автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование технологической эффективности тонкослойных гравитационных очистителей водных СОЖ на шлифовальных операциях

г

На правах рукописи

КРАСНОВА МАРИНА ЕВГЕНЬЕВНА п л

0 3 СБН 2009

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОНКОСЛОЙНЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ОЧИСТИТЕЛЕЙ ВОДНЫХ СОЖ НА ШЛИФОВАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск 2009

003475870

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ)

Научный руководитель: - доктор технических наук, доцент

Булыжев Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, доцент

Хусаинов Альберт Шамильевич;

кандидат технических наук, доцент Гисметуллин Альберт Растемович

Ведущее предприятие: - ЗАО «Кардан»

Самарская обл., г. Сызрань

Защита состоится «30 » сентября 2009 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета ДМ 212.277.03 в первом корпусе Ульяновского государственного технического университета по адресу: г. Ульяновск, ул. Энгельса, 3 (почтовый адрес: 432700, ГСП, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан « °<? 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

Н.И. Веткасов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный технический уровень продукции машиностроения обуславливает необходимость соответствующего повышения качества деталей, которое в большинстве случаев наиболее экономично обеспечивается абразивной обработкой с применением СОЖ. Общепризнана необходимость очистки СОЖ от механических примесей, так как это позволяет значительно увеличить скорость резания, повысить производительность и качество обработки. Однако существующие очистители далеко не всегда могут эффективно очищать СОЖ от неферромагнитной составляющей механических примесей - абразива, материала связки и немагнитной металлической стружки.

Для очистки СОЖ от механических, в том числе и немагнитных, примесей часто используют гравитационные очистители, хотя качество и производительность очистки СОЖ не отвечают при этом современным требованиям. Для обеспечения высокого качества и производительности очистки СОЖ от любых механических примесей предлагается разработать многоступенчатые тонкослойные гравитационные очистители (ТГО) и построенные на их основе технологические системы. При этом ограничением является требование обеспечения относительно невысокой стоимости этих ТГО.

В связи с вышеизложенным тема настоящей диссертационной работы, посвященной моделированию, расчету и проектированию высокоэффективных в технологическом и экономическом отношениях многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей водных СОЖ на шлифовальных операциях, является актуальной.

Автор защищает: 1. Комплекс математических моделей ТГО, обеспечивающих расчёт критериев эффективности очистки СОЖ от механических примесей, учитывающих механизмы (аддитивный и синергетический) осаждения, конструктивные параметры ТГО, скорость движения СОЖ при очистке, физико-химические свойства разделяемых при очистке фаз (плотность, вязкость, толщина гидратной оболочки и др.), дисперсность механических примесей и их концентрацию в очищаемой СОЖ.

2. Результаты численных и натурных исследований эффективности очистки водных эмульсионных и синтетических СОЖ от абразивных частиц - зависимости критериев эффективности очистки от исходных условий и конструктивных параметров ТГО, выявленные адаптивность многоступенчатых ТГО к изменению исходных условий и отказам ступеней очистки и наследственность параметров дисперсности состава механических примесей при очистке.

3. Результаты экспериментальных исследований технологической эффективности операций круглого наружного шлифования периферией круга с применением СОЖ, очищенной в ТГО: зависимости параметров шероховатости /?а, Яг и Бт, коэффициента шлифования Кш и критической бесприжоговой подачи V, кр от режима очистки и конструктивных параметров ТГО.

4. Методики расчета, проектирования и оптимизации одно- и многоступенчатых ТГО в зависимости от условий конкретной технологической ситуации.

5. Рекомендации по выбору конструктивных параметров ТГО и скорости движения СОЖ при очистке в зависимости от исходных условий.

Цель работы. Разработка технологически эффективных и экономичных одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ на шлифовальных операциях.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Разработан комплекс детерминированно-вероятностных моделей ТГО, обеспечивающих расчёт параметров качества очистки СОЖ от механических примесей и экономичность ТГО с учетом его конструктивных параметров, производительности очистки, физико-химических параметров очищаемой СОЖ и удаляемых механических примесей.

2. Исследованы численным методом разработанные математические модели ТГО и определены значения критериев качества очистки СОЖ от механических примесей и экономичность этих очистителей на шлифовальных операциях. Выявлены зависимости указанных критериев и экономичности очистителей от исходных условий.

3. Разработаны методики и алгоритмы моделирования, расчета, проектирования и оптимизации технологически эффективных и экономичных многоступенчатых гравитационных модульных очистителей СОЖ на шлифовальных операциях.

4. Экспериментально подтверждена адекватность разработанных математических моделей и показана технологическая эффективность ТГО.

5. Опытно-промышленными испытаниями подтверждена эффективность многоступенчатых ТГО.

6. Разработаны рекомендации по расчету многоступенчатых ТГО СОЖ. Результаты работы приняты к использованию ЗАО «Системы водоочистки» и внедрены на совместном российско-германском предприятии «СтанкоВендт» и ЗАО «Кардан» (г. Сызрань).

Научная новизна. 1. С позиций детерминированно-вероятностного подхода разработан комплекс математических моделей, обеспечивающих расчёт критериев качества очистки СОЖ от механических примесей в ТГО. Модели учитывают длину осадительных перегородок и расстояние между ними, производительность очистки (скорость течения жидкости через рабочее пространство очистителя), плотности твердой и жидкой фаз, вязкость очищаемой жидкости и толщину гидратных оболочек частиц примесей, а также распределение частиц механических примесей по размерам и их концентрацию в СОЖ. Модели учитывают также аддитивный (независимое осаждение) и синергетический (коагуляция механических примесей) механизмы осаждения.

2. В результате численных исследований выявлены наследственность дисперсности гранулометрического состава механических примесей при очистке СОЖ и способность к адаптации многоступенчатых ТГО к изменению исход-

ных условий очистки и отказам ступеней очистки, определена длительность непрерывной работы ТГО до регенерации.

3. Проведена оптимизация одно- и многоступенчатых ТГО и оценены удельные капитальные вложения на единицу производительности в зависимости от исходных условий при их внедрении.

4. Установлено оптимальное распределение степени очистки СОЖ по ступеням ТГО.

Практическая ценность и реализация работы: 1. Разработаны технологические рекомендации по проектированию одно- и многоступенчатых ТГО.

2. Разработаны методики расчета, проектирования и оптимизации одно- и многоступенчатых ТГО.

3. Разработаны модульная конструкция и схемотехнические решения оптимизированных одно- и многоступенчатых ТГО.

Апробация работы. Основные результаты доложены на научно-технических конференциях УлГТУ, на VI и VII Конгрессах прокатчиков в 2005 и 2007 г.г., представлены на научно-техническом семинаре кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» в 2007 и 2008 г.г., а также на заседании НТС машиностроительного факультета УлГТУ в 2009 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, получено 8 патентов на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (114 наименований) и приложений, включает 195 страниц машинописного текста, в том числе 31 таблицу и 109 рисунков.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что очистка СОЖ от механических примесей способствует существенному повышению качества шлифованных деталей и увеличению периода стойкости абразивных кругов.

