательных системах (УКС).

Для магнитострикционного преобразователя максимальная амплитуда смещений на торце преобразователя при возбуждении на частоте резонанса зависит от амплитуды электрического напряжения на входе:

и -

где А - коэффициент, зависящий от типа преобразователя, его геометрических -размеров и свойств материала; /?мп - сопротивление механических потерь преобразователя; Л'ц - сопротивление нагрузки, приведенное к рабочему торцу преобразователя.

Приведенное выражение показывает, что амплитуда колебательных смещений определяется свойствами материала преобразователя -

коэффициентом А, величиной коэффициента потерь ~"Р', от которого зависит сопротивление механических потерь преобразователя , также зависит от сопротивления нагрузки Яц. Свойства механоакустического узла определяются величинами коэффициента усиления коэффициента трансформации к:

и сопротивления механических потерь (К-мп)в > которое

зависит от величины коэффициента потерь материала концентратора . Таким образом, амплитуда колебательных смещений на рабочем торце УКС определяется выбором конструкции, типа и материала преобразователя, величиной и характером акустической нагрузки, выбором конструкции и материала концентраторов, а также переменным характером и величиной акустической нагрузки.

Для возбуждения ультразвуковых волн в жидкости могут быть применены различные методы преобразования электрической энергии в

ультразвуковые колебания, а также различные способы передачи этих колебаний моющему раствору.

Из всех существующих схем преобразования предпочтение, как по

диапазону генерируемых частот и мощности излучения, так и по

эффективности, отдается двум схемам магнитострикционной и пьезоэлектрической (рис.2).

«Катушка возбуждения

-ф-

]

Пьезо-кристалл

Рис.2. Ультразвуковые генераторы: а - магнитострикционный; б - пьезоэлектрический

Диапазон частот магнитострикционных преобразователей определяется величинами 10... 100 кГц. Пьезоэлектрические вибраторы кварцевые и из титаната бария могут использоваться до частот порядка 50 МГц.

Основной задачей при реализации процесса очистки деталей от загрязнений, является задача поддержания заданного резонансного режима, постоянной величины амплитуды колебательных смещений на конце инструмента (рис.3).

! 4-А

I ■ _р г.. __

- — ! [ /......\

г/ \

. ■

/.Ги

ггъоо ггвоо гзш ггш Рис.3. Амплитудно-частотная характеристика колебательной системы при работе без нагрузки (1) и под нагрузкой (2) в жидкости Как правило, эта задача решается ультразвуковой технологической установкой, за счет применения схемы автоматической подстройки частоты (АПЧ) (рис.4).

Рис.4. Структурная схема ультразвуковой технологической установки Принцип действия системы выделения сигнала электрической обратной связи (ЭОС) основан на том, что при частоте возбуждения со, равной частоте резонанса соо, в акустической ветви имеется только активное сопротивление. Мостовая схема выделения сигнала ЭОС построена так, что в этом случае напряжение Ц^О. При расстройке (Дсо = <о0 - ® Ф 0) появляется реактивная компонента импеданса акустической ветви, знак которой зависит

от знака расстройки Дсо. Это приводит к появлению управляющего сигнала в цепи ЭОС. Однако, используемая на практике ультразвуковая технологическая установка с АПЧ, работает по компенсационному принципу, по сигналу отклонения текущего значения частоты от задания, используя в качестве информационного сигнала сигнал ЭОС, что существенно снижает ее эффективность при изменении свойств жидкой среды в процессе очистки. Существенно лучших результатов можно достичь, если в качестве информационного сигнала использовать сигнал, пропорциональный амплитуде колебательных смещений на выходе УКС, подавая его на вход экстремальной системы регулирования (СЭР), которая будет обеспечивать работу системы в режиме резонанса, не зависимо от изменения характеристик очищающей среды.

Поддержание заданного режима, постоянной величины амплитуды колебательных смещений на конце инструмента, является основной при реализации процесса очистки деталей от загрязнений.

В главе 3 приводится модель стержневой системы с нагрузкой на конце стержня.

Волновое уравнение, описывающее распространение продольных колебаний в системе, имеет вид:

О)

дг1 дХ

(где Г=У(Х,?) - обобщенная координата, характеризующая параметры колебательного движения) и решение:

У - А1 соэ со^ - Х/С)+¿А2 соз СО^ + Х/С) (2)

где А и А2 - постоянные интегрирования; ± х/С) - фаза колебаний. Вид функции (2) зависит от формы колебаний, создаваемых нагрузкой присоединенной к стержневой системе, и граничными условиями. Уравнение (2) связывает амплитудные значения колебательной силы Г<\пе и скорости Уте на конце системы, в точке контакта с нагрузкой, при X— 0:

F = Fme -coskX + iVaeW, sinkX,

ma me me U '

Vae = cos kX + i^-sin kX, (3)

W0

где Wo — pCS - волновое сопротивление стержневой колебательной системы с поперечным сечением S.