Для удаления механических примесей из СОЖ используются различные очистители, однако по-прежнему остается актуальной проблема разработки очистителя, который был бы одновременно высокоэффективным в технологическом отношении и недорогим как с точки зрения капитальных затрат, так и эксплуатационных издержек. Если для очистки СОЖ от ферромагнитных частиц в последнее время появились новые перспективные разработки, например, кассетный магнитный сепаратор, то для удаления из СОЖ частиц абразива и связки пока нет высокоэффективного в технологическом и экономическом отношениях очистителя.

Привлекают внимание гравитационные очистители, которые относительно дешевы, просты в эксплуатации, удаляют любые механические примеси, не

требуют значительных энергетических затрат, но недостаточно производительны и занимают большие площади. Кардинальным решением проблемы представляется создание тонкослойных гравитационных очистителей и систем, построенных на их основе. Такие очистители сохраняют преимущества отстойников и обеспечивают высокую производительность качественной очистки СОЖ, занимая небольшие производственные площади. Для решения указанной проблемы необходимо разработать комплекс математических моделей, позволяющих рассчитывать, проектировать и оптимизировать ТГО и экономично обеспечивающие требуемые качество очистки СОЖ и производительность.

В заключение сформулированы цель и задачи работы, приведенные выше.

Во второй главе представлен комплекс разработанных с позиций детерми-нированно-вероятностного подхода математических моделей, обеспечивающих расчёт параметров качества очистки СОЖ в одно- и многоступенчатых ТГО, а также результаты исследования численными методами зависимости эффективности одно- и многоступенчатых ТГО от исходных условий очистки водных СОЖ от механических примесей.

Сущность детерминированно-вероятностного подхода заключается в том, что при рассмотрении взаимосвязи процессов очистки можно перейти от вероятностного представления, определяемого распределением дисперсных составов механических примесей в исходной (очищаемой) СОЖ F„(x) и распределением вероятностей отделения частиц размером d в сепараторе (очистителе) Fc(x), к детерми-нированно-вероятностному представлению процессов очистки, при котором зависимость Fc(x) или e(d) можно представить в виде двух гладкосопряженных парабол. Процесс очистки СОЖ в многоступенчатом ТГО представляется как «тракт», в котором п раз повторяются операции очистки.

«Головная» часть зависимости z(d) является детерминированной и аппроксимируется зависимостью г =Rd2 (кривая 1 на рис. 1), «хвостовая» часть - вероятностной (кривая 2), зависящей от дисперсного состава механических примесей F„(x).

На начальном этапе рассмотрения процесса осаждения сферической частицы в гравитационном очистителе (рис. 2) для упрощения не учитываем процессы коагуляции и считаем ламинарным режим течения жидкости, поскольку число Рейнольдса Re < Resp.

12 мкм 20

Рис. 1. Зависимость e(d): 1,2- соответственно «головная» часть (у = Rix2) и «хвостовая» часть (у = 1 - RiC\ ~xf ) распределения

Степень очистки СОЖ е в гравитационных очистителях, являющуюся основным показателем эффективности очистки (ГОСТ Р 52237), определим из условия

Е — 'пр ' 'ос > (1)

(11р=1-У]; 1ас=к Укл , (2)

где ?ос - время пребывания и осаждения частицы в ТГО соответственно, с; Кос - скорость осаждения частицы, формирующая кинетику осаждения всей совокупности частиц механических примесей из единицы объема, м/с.

Подставив зависимости (2) в выражение (1), получим :

8 =

V ■ и

В соответствии с уравнением Стокса,

Кос

= (Рт-Р,)-

18-г|

(3)

(4)

где рт и рж - плотность частицы и СОЖ соответственно, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; г| - коэффициент динамической вязкости, Па-с; с! - диаметр эквивалентной частицы, м.

Загрязненная СОЖ

А

'—-т

Очищенная СОЖ

1 2

Рнс. 2. Схема процесса осаждения частицы в ТГО:

1 - резервуар; 2 - распределительные перегородки; 3 - осадительные пластины; 4 - частица;

И - расстояние между осадительными перегородками, м; I - длина пути частицы в ТГО (длина осадительной перегородки), м; V к Уж - скорость движения СОЖ и частицы в ТГО и скорость осаждения частицы под действием гравитационных сил соответственно, м/с

После подстановки выражения (4) в зависимость (3):

е =

Введем обозначения:

Я =

У-Н

I

(Рт -Р»)'Я 18-т]

(5)

К =-

(Р,-Р.)

Н ' V 18-т\

где 7?к, Лр, Лф - показатели, учитывающие влияние на степень очистки соответственно конструктивных параметров очистителя, режимов очистки, физических свойств очищаемой СОЖ и материала удаляемых частиц.

Тогда параметр

Д' = Л,-Лр-Лф . (6)

Для того, чтобы учесть влияние гидратной оболочки (толщина оболочки /гг),

которая оказывает тормозящее действие на осаждение частицы, внесем изменения в

¿Р.,

/?ф: для частиц г-ой фракции = При расчете е необходимо учесть влияние

концентрации механических примесей в СОЖ, поскольку с увеличением концентрации интенсифицируется коагуляция частиц в процессе осаждения. Для этого используем параметр /?а = (си ■ С^)'. Тогда обобщенный параметр

Я = Я' ■ /?а = Лк-7?р-Лф,-/?а. (7)

Степень очистки СОЖ от частиц г-ой фракции в ТГО

(8)

18-Л У-т\< к '

Чтобы учесть дисперсный состав механических примесей, используем формулу из ГОСТ Р 52237:

(9)

и

где С0 и С„ - концентрация механических примесей в очищенной и исходной СОЖ соответственно, мг/дм3.

Так как С0 = I С01, где С01 - концентрация частиц /-ой фракции в очищенной СОЖ, мг/дм3, то С0,-=Сю • (1 - е,), где в, определяется по формуле (8).

С учетом полидисперсности механических примесей степень очистки е определяется следующим выражением:

е =1- С,"1-2е..-О'* "О. (10)

где Л,, Сш-, ¿4,- - определяются для конкретной фракции частиц примесей.

Используемая нами для расчетов математическая модель степени очистки СОЖ в ТГО выглядит следующим образом:

18 • й ■ К • т) • Сд

Степень очистки СОЖ от частиц ¿-ой фракции на /-ой ступени многоступенчатого ТГО

(Р--Р.)■«■£„'■<*;

8 = 1-с?.5Х

<П)

р 18-й, |/-т,<

а степень очистки всего многоступенчатого очистителя -

/-1

(12)

(13)

Средний размер и частость частиц г-ой фракции после очистки на/'-ой ступени в очищенной СОЖ

^ =14 •/„»; fml

2X

(14)

^50/ = /(%,) - определяется графическим путем непосредственно на графике функции е]1 (4) или из выражения ¿50= л/о,5 ■ Я"' .

Среднее квадратическое отклонение на у'-ой ступени

05)

Продолжительность цикла работы многоступенчатого ТГО до регенерации (рис. 3)

'„ =

C-V

AL-g-ApT-C:-d2 ^ й • К ■ 18т) • С^

(16)

Я

, III я .

ЁЕ Ё

/к

¿1 Aii

¿2 al2

L} Д13

Д14

Рис. 3. Схема четырехступенчатого ТГО:

I, II, III, IV- номер ступени ТГО; h\, hj, hj, Ы - величина зазора между осади-тельными перегородками; L\, £j,i3,L(-длинаосадительной перегородки;

Д L = 0,001 L - расчетная длина

С использованием математических моделей (7) - (16) численным методом исследовали влияние скорости движения СОЖ V на критерии качества очистки СОЖ в многоступенчатых ТГО при расчетной степени очистки е = 0,9 (рис. 4). Разумеется, с увеличением скорости V снижается качество очистки СОЖ (s уменьшается, а d5a возрастает), но для ТГО с разным количеством ступеней это снижение сильно отличается: если при очистке СОЖ в одноступенчатом ТГО (рис. 4,1, а) при увеличении V в двадцать раз (с 0,005 до 0,1 м/с) степень очистки падает с 0,99 до 0,27, т.е. в 3,7 раза, то для двухступенчатого ТГО (рис. 4, II, а) е уменьшается до 0,42 (чуть больше чем в 2 раза); для трехступенчатого ТГО (рис. 4, ///, а) - до 0,6; для четырехступенчатого ТГО (рис. 4, 7F, а) - до 0,63. Другими словами, увеличение количества ступеней позволяет стабильнее поддерживать заданные (расчетные) значения параметров качества СОЖ, т.е. многоступенчатые ТГО способны адаптироваться к изменению внешних условий.

Установлено, что параметр d о /с0 (рис. 4, в) изменяется мало, для всех ТГО это отношение близко к 2,6 ... 3,2 при исходном ¿„/аи= 3 в зависимости от изменения скорости К Тем самым подтверждена наследственность параметров дисперсных со-

ставов механических примесей при очистке СОЖ в многоступенчатых ТГО.

Влияние возможных отказов ступеней многоступенчатого ТГО на его эффективность исследовали численным методом при очистке водных СОЖ. Выявлены изменения не только е, ко и других параметров, а также и их приращений, например Де (рис 5). Эффективность очистки СОЖ при отказе одной или нескольких ступеней зависит не столько от количества отказавших ступеней, сколько от их сочетания. Наихудшие результаты показали варианты с отказом 3-ей и 4-ой ступеней одновременно. Высокие значения эффективности очистки при отказах одной, двух и даже трех ступеней одновременно свидетельствуют об адаптируемости многоступенчатых ТГО к изменению их внутренней структуры.

i 0,66

е °»33 О

0,99

f 0,66

Е

0,33

5.

1

1

К

\ II

10

3 2"

11Г* 1

3,9 2,6

■1.3

Со

I

у

Y /

t

3,9 А6

\

Ч1

Я

h

III

п

IV

0,03 м/с 0,10

Рис. 4. Эффективность очистки СОЖ в одно- (Г), двух- (II), трех- (III) и четырехступенчатом (IV) ТГО:

1,2,3,4- соответственно первая, вторая, третья, четвертая ступень очистки; 5 - система очистки; Ц = 0,5 м; Li = 0,75 м; 1з = 1 м; Ц = 1 м; И\ = 0,063 м; h=0,028 м; h¡ = 0,012 м; h¡, - 0,009 м; Г=20 °С; r¡ = 0,001 Па'с;рг = 4000 кг/м3; Си = 100мг/дм3;Сд=40мг/да3

При исследовании численным методом времени работы ?„ многоступенчатого гравитационного очистителя (зависимость (16)) оказалось, что Гн сильно зависит от номера ступени. Так, для первой ступени /н = 200 ч, для второй -2000 ч, для третьей ступени - 25000 ч, а для четвертой - 75000 ч. Ясно, что такое большое различие значений £н приводит к постановке задачи определения рациональной величины ио конструировании многоступенчатых ТГО таким образом, чтобы сблизить величины (н для различных ступеней. Однако чрезмерное увеличение времени непрерывной работы ТГО может привести к негативным последствиям (микробиологическому поражению СОЖ) в связи с возможным развитием анаэробной микрофлоры в толще осадка - в среде с пониженным содержанием кислорода.

1,

* 0,8 I 0,6

б 0,4 0,2 0

I 0,8 1 0,6 Де 0,4 0,2 0

Чтах = Па'с л топ =0,0005 Па'С

Квх= 0,1м/с С™, = 0,005м/с

!

¿50

40 мкм 24 16 8 0

30 | мкм

Т 18

Мо Ц о

0

10 12 14 0 2 4 6 Код варианта отказа

Рис. 5. Диаграмма изменений параметров эффективности очистки СОЖ в четырехступенчатом ТГО при отказе ступеней и изменении коэффициента динамической вязкости (а) и

скорости протекания СОЖ через очиститель V(б)

б)

В третьей главе изложена методика проведения экспериментальных исследований, выполненных с целью подтверждения адекватности математических моделей критериев качества очистки СОЖ в многоступенчатых ТГО на шлифовальных операциях. Экспериментальная установка была собрана на базе круглошлифо-вального станка ЗБ161 (рис. 6): загрязненная СОЖ со станка попадает в модуль доочистки 3, где очищается до С0 = 10 мг/дм3; затем СОЖ насосом 4 подается в емкость 5 модуля очистки, где в нее вводятся с помощью дозатора 6 абразивные микропорошки в пропорции 1:10с учетом содержания абразивных компонентов в реальных механических примесях при шлифовании. Затем загрязненная СОЖ очищается в ТГО 7 и подается в зону шлифования.

Рис. 6. Схема установки для исследования эффективности ТГО на операциях шлифования:

1 - станок ЗБ161; 2 - емкость модуля доочистки; 3 - модуль доочистки; 5 - емкость ТГО;

4,8- насос; б - дозатор; 7- ТГО

Эффективность шлифования оценивали по среднему арифметическому отклонению профиля Ra (ГОСТ 25142) на профилометре-профилографе мод. 170621.