Полное сопротивление среды излучению в зоне контакта:

Z = Fma/Vma. (4)

По мнимой части при Х=0:

W

cos kL+i • sin kL

! ' (5)

tg2<p =

— cos kL + i sin kL Z„

2 JV0X„

2 '

можно определить резонансные частоты системы или условия, обеспечивающие настройку системы в резонанс.

Для стержневой системы частоты, обращающие в ноль уравнение (5), будут резонансными с условием резонанса:

со т 21¥аХ

—L~arcíg—г--—г = яп, (о)

с

где п = 1, 2, 3,... - число полуволн, укладывающихся в стержневой системе.

Если со задана и определяется величина Ь, то задача решается непосредственно с помощью (6). Для определения резонансной частоты <о, из-за трансцендентности уравнения (6), решение ищется численным методом.

Промежуточным согласующим устройством магнитострикционного рабочего органа является стержень переменного сечения (концентратор), в котором волновое сопротивление меняется по закону:

К = ^ -еЬх, (7)

где Ж0е - волновое сопротивление, соответствующее тому сечению, с которым связана нагрузка; Ъ - постоянная экспоненты, учитывающая отношение площадей узкого и широкого концов концентратора. Для экспоненциальной стержневой системы с учетом (7):

цг

соэ й + ! —^тИ -^-. (В)

——со5кЬ + 1зшкЬ

По входному сопротивлению, находится собственная частота нагруженной экспоненциальной системы, приравнивая ХЪх к нулю. Соотношение (6) с учетом (7) можно использовать для определения резонансной частоты магнитострикционного вибратора при его нагружении средой.

Рассогласование рабочего органа характеризуется безразмерной величиной ^ = /о/Л> где/, ,/0- резонансные частоты нагруженного и ненагруженного рабочего органа. Нагружение рабочего органа средой изменяет частоту вибровозбудителя. Поэтому, для согласования высокочастотного рабочего органа со средой необходимо возбуждать его не с резонансной частотой^, а с учетом поправки, вызванной нагрузкой: /„=/„+ £/.

Рис.5 демонстрирует зависимость резонансной частоты системы «рабочий орган - присоединенный грунт» от волнового сопротивления среды. Наблюдается сначала резкий, а затем по мере увеличения волнового сопротивления грунта монотонный рост резонансной частоты.

/о

Рис.5. Изменение резонансной частоты системы

В четвертой главе приведены результаты разработки экстремальной системы управления процессом рыхления тяжелых грунтов.

Основная задача исследований рабочего процесса очистки состоит в разработке мероприятий по повышению эффективности высокочастотного рабочего органа для конкретных параметров нагрузки с использованием самонастраивающейся системы, которая не требует полной информации о состоянии объекта и при изменении внешних условий автоматически настраивается, обеспечивая заданный критерий качества. Наиболее рационально в качестве такой системы использовать систему экстремального регулирования (СЭР), которая позволит обеспечить эффективный режим очистки на резонансной частоте магнитострикционного рабочего органа при минимуме расхода энергии.

Однако, при взаимодействии с объектом исходная резонансная колебательная система изменяет свои свойства, а её собственная частота не будет резонансной при исходной частоте вынуждающей силы. В то же время сохранение резонансного режима колебаний при очистке поддерживает Параметры прошедшей в моющую среду волны достаточно близкими к максимальному значению даже при значительном неравенстве сопротивлений колебательной системы и среды. Необходима разработка системы управления поддержанием резонансного режима колебательной системы, т.е. способа согласования ее с нагрузкой.

Проектирование СЭР ультразвуковой технологической установки должно опираться на ряд. принципов построения экстремальных систем автоматической оптимизации на основе исследования динамики этих систем и способов обеспечения устойчивости поиска в условиях действия интенсивных возмущений. СЭР работает по шаговому принципу запоминания экстремума, когда пробное и основное движения системы к экстремуму совмещены.

Функциональная схема экстремальной системы управления (СЭР) процессом виброочистки, приведена на рис.6.