Весь комплекс исследований проведен при шлифовании заготовок деталей врезанием по циклу: быстрый подвод круга, шлифование с заданной скоростью врезной подачи со съемом припуска z = 0,5 ... 0,55 мм на радиус круга, «отскок» круга Шлифовали образцы из стали 45,45 ... 48 HRC и ШХ15,62 ... 64 HRC. Перед началом серии опытов партию образцов вышлифовывали в один размер и выводили биение и конусность. Размеры образцов до и после шлифования замеряли универсальным инструментом (микрометром, штангенциркулем). Исследования выполнены при шлифовании электрокорундовыми кругами 1 - 600x63x305 на керамической связке: 24А16НС17К5, 24А16НСМ17К5 и 24А16НСТ17К5. Основной объем исследований выполнили с использованием ШК 24А16НСМ17К5. Окружные скорости круга и заготовки соответственно 35 м/с и 30 м/мин. Диапазон скоростей врезной подачи Vs = 0,1 ... 0,5 мм/мин. Использовали два состава водных СОЖ: СОЖ-1 относится к синтетическим жидкостям и представляет собой водный раствор 1 ... 1,2 % кальцинированной соды и 0,2 ... 0,3 % нитрита натрия; СОЖ-2 - 3 % - ная полусинтетическая жидкость на основе продукта АРС-21, выпускаемого ЗАО «Химтек» (г. Ульяновск). Обработку экспериментальных данных и построение графиков производили с помощью программы «Microsoft Excel» на ПЭВМ, адекватность результатов оценивали по критерию Фишера Fp.

Экспериментальным путем выявлены зависимости Ra(KF), Rz(KF) и Sm(KF) при круглом наружном шлифовании с подачей поливом СОЖ, загрязненных абразивными микропорошками М5, М20, М40 и М63 и очищенных в ТГО (рис. 7). С уменьшениемKF=V-h значения Ra,Rz и Sm уменьшаются, поскольку снижается концентрация механических примесей в очищенной СОЖ С0 и крупность частиц механических примесей d0. Во всем интервале изменения комплексного параметра KF от 0,07 до 2,5 м2/с обеспечиваемая при шлифовании величина Ra была меньше задаваемой по ГОСТ Р 50815 на 10 ... 20 %.

t 1

«F

1,5 м /с 2,5

KF iO

1,5 м /с 2,5

Рис. 7. Зависимости параметров шероховатости поверхностей заготовок Да (К» (а), Яг (К/т) (б), 5т (К;)(в), шлифованных с применением СОЖ-1, очищенной в ТГО от абразивных микропорошков:

/-М5; И = 0,004 м; 2,3,4- соответственно М20, М40, М63; Сд = 80 мг/дм3; Ит= 1 мкм; рт = 4000 кг/м3; рж = 1000 кг/м3; Т= 20 "С; т] = 0,001 Пах; Си = 1000 мг/дм3; А = 0,03 м (кривые 2, 3, 4); Ь = 0,2 м; станок ЗБ161; заготовки - сталь 45, 40 ...45 ЯЛС;

= 0,3 мм/мин; круг 24А16НСМ17К5; шлифование без выхаживания

Целесообразность применения ТГО для очистки водных СОЖ подтверждена результатами экспериментов (рис. 8), при которых варьировали скоростью прохождения СОЖ через ТГО V от 0,006 до 0,089 м/с и твердостью шлифовальных кругов. Во всех экспериментах применение ТГО обеспечивает заданные значения Яа. Соответственно при увеличении V значение коэффициента шлифования снижается на 50 ... 70 %. Подтверждена также возможность обеспечения заданных значений ей Сс варьированием критерием Кр (зазором А и скоростью V). Как и следовало ожидать, с уменьшением Кг для всех абразивных микропорошков качество очистки возрастало.

Km

Ra

0,5 мкм 0;2g 0,3 0,26 М 0,2 0,1

0,36 0,4

0

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

0,25

:o,2i

0,18

— 0J2 415

v СМ1

0,29 Щ 0,31 0,27Ur-

,035

0,32!

0"ЛЗ

0,3 0,341 0,28. ^

о,з;

г0,52-

С1

__'

V

СТ1

Рис. 8. Параметры Ra (а) и Кш (б) при шлифовании с применением СОЖ-1, очищенной в одноступенчатом ТГО:

1, 2, 3,4,5 - соответственно при Г= 0,006; 0,013; 0,019; 0,044; 0,089 м/с; б - по ГОСТ Р 50815; h - 0,03 м; i = 0,2 м; станок ЗБ161, сталь 45, 40 ...45 HRC; круги 24А16НСМ17К5 (СМ1); 24А16НС17К5 (Cl); 24А16НСТ17К5 (СТ1); Т = 20 °С; т] = 0,001 Па-с; Си = 1 г/дм3

В четвертой главе представлены разработанные методики автоматизированного расчета, проектирования и оптимизации одно- и многоступенчатых ТГО.

На основе математических моделей (11) - (16) разработан алгоритм расчета одиночного ТГО: последовательно вычисляются параметры степень очистки СОЖ от ¡'-ой фракции механических примесей е,- частости /-ой фракции механических примесей после очистки с10 и а0, а также отношение 2о/а0. После этого определяются искомые значения е,

При расчете многоступенчатого ТГО несколько раз (по числу ступеней) повторяется расчет одиночного гравитационного очистителя. На основе автоматизированного расчета по разработанным алгоритмам формируется массив данных, позволяющих с использованием параметрической компьютерной модели модуля МТГО - К в автоматизированном режиме получать всю необходимую для его изготовления проектно-сметную и технологическую документацию. Автоматизированный расчет и проектирование одно- и многоступенчатых ТГО обеспечивает системность при проектировании установок очистки СОЖ, особенно в условиях мелкосерийного производства и индивидуального изготовления.

Критерием оптимизации одноступенчатого ТГО послужила величина удельных капитальных вложений на единицу производительности Ке при внедрении ТГО, ограничениями служили допустимые степень очистки [б] и производительность [0\ очистителя. При с> [г] и () > [0\ определяли значения конструктивных параметров и режима очистки, величину Кд. Минимальное значение Кд принимает при е ~ [с] и (3 ~ и соответствует оптимизированному ТГО. Вьмвили основные конструктивные параметры В, Д /, и /г, обеспечивающие достижение заданных значений £ и На выбор варианта, за счет которого при данной производительности обеспечивается требуемая величина [е] для одноступенчатого ТГО, существенно влияют удельные капитальные вложения, а следовательно, и результат оптимизации ТГО.

Установлено, что для оптимизации многоступенчатых ТГО следует назначать степень очистки с, = 0,5 на всех ступенях очистки, предшествующих последней, а для последней ступени рассчитывать е„ по уравнению

е=1--- (17)

Оптимизацию количества ступеней очистки в многоступенчатом ТГО проводили путем сопоставления значений Кдор, для двух-, трех- и четырехступенчатого ТГО. В связи с свойством адаптации многоступенчатых ТГО к изменению условий очистки, например, к увеличению производительности Q (скорости У), проверена эффективность многоступенчатых ТГО при одинаковой производительности, но при повышенных значениях V, соответствующих уменьшению требуемой площади живого сечения форсированного ТГО. Установлено, что многоступенчатые очистители могут работать при форсированном режиме и обеспечивают большие допус-

тимые значения V, а следовательно, и большую производительность <2 при тех же габаритах пакета осадительных перегородок по сравнению с одноступенчатыми.

Опытно-промышленные испытания ТГО проведены на операциях глубинного шлифования на ФГУПП ММПП «Салют», а также при очистке оборотной технологической водной жидкости, загрязненной металлическими частицами размерами 1... 1,5 мкм на НЛМК при листовой прокатке. Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили высокую технологическую эффективность ТГО при очистке СОЖ на шлифовальных операциях и при листовой прокатке.

На основе технологических рекомендаций и расчетов, проведенных автором, специалистами ЗАО «Системы водоочистки» спроектирован модуль тонкослойной гравитационной очистки водных жидкостей от механических примесей МТГО - К. Модули можно объединять в батарею. В конструкции заложена возможность варьирования числом ступеней очистки и величиной зазора в соответствии с результатами расчетов. Для применения при глубинном шлифовании предложена технологическая схема, позволяющая разработать и изготовить установки очистки и подачи СОЖ к станкам для глубинного шлифования, выпускаемых ЗАО СП «СтанкоВендт».

В пятой главе приведен расчет экономического эффекта, достигнутого при внедрении системы очистки СОЖ, включающей ТГО, на ЗАО «Кардан». В результате снижения расходов на приготовление и утилизацию СОЖ, затрат на закупку и утилизацию фильтрополотна фактический годовой экономический эффект составил 2050 тыс. руб., доля эффекта, приходящаяся на ТГО, - 167 тыс. руб. в год.

Приложения включают справки о внедрении и расчет экономической эффективности от внедрения системы очистки СОЖ, включающей ТГО, на ОАО «АВТОВАЗ».

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Качество поверхностей деталей, обеспечиваемое абразивной обработкой, напрямую зависит от чистоты применяемой СОЖ. Между тем, существующие очистители далеко не всегда могут обеспечить требуемое качество очистки СОЖ от механических, особенно неферромагнитных, примесей. Перспективным решением проблемы обеспечения высокой технологической и экономической эффективности очистки СОЖ от механических примесей на шлифовальных операциях является разработка многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей.

2. Получен комплекс детерминированно-вероятностных моделей (8) - (16), позволяющих оценить значения критериев качества очистки (е, ¿/50, Л, а0, С0) СОЖ в одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях. Модели учитывают их конструктивные параметры, режим очистки, физико-

химические параметры разделяемых сред, а также концентрацию и дисперсный состав механических примесей в очищаемой СОЖ,

3. Численными исследованиями математических моделей выявлено влияние условий очистки на критерии эффективности и стабильность очистки в одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях, свойство их адаптации к изменению исходных условий очистки и отказам отдельных ступеней очистки или их сочетаний, определена длительность непрерывной очистки СОЖ для ступеней очистки многоступенчатого тонкослойного гравитационного очистителя, наследование параметров дисперсности механических примесей после очистки СОЖ.

4. Экспериментальные исследования эффективности тонкослойных гравитационных очистителей при круглом наружном шлифовании периферией круга доказали возможность и целесообразность их применения при окончательном шлифовании. Выявлены зависимости параметров шероховатости обработанных поверхностей Яа, Лг и Бт от комплексных параметров, характеризующих процесс очистки СОЖ в тонкослойном гравитационном очистителе, крупности механических примесей в исходной СОЖ, состава СОЖ и характеристики круга. Установлено положительное влияние очистки СОЖ в тонкослойном гравитационном очистителе на величину коэффициента шлифования, что обусловлено снижением износа абразивного круга, и критическую скорость бесприжоговой врезной подачи. При прочих равных условиях очистка водоэмульсионных СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях обеспечивает повышенную технологическую эффективность по сравнению с шлифованием с применением синтетических СОЖ.

5. Экспериментально подтверждена возможность и целесообразность применения одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей для очистки СОЖ от абразивных частиц размером менее 5 мкм.

6. Разработанные методики оптимизации одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей надежно обеспечивают достижение заданных степени и тонкости очистки, концентрации и дисперсности механических примесей в очищенной СОЖ.

7. Установлено оптимальное распределение степени.очистки по ступеням: для первой и последующих (кроме последней) ступеней степень очистки 0,5; для последней ступени е рассчитывается исходя из требуемого значения степени очистки для системы в целом.

8. Разработанная модульная конструкция многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ предназначена для использования в широком диапазоне значений производительности - от 30 до 120 м3/ч, а батарей модулей - до 720 м3/ч и более. При этом остаточное содержание механических примесей в очищенной СОЖ не превышает 100 мг/дм3 (самого жесткого требования по ГОСТ Р 50815).

9. Расчетная величина удельных капитальных вложений на единицу производительности при внедрении оптимизированных многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей в зависимости от количества ступеней и условий очистки не превышает 8 ... 10 тыс. руб./(м3/ч)( в ценах 2009 года).

10. Результаты работы внедрены в действующее производство. В результате снижения расходов на приготовление и утилизацию СОЖ, затрат на закупку и утилизацию фильтрополотна при внедрении систем очистки на ЗАО «Кардан» (г. Сызрань) фактический годовой экономический эффект составил 2050 тыс. руб., из них на долю ТГО приходится 167 тыс. руб.

По теме диссертации опубликовано 9 работ, получено 4 патента па изобретения и 4 патента на полезные модели.

Публикации в изданиях по перечню ВАК и патенты на изобретения

1. Булыжев Е.М. Тонкослойные гравитационные очистители / Е.М. Булы-жев, М.Е. Краснова, Е.П. Терешенок // Справочник. Инженерный журнал. -2008.-№ 10.-С. 54-57.

2. Булыжев Е.М. Влияние конструктивно-технологических параметров, свойств СОЖ и механических примесей на эффективность тонкослойного гравитационного очистителя / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Е.П. Терешенок // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 10. Приложение - С. 6 - 10.

3. Булыжев Е.М. Гранулометрический состав абразивного шлама , образующегося при правке шлифовального круга / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 10. - С. 50 - 54.

4. Булыжев Е.М. Математическая модель процесса тонкослойной гравитационной очистки / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 10. Приложение - С. 10-14.

5. Булыжев Е.М. Эффективность очистки СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова, Е.П. Тершенок // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 10. Приложение -С.2-6.

6. Патент 2317130, Российская Федерация, ВОЮ 35/06, В01С 1/00. Магнитный сепаратор / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, H.H. Наумова; заявл. 26.05.2006; опубл. 20.02.2008.-Бюл.№ 5.

7. Патент 2317131, Российская Федерация, B01D 35/06, BOIC 1/00. Магнитный сепаратор / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, H.H. Наумова; заявл. 26.05.2006; опубл. 20.02.2008. -Бюл.№ 5.

8. Патент 2320544, Российская Федерация, С02 F 1/28. Способ очистки жидкостей из ряда: оборотные и заборные воды, промышленные стоки, технологические жидкости, и комплекс для его осуществления / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, В.В. Семенов, П.О. Осипов; заявл. 03.07.2006; опубл. 27.03.2008. -Бюл. № 9.