Рис.6. Функциональная схема экстремальной системы регулирования процессом виброочистки

СЭР включает в себя: источник мощности (ИМ МС) 1, подводимой к магнитострикционному рабочему органу (МС) 3, управляемого генератора (УГ) 2, бесконтактный виброметр (БВ) 4, блока экстремального регулятора (БЭР) 5, программируемого делителя (ПД) 6, тактового генератора (ТГ) 7. Изменение состояния среды приводит к изменению тока /, подводимого к обмотке магнитостриктера, Структурно такая взаимосвязь физических переменных отображается на рис.6, в виде отрицательной обратной связи

Система управления магнитострикционным рабочим органом питается от генератора. На выходе источника включен управляемый генератор, который может генерировать электрические сигналы в заданном диапазоне частот. Мощность, вырабатываемая источником 1, преобразуется управляемым генератором 2 в последовательность импульсов напряжения и, частота следования которых определяется значением тока, изменение которого происходит при изменении мощности -Рмс, затрачиваемой на очистку.

Электродинамический датчик измерения вибраций подает сигнал на блок экстремального регулятора (БЭР) 8, осуществляющий поиск экстремума статической характеристики магнитострикционного рабочего органа, при котором частота его вибраций попадает в резонанс, а мощность, затрачиваемая на очистку, используется наиболее эффективно.

Сигнал с выхода блока экстремального регулятора поступает на один из входов программируемого делителя 9, на другой вход которого поступает сигнал с тактового генератора 10.

Наиболее важной частью функциональной схемы экстремальной системы регулирования процессом виброочистки является блок экстремального регулятора, который реализует пробное движение и на основании его анализа определяется направление основного движения системы к экстремуму; осуществляется реверс системы; реализуется режим периодических колебаний вокруг точки максимума статической характеристики объекта.

Структурная схема шаговой СЭР показана на рис.7.

О

Рис.7. Структура дискретной (шаговой) СЭР

Измерение выходного сигнала у объекта в системе происходит дискретно (за датчиком выхода объекта имеется импульсный элемент ИЭ1), т. е. через определенные промежутки времени Л? (А1 — период повторения импульсного элемента). Импульсный элемент преобразует изменяющийся выходной сигнал у объекта в последовательность импульсов, высота которых пропорциональна значениям у в моменты времени называемые моментами съёма.

Итак, на сигнум-реле в шаговой СЭР подается сигнал, пропорциональный приращению Ау выхода объекта за отрезок времени А1. Если Ау>0, то такое движение допускается сигнум-реле; если Ау<0, то сигнум-реле срабатывает и изменяет направление сигнала входа х.

Между сигнум-реле (СР) и исполнительным механизмом ИМ (рис.7) включен еще один импульсный элемент ИЭ2 (работающий синхронно с ИЭ1), который осуществляет периодическое размыкание цепи питания ИМ, останавливая ИМ на это время.

Исполнительный механизм в подобных СЭР осуществляет изменение входа х объекта шагами на постоянное значение Ах. Сигнум-реле изменяет направление последующего шага Ахп+! исполнительного механизма, если значение Ду„ становится меньше нуля.

Магнитострикционный рабочий орган, как динамическое звено системы автоматического регулирования, представляет собой элементарное апериодическое звено первого порядка, инерционность которого определяется массой рабочего органа и присоединенной к нему нагрузкой. Динамические свойства ультразвуковой технологической установки можно учесть введением, постоянного запаздывания. Тогда динамика линейной части объекта, описывается дифференциальным уравнением:

где Г2 - постоянная времени; г - постоянное запаздывание электронной части ультразвуковой технологической установки.

Построение переходного процесса в дискретной СЭР выполняется на совмещенной фазовой плоскости с координатами: входной сигнал линейной части V; выходной сигнал линейной части * - выходной сигнал объекта у.

Приращения А х„ выходного сигнала линейной части объекта, составит разность (х„ - х„./):

Формулы (9) и (10) позволяют определить переходной процесс в системе, если известны начальные условия (у0, х0) и параметры системы (д\, Ау2).

(9)

Ахп = (V- х,) (1 - дг) дп~' ± До (1 - д^).

(10)

Для того чтобы построить переходный процесс в дискретной СЭР, необходимо добавить условие переключения (реверса) системы:

Лг/п=/ (*п) — / (*п-1 X—'6-

Переходный процесс в системе представляется на совмещенной фазовой плоскости у-х-у, с использованием границы областей переключения для движения исполнительного механизма как на увеличение, так и на уменьшение входного сигнала (рис.8).

Рис.8. Влияние параметров СЭР на расположение областей переключения -Уменьшение зоны нечувствительности 5 экстремального регулятора ЭР приводит к стягиванию областей переключения к точке Мопт (хопт, уопт), что расширяет область возможных переходных процессов с многократными переключениями. К такому же результату (рис.8) приводит и уменьшение А (,. Таким образом прямые попытки увеличения быстродействия системы могут дать обратный результат.

Необходимо определить параметры периодического режима (рис. 9). Начальные условия, определяющие периодический режим/ v=v*o, х=х*о, у=у* Условия периодичности режима (замкнутости петли автоколебаний):

кг

Для того чтобы в системе установился периодический режим, необходимо, чтобы в точке Мы произошел реверс исполнительного механизма, т. е.

дУ„ = ?, М = } (хн) -/(*„_,)<- 8.

Для определения параметров периодического режима использовался графоаналитический метод, связанный с построением областей переключения на плоскости у—х (рис.9).

У

Рис.9. Графоаналитический метод построения периодического режима Определив параметры простого периодического режима в системе, можно вычислить потери на поиск по выражению:

~ЛГ

Уа = ~ 1 ~ С

х,\т — х о ~ Ха

где Хк и ха — соответственно максимальное и минимальное значения координаты х в периодическом режиме

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов ультразвуковой очистки.

Наибольшая эффективность в процессах ультразвуковой очистки достигается при удельных мощностях > 20...30 Вт/см2. Область рационального

применения таких мощностей определяется характером загрязнения, конструктивными особенностями объектов очистки, воздействие на которые обеспечивается введением в моющую среду ультразвуковых колебаний большой амплитуды с помощью высокоамплитудных УКС. Однако, при -выборе несоответствующего оборудования или нерациональной технологии процесс очистки может не достичь желаемых результатов.

При выборе стержневых колебательных систем, увеличение удельной акустической мощности возможно осуществить только за счет уменьшения эффективной площади излучения, за счет образование четко очерченной зоны, в которой процесс очистки протекает наиболее активно. Для этого использовались приспособления-рассекатели различной конфигурации, с помощью которых воссоздавались различные варианты взаимного расположения излучателя ультразвука и очищаемого объекта.

Результаты исследования динамики процесса ультразвуковой очистки деталей от эксплуатационных загрязнений (рис.10.) показали, что нарастание степени очистки у по времени определяется амплитудой колебаний излучателя £.

у

100 90 80 70 60

50 40

Рис.10. Результаты исследования динамики процесса ультразвуковой очистки деталей от эксплуатационных загрязнений.

Проведенные эксперименты на моделях показали, что интенсифицировать процесс очистки можно:

введением штырькового излучателя в полость очистки; перемещением излучателя грибкового типа над очищаемым отверстием с определенной скоростью.

Экспериментально установлена высокая эффективность ультразвуковой очистки наружных поверхностей деталей и узлов от всех видов загрязнений в цилиндрическом излучателе, создающем сходящееся (конвергентное) ультразвуковое поле. Была определена оптимальная продолжительность озвучивания для каждой топографической зоны. Результирующий график может служить номограммой для выбора акустико-технологических параметров процесса ультразвуковой очистки от нагаров и лаков широкой номенклатуры деталей и узлов ТА

Изменение волнового сопротивления среды приводит к резкому падению интенсивности излучения по отношению к резонансному состоянию при определенном волновом сопротивлении среды.

Разработана система автоматического управления (СЭР) поддержанием резонансного режима колебательной системы, за счет, согласования ее с нагрузкой. Используемые для этих целей ультразвуковые технологические установки не всегда эффективны, т.к. работают по компенсационному принципу, по сигналу отклонения текущего значения частоты от задания.

Разработана электронная схема блока экстремального регулятора.

Экспериментально подтверждена хорошая сходимость между величиной амплитуды колебаний рабочего органа и экстремумом амплитуды колебательных смещений. Наибольшая эффективность очистки достигается при резонансной частоте возбуждения магнитостриктора.. Учет поправки по частоте при нагружении рабочего органа при использовании автоматической систему коррекции частоты возбуждения магнитостриктора, позволяет повысить эффективность УКС,

Экспериментально подтвержден вывод, об увеличении резонансной частоты высокочастотного рабочего органа при нагружении его средой, что эквивалентно укорочению ненагруженной системы.

Технико-экономической эффективности применения виброзвуковых методов очистки приводит к сокращению времени очистки на 20% и соответственно производительности агрегатов очистки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Рост объемов земляных работ требует решения задачи создания эффективных технических устройств для выполнения очистки деталей авторемонтного производства. Одним из направлений в области совершенствования такой технологии является интенсификация рабочих процессов и создание новых способов очистки, на основе использования высокочастотной вибрации с применением резонансных магнитострикционных вибровозбудитедай,-

2. Одним из наиболее рациональных способов интенсификации процессов очистки являются высокочастотные колебания звукового диапазона с применением резонансных магнитострикционных вибраторов, что позволяет активизировать ультразвуковую колебательную систему для высокоамплитудной очистки и увеличить производительность технологического процесса очистки.