9. Патент 2355460, Российская Федерация, B01D 27/02, B01D 24/08. Патронный фильтр / Е.М. Булыжев, Э.Е. Булыжев, М.Е. Краснова; заявл. 10.11.2007. опубл. 20.05.2009.-Бюл.№ 14.

Публикации е других изданиях и патенты на полезные модели

10. Булыжев Е.М. Опыт применения установок «Вита-С» для очистки СОЖ на вальцешлифовальных станках/ Е.М. Булыжев, В.Г. Ромашкин, М.Е. Краснова // Сборник трудов VI Конгресса прокатчиков (Липецк, 17-20 октября, 2005). Том 2.-М.: МОО «Объединение прокатчиков», 2006. - С. 296 - 298 .

11. Булыжев Е.М. Тонкослойный гравитационный очиститель / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, H.H. Наумова // Вестник УлГТУ. - 2006. - № 3 - С. 34 - 35.

12. Краснова М.Е. Структурированные гравитационные очистители // Вестник УлГТУ. - 2006. - № 4 - С. 45 - 49.

13. Рябов Г.К. Интегральная технологическая система очистки водных жидкостей от магнитных шламов/ Г.К. Рябов, М.Е. Краснова. H.H. Наумова // Сборник трудов VII Конгресса прокатчиков (Москва, 15-28 октября, 2007) том 2. - М.: МОО «Объединение прокатчиков», 2007. - С. 533 - 536.

14. Патент на полезную модель № 54941, Российская Федерация, С10М 175/04. Многоцелевой системно-интегрированный комплекс очистки больших объемов оборотных вод / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова; заявл. 15.03.2006; опубл. 27.07.2006. - Бюл. № 21.

15. Патент на полезную модель № 55299, Российская Федерация, B01D 17/035. Интегрированный технологический модуль очистки больших объемов воды / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, H.H. Наумова, В.В. Семенов; заявл. 15.03.2006; опубл. 10.08.2006. -Бюл. № 22.

16. Патент на полезную модель № 57269, Российская Федерация, C02F 1/40. Интегрированный технологический модуль для тонкослойной очистки больших объемов воды от механических примесей и нефтепродуктов/ Е.М. Булыжев, В.В. Семенов, Н.М. Винокуров, М.Е. Краснова, H.H. Наумова, В.В. Семенов; заявл. 04.05.2006; опубл. 10.10.2006. - Бюл. № 28.

17. Патент на полезную модель № 63356, Российская Федерация, С10М 175/04, B01D 35/06. Интегрированный технологический модуль очистки больших объемов воды / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, H.H. Наумова; заявл. 03.07.2006; опубл. 27.05.2007. - Бюл. № 15.

Автореферат

КРАСНОВА Марина Евгеньевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОНКОСЛОЙНЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ОЧИСТИТЕЛЕЙ ВОДНЫХ СОЖ НА ШЛИФОВАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

Подписано в печать 11.08.2009. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ №886.

Типография УлГТУ, 432027, г. Улыновск, ул. Сев. Венец, д. 32.

Список основных аббревиатур и обозначений.

Введение.

Глава 1. Системы очистки СОЖ как элементы технологического обеспечения машиностроительных производств. Цель и задачи работы.

1.1. Влияние чистоты СОЖ на эффективность шлифовальных операций.

1.2. Технологические, схемотехнические и конструктивные решения систем очистки СОЖ.

1.3. Особенности моделирования и проектирования систем очистки СОЖ.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследований.

Глава 2. Моделирование тонкослойных гравитационных очистителей

СОЖ от механических примесей.

2.1. Детерминированно-вероятностное моделирование тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ от механических примесей.

2.2. Численные исследования наследственности дисперсных составов механических примесей при очистке СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях.

2.3. Численные исследования эффективности очистки СОЖ от механических примесей в многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях.

2.4. Численные исследования эффективности очистки СОЖ в многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях при отказе одной или нескольких ступеней очистки.

2.5. Численные исследования длительности непрерывной очистки СОЖ в тонкослойном гравитационном очистителе до его регенерации.

2.6. Выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования эффективности тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ от механических примесей при круглом наружном шлифовании.

3.1. Методика экспериментальных исследований эффективности очистки СОЖ от механических примесей в тонкослойных гравитационных очистителях.

3.2. Методика экспериментальных исследований технологической эффективности тонкослойных гравитационных очистителей

СОЖ при круглом наружном шлифовании.

3.3. Эффективность очистки СОЖ от механических примесей в тонкослойных гравитационных очистителях.

3.4. Технологическая эффективность тонкослойных гравитационных очистителей при круглом наружном шлифовании.

3.5. Выводы.

Глава 4. Расчет, оптимизация, проектирование и испытания многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ.

4.1. Методики расчета и проектирования многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей.

4.2. Оптимизация одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ.

4.3. Влияние исходных условий очистки СОЖ на экономичность оптимизированных тонкослойных гравитационных очистителей.

4.4. Опытно-промышленные испытания многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей СОЖ.

4.5. Выводы.

Глава 5. Экономическая эффективность тонкослойных гравитационных очистителей.

Развитие экономики России, как и любой другой страны, невозможно без повышения конкурентоспособности продукции и услуг, а это в современных условиях означает, что наиболее актуальными становятся проблемы повышения качества продукции, в том числе и изделий машиностроения. Повышение надежности и долговечности машин в свою очередь неразрывно связано с обеспечением высокой точности геометрических размеров, качества поверхностных слоев и шероховатости поверхностей деталей машин, достигаемой, как правило, методами абразивной обработки, в том числе шлифованием.

Эффективность процесса шлифования в решающей степени определяется условиями взаимодействия шлифовального круга с материалом обрабатываемой заготовки. Ослабляя вредные и усиливая полезные стороны этого процесса путем применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), можно повысить производительность шлифования и качество шлифованных деталей.

В процессе эксплуатации СОЖ неизбежно загрязняются инородными примесями, подавляющую часть которых составляют побочные продукты шлифования, включающие частицы абразива и связки круга, а также частицы металлической стружки. Многочисленные исследования [12, 13, 14, 17, 21, 23, 28, 36, 40, 45, 47, 50, 65, 68, 70, 71, 76, 77, 78, 81, 84, 88, 89, 90, 91, 110 и др.] свидетельствуют о негативном влиянии механических примесей, содержащихся в СОЖ, на производительность процесса шлифования, режущую способность абразивного инструмента и качество шлифованных деталей.

Для устранения или заметного снижения негативного влияния механических примесей СОЖ очищают, обеспечивая необходимые показатели качества и технико-экономической эффективности операций шлифования.

Исследования Ю.В. Полянскова, Е. М. Булыжева, Е. А, Карева, В. Г. Ромашкина, Г. К. Рябова, В. Е. Сазанова, М. В. Обшивалкина и других, выполненные в УлГТУ под руководством Л. В. Худобина, позволили разработать высокоэффективные средства и системы очистки СОЖ от механических примесей.