3. При сохранении резонансного режима колебаний рабочего органа параметры падающей волны остаются близки к максимальному своему значению даже при значительном неравенстве сопротивлений колебательной системы рабочего органа и присоединенной среды. Поэтому разработан комплекс мероприятий, направленных на установление и поддержание резонансного режима колебаний системы, т.е. способов согласования вибросистемы с нагрузкой.

4. Разработана математическая модель взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса очистки, в виде свойств среды и характеристик рабочего органа.

5. Нагружение вибратора средой приводит к увеличению его резонансной частоты, что эквивалентно укорочению ненагруженной системы на величину, зависящую от параметров среды и частоты колебаний магнитостриктора. Учет рассогласования по частоте, вызванной нагрузкой, ведет к увеличению эффективности высокочастотного резонансного рабочего органа.

26

6. Разработана система экстремального регулирования (СЭР), которая обеспечивает эффективный режим очистки на резонансной частоте магнитострикционного рабочего органа при минимуме расхода энергии. Контур системы автоматической оптимизации с экстремальным регулятором, связывает сопротивление среды, приложенного к магнитострикционному рабочему органу, и частоту управляющего сигнала f.

7. Определены условия выбора благоприятного сочетания настроечных параметров СЭР, которые позволяют исключить ложные реверсы, переключать систему по одну сторону от экстремума и сделать ее работоспособной.

8. Технико-экономическая эффективность применения виброзвуковых методов очистки деталей приводит к увеличению на 10-15% производительности процессов очистки.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Цепкин П.А. Методы ультразвуковой очистки деталей в условиях основного и ремонтного производства /Илюхин A.B., Колбасин A.M., Цепкин П.А.// Электронный журнал «Науковедение»- №3,2013г. с. 1-5.

Публикации в других изданиях:

2. Цепкин П.А. Автоматизация технологического процесса ультразвуковой очистки деталей с использованием информационной системы / Колбасин A.M., Цепкин П.А// журнал «Автоматизация и управление в технических системах»-№2(4), 2013 г. с. 1-6.

3. Цепкин П.А. Оценка качества ультразвуковой очистки с использованием информационной системы/ Воробьев В.А., Цепкин П.А// журнал «Автоматизация и управление в технических системах»- №2(4), 2013 г. с. 1-5.

4. Цепкин П.А. Модель взаимодействия резонансной высокочастотной системы со средой / Марсов В.И., Гришин A.A., Цепкин П.А// журнал «Автоматизация и управление в технических системах»- №2(4), 2013 г. с. 1-5.

5. Цепкин П.А. Определение степени рассогласования резонансного вибратора при нагружении / Марсов В.И., Гришин A.A., Цепкин П.А// журнал «Автоматизация и управление в технических системах»- №2(4), 2013 г. с. 1-5.

. 6. Цепкин П.А. Экспериментальное исследование процессов ультразвуковой очистки деталей / Илюхин A.B., Марсов В.И., Цепкин П.А.// журнал «Автоматизация и управление в технических системах»- № 3(5), 2013 г. с. 1-4.

Подписано в печать 07 октября 2013 г. Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №23

ТЕХПОЛИГРАФЦЕНТР Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел. : 8-S16-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 E-mail: 7tpc7@mail.ru

московский

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

На правах рукописи

и42и!363П8

ЦЕПКИН Павел Александрович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ АВТОРЕМОНТНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор В.И. Марсов

МОСКВА-2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

Глава 1. Особенности ультразвуковой очистки деталей 7

1.1. Типы загрязнений и способы их очистки 7

1.2. Удаление загрязнений с поверхностей деталей при их очистке в ультразвуковом поле в жидкости

1.3. Основные технологические характеристики процесса ультразвуковой очистки

1.4. Динамика процесса ультразвуковой очистки деталей 19 Выводы и постановка задач исследований 26 Глава 2. Ультразвуковые колебательные системы очистки деталей 29

2.1. Основные группы ультразвуковых колебательных систем 29

2.2. Особенности работы колебательных систем в режиме высоких амплитуд

12

16

39

2.3. Общие принципы проектирования УКС 40

2.4. Ультразвуковые ванны для очистки 46

2.5. Ультразвуковые генераторы УКС 50

2.6. Структурная схема ультразвуковой технологической установки 54 Выводы к главе 2 57

Глава 3. Модель магнитострикционного рабочего органа

59

3.1. Волнового уравнения для сферической волны 59

3.2. Анализ взаимодействия со средой резонансного высокочастотного излучателя

3.3. Определение степени рассогласования резонансного вибратора при нагружении

Выводы к главе 3 69

61

65

Глава 4. Системы экстремального регулирования рассогласования рабочего органа по частоте

4.1. Задачи систем экстремального регулирования 71

4.2. Выбор способа поиска экстремума 72

4.3. СЭР шагового типа 75

4.4. Переходные процессы в объекте 78

4.5. Переходные процессы в системе оптимизации 82

4.6. Определение параметров периодических режимов 88

Выводы к главе 4 96

Глава 5. Экспериментальные исследования взаимодействия магнитострикционного рабочего органа со средой

5.1. Оптимизация технологии эффективного протекания процесса очистки

5.2. Исследования экстремального режима работы УКС 106

5.3. Функциональная схема СЭР Ю7

5.4. Функциональная схема БЭР Ю8

97

97

111

5.5. Сравнительная оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований

Выводы к главе 5 114

Основные выводы и результаты работы 116

Список литературы 118

ВВЕДЕНИЕ

В технологическом процессе основного и ремонтного производства операция очистки является наиболее часто повторяющейся. Качество выполнения этой операции повышает качество производства и ремонта, повышая общую культуру производства. Пока еще отсутствует однозначно обоснованная связь между загрязненностью поступающих на сборку деталей и ресурсом машин и агрегатов. Однако связь между качеством очистки деталей при ремонте машин и их надежностью в процессе эксплуатации очевидна.

Технологические процессы очистки встречаются практически на всех этапах производственного процесса предприятий, удаляя на каждой стадии очистки специфические загрязнения, отличающиеся составом, прочностью и адгезией к металлическим поверхностям.

Вопросы повышения качества операций очистки рассматриваются в ряде фундаментальных исследований зарубежных [85, 86] и отечественных [87...90] ученых.

Наиболее сложной является очистка деталей топливной аппаратуры карбюраторных и дизельных двигателей, что объясняется наличием на них трудноудаляемых загрязнений (нагаров и лаковых отложений), конструктивной сложностью деталей и повышенными требованиями к качеству очистки.

Наиболее эффективным методом очистки деталей служит ультразвуковой способ, широко распространенный в условиях основного производства различных отраслей промышленности [7, 91...96]. Ультразвуковой метод, обеспечивает в сравнении с другими методами удаления загрязнений, высокое качество очистки с минимальными затратами времени на процесс, замену ручного труда, исключение из технологического процесса пожароопасных и токсичных растворителей .

Ультразвуковой очистке деталей топливной аппаратуры при ремонте занимались Приходько В.М., Тулаев И.А., Нефедов Б.Б., Нигметзянов Р.И., Фатюхин Д.С. и другие исследователи [10-31]. Исследования в этой области

проводятся в ГОСНИТИ, МАДИ (ГТУ), МГАУ им. В.П. Горячкина и многих других организациях.

В работах [12, 29, 26] исследовались кавитационные области в ультразвуковом поле стержневых излучателей при высоких значениях удельной акустической мощности, основные технологические характеристики процесса ультразвуковой очистки и методы его оптимизации с учетом вида загрязнений, ультразвуковые колебательные системы.

Появление новых способов эффективной очистки деталей, объясняется совершенствованием процессов их взаимодействия с моющей средой.

Эффективным направлением совершенствования способов очистки,

является интенсификация этих процессов и разработка новой технологии, на основе применения высокочастотных вибрации резонансных магнитострикционных вибровозбудителей. Оборудование надежно, применимо в тяжелых эксплуатационных условиях; вибровозбудители конструктивно просты, не имеют движущихся частей, пыле- и влагонепроницаемы, безразличны к отрицательным температурам. Исследования ряда авторов / II, 35,86,88,78,79,80,137,179,177/ подтвердили эффективность использования очистки деталей магнитострикционных вибраторов. Ультразвуковой способ, один из наиболее эффективных методов очистки деталей, в различных отраслях промышленности в условиях основного производства [7, 91...96].

Механизм очистки деталей высокочастотными колебаниями сводится к излучению энергии в водный раствор моющих средств и распространению в нем упругих волн, подвергающих погруженные в него детали механическому воздействию. Возникающий в растворе волновой процесс зависит от интенсивности упругой волны и степени ее распространения в среде.

Повышение интенсивности упругих колебаний волны достигается двумя способами: увеличением амплитуды колебаний единичного вибровозбудителя или сложением волн, излучаемых группой

вибровозбудителей малой мощности. Использование энергетических возможностей высокочастотных рабочих органов при передаче энергии моющей среде - далеко не решенная проблема.