Однако условия рынка предъявляют очень жесткие требования к соотношению «цена - качество» изделия и заставляют искать новые одновременно высокоэффективные в технологическом отношении и доступные с экономической точки зрения решения. Совершенствование технологии и техники очистки СОЖ от механических примесей имеет особое значение для операций окончательного шлифования, на которых, как правило, и формируются характеристики качества поверхностей деталей, в том числе их шероховатость.

В связи с вышеизложенным, в настоящей работе представлены теоретико-экспериментальные исследования и моделирование систем очистки СОЖ, обеспечивающие расчет и проектирование одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей (ТГО).

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Математические модели и результаты численных и натурных экспериментальных исследований процесса очистки водных СОЖ от механических примесей в ТГО и многоступенчатых системах, построенных на их основе.

2. Результаты исследований удельных капитальных вложений на внедрение одно- и многоступенчатых ТГО водных СОЖ на шлифовальных операциях в зависимости от конкретных технологических ситуаций.

3. Программно-информационный комплекс для исследований эффективности очистки СОЖ в многоступенчатых ТГО на шлифовальных операциях.

4. Методики, алгоритмы и программы расчета, оптимизации, проектирования ТГО и систем на их основе, а также рекомендации по выбору режимных параметров очистки.

5. Результаты опытно-промышленных испытаний эффективности многоступенчатых систем очистки СОЖ, разработанных с использованием рекомендаций соискателя.

Автор выражает искреннюю благодарность за консультации в ходе выполнения диссертации д.т.н., профессору Л. В. Худобину, а также к.ф.-м.н., доценту А. Ю. Богданову за ценные советы по теоретическим вопросам работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты экспериментальных исследований и накопленный опыт в машиностроительной промышленности свидетельствуют о негативном влиянии механических примесей, содержащихся в СОЖ, на эффективность шлифовальных операций. Для операций круглого наружного и плоского шлифования деталей машин ГОСТ Р 50815 регламентирует допустимые значения концентрации механических примесей в СОЖ в зависимости от среднего размера частиц механических примесей и требуемой величины среднего арифметического отклонения профиля шлифованных поверхностей.

2. Показано, что эффективность существующих средств очистки СОЖ от тонких абразивных частиц недостаточна для экономически эффективного обеспечения требуемой чистоты СОЖ. Одним из новых перспективных средств обеспечения высокой технологической и экономической эффективности очистки СОЖ от абразивных частиц являются тонкослойные гравитационные очистители.

3. На основе анализа кинетики осаждения частиц механических примесей, находящихся в СОЖ, в гравитационном поле получен комплекс детер-минированно-вероятностных моделей, позволяющих объективно оценивать качество очистки СОЖ в одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях по комплексу показателей — степени очистки е, тонкости очистки d50, среднему арифметическому значению размера частиц механических примесей в очищенной СОЖ dQ, среднему квадратическому отклонению размера частиц механических примесей в очищенной СОЖ о0, концентрации механических примесей в очищенной СОЖ С0. Модели учитывают конструктивные (длину осадительных перегородок, зазор между ними), режим очистки (скорость движения СОЖ в рабочем зазоре), физические (разность плотностей частиц и СОЖ, коэффициент динамической вязкости СОЖ) и физико-химические параметры условий очистки (толщина гидратной оболочки и граничная концентрация механических примесей при аддитивном осаждении частиц), а также концентрацию и дисперсный состав механических примесей в очищаемой СОЖ.

4. В результате исследований разработанных математических моделей численными методами получены зависимости, характеризующие влияние условий выполнения шлифовальных операций на эффективность и стабильность очистки СОЖ в одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях. Выявлены наследственность дисперсности гранулометрического состава механических примесей при очистке СОЖ и свойство адаптации многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей к изменению исходных условий очистки и к отказам отдельных ступеней очистки или их сочетаний, определена длительность непрерывной очистки СОЖ до регенерации и ее распределение по ступеням очистки.

5. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования • эффективности очистки СОЖ от механических примесей в многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителях, подтвердившие адекватность математических моделей и результаты численных исследований'влияния исходных условий, состава и параметров ступеней очистки многоступенчатого тонкослойного гравитационного очистителя на его эффективность.

6. Экспериментально подтверждена выявленная численными исследова ниями возможность и целесообразность применения одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей для» тонкой очистки СОЖ от абразивных частиц размером менее 5 мкм. Посредством задания соответствующих значений конструктивных параметров и режима очистки можно обеспечить значение тонкости очистки по параметру с/50 равное 1,5.2,5 мкм.

7. Экспериментальные исследования эффективности тонкослойных гравитационных очистителей при круглом наружном шлифовании периферий круга доказали возможность и целесообразность их применения при окончательном шлифовании. Выявлены зависимости параметров шероховатости шлифованных поверхностей Ra, Rz и Sm от предложенных комплексных параметров, всесторонне характеризующих процесс очистки СОЖ' в- TFO, крупность механических примесей в исходной СОЖ, состав СОЖ и твердость круга.

8. Установлено положительное влияние очистки СОЖ в тонкослойном гравитационном очистителе на коэффициент шлифования, что обусловлено снижением износа абразивного' круга вследствие обеспечения требуемой чистоты СОЖ. Высокое качество очистки СОЖ позволило увеличить критическую скорость бесприжоговой врезной подачи круга. При этом эффективность очистки СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях при шлифовании» с подачей водоэмульсионных СОЖ превышает эффективностью очистки при шлифовании с применением синтетических СОЖ.

9. Разработана методика расчета одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей, обеспечивающих заданные значения' степени и тонкости очистки, концентрации и дисперсности механических примесей в очищенной СОЖ. Методика учитывает реальные условия применения рассчитываемых одно- и многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей, возможное их изменение, состав, дисперсность и свойства механических примесей в СОЖ, а также требования к качеству поверхностей заготовок деталей, шлифованных с применением очищенной СОЖ.

Разработаны многоступенчатые тонкослойные гравитационные очистители СОЖ, предназначенные для использования в широком диапазоне задаваемых значений производительности очистки от 30 до 120 м3/ч, а также батарей модулей (720 и более м3/ч). Достигаемое с их помощью качество очистки СОЖ по остаточному содержанию механических примесей в очищенной

СОЖ не превышает 100 мг/дм3, самого жесткого требования по ГОСТ Р 50815. Проведенные в производственных условиях опытно-промышленные испытания разработанных многоступенчатых тонкослойных гравитационных очистителей, функционирующих в составе систем очистки, подтвердили их высокую эффективность при очистке водоэмульсионных и синтетических СОЖ и моющих растворов от механических примесей.

10. Установлено оптимальное распределение степени очистки по ступеням тонкослойного гравитационного очистителя: для первой и последующих (кроме последней) ступеней степень очистки равна 0,5, для последней - рассчитывается исходя из задания степени очистки для системы в целом.