Высокочастотный вибровозбудитель, колебательную систему которого можно представить в виде системы с распределенными параметрами, эффективно работает в резонансном режиме, что позволяет при незначительной потребляемой мощности получить сравнительно большую амплитуду колебаний. Однако при взаимодействии с объектом исходная резонансная колебательная система превращается в другую, которая обладает иной собственной частотой и не будет являться резонансной при исходной частоте вынуждающей силы. В то же время сохранение резонансного режима колебаний при очистке, поддерживает параметры прошедшей в моющую среду волны достаточно близкими к максимальному значению даже при значительном неравенстве сопротивлений колебательной системы и среды. Таким образом, комплекс мероприятий, направленных на установление и поддержание резонансного режима колебательной системы можно рассматривать как способ согласования ее с нагрузкой.

Отсутствие теоретического объяснения влияния нагружения на величину рассогласования высокочастотного рабочего органа, обуславливает необходимость проведения специальных теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку научно обоснованной методики расчета высокочастотного метода очистки с использованием автоматизированной системы управления для поддержания резонансного, наиболее эффективного режима работы колебательной системы ультразвуковой очистки, что явилось целью настоящей работы.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ

ДЕТАЛЕЙ

1.1. Типы загрязнений и способы их очистки

Способ очистки зависит от таких факторов, как характер загрязнений, размер и конфигурация деталей, качество очистки, экономические соображения и др. Важнейшим фактором, от которого зависит чистота деталей машин, является вид загрязнений.

Загрязнения, возникающие в процессе производства и ремонта деталей топливной аппаратуры, подразделяются на эксплуатационные и технологические.

К эксплуатационным относятся загрязнения деталей в процессе их эксплуатации. Условия и режимы работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приводят к окислению кислородом воздуха некоторых углеводородов топлива и масел, образуя различные продукты окисления - альдегиды, кетоны, эфиры, карбоновые и другие кислы и кислотосодержащие продукты, которые откладываются на деталях двигателя. Подвергаясь процессам конденсации и полимеризации эти соединения, превращаются в дальнейшем в сложные высокомолекулярные вещества. Кроме органических веществ с течением времени на поверхности деталей накапливаются коксообразные вещества, в виде мельчайших частиц сажи, являясь результатом сгорания и термического распада топлива и масел, а также неорганические вещества -продукты износа деталей, углеродистые отложения, представляют наибольшую трудность при очистке деталей [97].

Эти отложения бывают трех видов - нагары, лаки и осадки. Лаковые пленки, в виде продуктов тонкослойного окисления топлива, - основные эксплуатационные загрязнения деталей топливной аппаратуры карбюраторных двигателей. Так как дизельная топливная аппаратура работает в более тяжелых условиях, то наряду с лаковыми пленками на деталях образуется нагар, который откладывается на носке корпуса распылителя и гайке корпуса форсунки.

Технологические загрязнения образуются на деталях, в процессах изготовления, ремонта и сборки, а их характер определяется особенностями технологических процессов восстановления деталей, уровнем культуры производства и т.п.

На заводах по производству тракторов и автомобилей почти половина всех погрешностей, выявляемых после сборки машин, связаны с не соблюдением чистоты на рабочих местах. При ремонте эта ситуация усугубляется из-за специфических особенностей загрязнений и трудностей осуществления надлежащего контроля. Технологические загрязнения вызываются металлической стружкой, жировыми и масляными смазками, остатками доводочных паст и пр.

Наиболее трудоемок процесс удаления загрязнения при очистке деталей от доводочных паст. Такие прецизионные детали топливной аппаратуры дизельных двигателей, как плунжерные пары, нагнетательные клапаны и распылители форсунок требуют наиболее высокого качества очистки. Не удаленные с поверхностей обработанных деталей абразивные зерна доводочных паст, способствуют интенсивному износу в сопряжениях прецизионных узлов.

Малая шероховатость и высокая точность рабочих поверхностей деталей топливной аппаратуры достигаются в процессе выполнения ряда доводочных операций, сопровождающихся загрязнением деталей абразивным зерном, доводочных паст. После каждой такой операции производится контроль точности размеров и формы деталей, требующий предварительной промывки загрязненных поверхностей.

В авторемонтном производстве используется большое количество методов и способов очистки и мойки деталей [89] (рис. 1.1).

Наиболее простые, механические методы очистки давно применяются в ремонтном производстве и используются, как правило, для очистки неответственных деталей или деталей, механическая обработка которых не

представляет опасности для нарушения их прочности или состояния рабочей поверхности.

способы

Механические

Фюико-химиче ские

соскабливание

Воздействие, струи

Ручным и

механизировали ым

инструментом (скребки, щетки

и ф.)

В барабанах и вибрирующих контёйиерад

термические

Песка (кварцевого или металлического)

Косточковой крошки

Воды (иногда в сочетании с абразивом)

Погружение ремонтируемых обгегго® » ванны

газопламенный

в расплавленных солж

Непрерывным и струями

Пульсирую щи ми струями

пароструйная

С органическим растворителями или моющими растворами (отмочка или выварка)

при интенсификации процесса

возбуждением Пропусканием

жидкости электрически г

затопленными о тока

струями

Вибрацией 1 в том числе | г

ультразвуковой |

Рис. 1.1. Классификация способов очистки деталей машин Для очистки деталей широко применяются на ремонтных предприятиях растворители и специальные моющие средства, оказывающие физико-химическое воздействие на загрязнения. Однако эти методы обладают малой производительностью и не способны удалять загрязнения в виде нагаров и лаковых пленок. Электрохимическая очистка в основном применяется перед нанесением гальванических покрытий.

Наиболее перспективно применение для интенсификации процесса очистки деталей ультразвуковых колебаний. Сравнительная оценка различных способов максимальной очистки образцов [96], показывает влияние способа удаления загрязнений на качество очищенной поверхности:

1. струйная очистка, промывка, ополаскивание - на поверхности детале остается 85% загрязнений;

2. - очистка в органическом растворителе (бензине) - 70%;

3. - очистка в парах хлорированных углеводородов -65%;

4. - вибрационная очистка - 56%;

5. - кипячение в воде - 45%;

6. - ручная очистка металлическими щетками - 10%;

7. - ультразвуковая очистка при/= 600 кГц - 2%;

8 - ультразвуковая очистка при/=20 кГц - 0,5%.

Ультразвуковой метод дает наилучшую, в сравнении с другими способами, степень очистки при одинаковых затратах времени на процесс, а способ ультразвуковой очистки на частотах 20...40 кГц, является наиболее качественным и эффективным. При этом количество загрязнений, остающихся на поверхности, не превышает 0,5 %.

В ГОСНИТИ [5, 39] предложен способ очистки от прочносвязанных загрязнений деталей сельскохозяйственных машин карбюраторов, распылителей форсунок, поршней и др. струей водно-солевой смеси насыщенного водного раствора соли (жидкая фаза) и ее кристаллов (твердая фаза) в определенном соотношении. Были получены удовлетворительные результаты. Однако для очистки распылителей форсунок этот способ не эффективен из-за, недостаточного качества очистки внутренних поверхностей и сильного коррозионного воздействия.

Анализ используемых способов очистки (табл. 1.1) [4, 5, 13, 28] показывает, что на ремонтных предприятиях для очистки деталей топливной аппаратуры и, в частности, распылителей форсунок наиболее перспективно использование ультразвукового способа очистки. Метод отличает высокая производительность, способность удалять трудноудаляемые загрязнения с деталей сложной конфигурации и достигать высокого качества очистки (Табл. 1.1). В ремонтном производстве за рубежом ультразвуковая очистка применяется при очистке деталей (в том числе деталей дизельной топливной аппаратуры) от загрязнений с использованием малогабаритного ультразвукового оборудования.

Сравнительный анализ различных способов удаления загрязнений с деталей дизельной топливной аппаратуры Таблица 1.1

Наименование способа Преимущества Недостатки

Механический ручной Универсальность, простота Низкая производительность труда и культура производства

Струйный с использова-нием водных растворов моющих средств Доступность, использо вание водных раство- ров экологически безопасных моющих средств, высокая производительность Недостаточное качество очистке при удалении твердых загрязнений и очистки замкнутых полостей, карманов

Наименование способа Преимущества Недостатки

Погружной С использованием органических растворителей Доступность, универсальность Пожароопасность, токсичность, вредное воздействие на окружающую среду

Ультразвуковой Возможность удаления различных групп и видов загрязнений, очистка деталей различной формы и конфигурации, использование водных растворов экологически безопасных моющих средств, высокая, производительность и культура труда Потребность в квалифицированном обслуживании ультразвукового оборудования,затруднена очистка круп негабаритных корпусных деталей

1.2. Удаление загрязнений с поверхностей деталей при их очистке в

ультразвуковом поле в жидкости

Использование ультразвуковых колебаний для очистки широко применяется как в РФ, так и за рубежом. Высокая скорость очистки с помощью ультразвука, экономичность в сочетании с хорошим качеством, позволили в корне изменить технологию очистки. Ультразвуковая очистка в некоторых отраслях промышленности стала незаменимым технологическим процессом.

Очистка с помощью ультразвука - сложный физико-химический процесс, использующий ряд эффектов, возникающих в жидкой среде при попадании в нее мощных ультразвуковых колебаний.

Эффекты механической природы: принято считать п