11. В механосборочном производстве ЗАО «Кардан» на линии обработки стальных заготовок деталей кардана внедрена централизованная система очистки СОЖ, спроектированная на основе кассетных патронных магнитных сепараторов и тонкослойных гравитационных очистителей. В результате внедрения уменьшена стоимость капиталовложений на замену изношенного оборудования, снижено содержание механических примесей в очищенной СОЖ с 0,5 до 0,06 мг/дм3 и увеличен до 12 месяцев срок эксплуатации системы очистки без сброса СОЖ на разложение. В результате внедрения получен годовой экономический эффект в сумме 2050 тыс. руб.

1. Авторское свидетельство 1346413 СССР, МКИ3 В 25 15/00. Устройство для очистки СОЖ / JI.B. Худобин, Е.М. Булыжев, Г.М. Юдин и др. 1987. -Бюл. № 39.

2. Авторское свидетельство 1488180 СССР, МКИ3 В 25 15/00. Установка для приготовления и регенерации СОЖ / Ю.В. Полянсков, Е.М. Булыжев, А.Н. Евсеев и др. 1989. - Бюл. № 23.

3. Авторское свидетельство 2036691 РФ, МКИ3 В 25 15/00. Устройство для очистки СОЖ / Е.М. Булыжев, В.Ф. Гурьянихин, Н.М. Мужиков. 1995. — Бюл. № 16.

4. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под общей ред. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.

5. Авдеев И.Л. Расчет гранулометрических характеристик полидисперсных систем. — Ростов-на Дону: Ростовское книжное издательство, 1966. 53 с.

6. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М: Наука, 1976.- 278с.

7. Алейников Н.А. Структурирование ферромагнитных суспензий / Н.А. Алейников, П.А Усачев, П.И. Зеленов. Л.: Наука, 1974. - 149 с

8. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т.1. 5-е изд. перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1980. - 728 с.

9. Береза А.И. Номограмма для определения основных параметров горизонтальных отстойников // Труды Саратовского политехнического института — Саратов: Сарат. политехнич. ин-т, 1966. Вып. 29. - С. 137 - 139.

10. Бердичевский Е.Г. Малоотходная технология применения СОЖ в металлообработке. -М.: НИИмаш, 1981. 64 с.

11. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов. М.: Машиностроение, 1984. - 224 с.

12. Богданов В.В. Повышение эффективности операций шлифования путем ресурсосберегающего обеспечения чистоты технологических жидкостей: Дис. канд. техн. наук: 05.02.08 / Ульян, политехи, ин-т. Ульяновск, 1988. - 380 с.

13. Булыжев Е.М. Математическая модель процесса диспергирования материала заготовки с учетом износа и засаливания шлифовального круга / Е.М.

14. Булыжев, А.Ю. Богданов, Н.Н. Кондратьева // Справочник. Инженерный журнал. 2008. -№ 10. - С. 47 - 50.

15. Булыжев Е.М. Гранулометрический состава абразивного шлама, образующегося при правке шлифовального круга / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова // Справочник. Инженерный журнал. — 2008. — № 10. С. 50 — 54.

16. Булыжев Е.М. Кинетика седиментации механических примесей, содержащихся в СОЖ // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1977.-№ 2. - С. 177-181.

17. Булыжев. Е.М: Система экологизированного ресурсосберегающего применения смазочно-охлаждающих жидкостей «Вита-С» // Вестник УлГТУ. -2002.-№ 1.-С. 49-53.

18. Булыжев Е.М. Эффективность очистки СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова, Е.П. Терешёнок // Справочник. Инженерный журнал. 2008. - № 10. Приложение -С. 2-6.

19. Булыжев Е.М. Опыт применения автоматизированной системы циркуляции СОЖ на Ульяновском автомобильном заводе / Е.М. Булыжев, Е.А. Карев, С.Е. Ведров // Механизация и автоматизация производства. 1987. - № 6. — С. 20-24.

20. Булыжев Е.М. Математическое моделирование и исследование технологии и техники применения СОЖ в машиностроении и металлургии / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, В.В. Богданов и др. -Ульяновск: УлГТУ, 2001. 126 с.

21. Булыжев Е.М. Математическая модель процесса тонкослойной гравитационной очистки /Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, М.Е. Краснова// Справочник. Инженерный журнал. 2008. г- № 10. Приложение - С. 10 - 14.

22. Булыжев Е.М. Детерминировано-вероятностный подход к разработке тео- -рии очистки СОЖ / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов // Справочник. Инженерный журнал. 2009. - № 3. Приложение - С. 46 - 51.

23. Булыжев Е.М. Тонкослойные гравитационные очистители / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Е.П. Терешёнок // Справочник. Инженерный журнал. — 2008.-№ 10.-С. 54-57.

24. Булыжев Е.М. Система применения СОЖ в гибком автоматизированном производстве / Е.М.' Булыжев, М.Ю. Обшивалкин // Повышение эффективности станков с ЧПУ и ОЦ в составе специализированных участков. М.: ЦНИИИТЭИ, 1989. - С. 10 - 12.

25. Булыжев Е.М. Влияние изменений исходных условий на эффективность очистки СОЖ в многоступенчатых системах / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Е.П. Терешёнок // Вестник УлГТУ. 2008. - № 4 - С. 32 - 36.

26. Булыжев Е.М. Тонкослойный гравитационный очиститель / Е,М. Булыжев, М.Е. Краснова, Н.Н. Наумова // Вестник УлГТУ. 2006. - № 3 - С. 34 - 35.

27. Булыжев Е.М. Ресурсосберегающее применение технологических жидкостей в машиностроении / Е.М. Булыжев, В.Г. Ромашкин // Вестник машиностроения. 1998. - № 2. - С. 26 - 30.

28. Булыжев, Е.М. Ресурсосберегающее применение СОЖ при металлообработке / Е.М. Булыжев, JI.B. Худобин. М.: Машиностроение, 2004. - 352 с.

29. Власов С.Н. Централизованная система подачи охлаждающей жидкости к шлифовальным станкам / С.Н. Власов, Ю.К. Кузьминых // Вестник машиностроения. 1957.-№ 7.-С. 59-62.

30. ГОСТ Р 50558-93. Промышленная чистота. Жидкости смазочно-охлаждающие. Общие технические требования / JI.B. Худобин, В.Г. Ромашкин, Е.М. Булыжев и др. Введен 01.01.94. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 14 с.

31. ГОСТ Р 50815-95. Промышленная чистота. Жидкости смазочно-охлаждающие. Требования к чистоте СОЖ на операциях круглого наружного и плоского шлифования периферией круга / JI.B. Худобин, В.В. Богданов. Введен 01.01.96. М.: Изд-во стандартов, 1995. - 9 с.

32. Гульнов Е.П. Исследование механизма взаимодействия твердых частиц, содержащихся в СОЖ, с рабочей поверхностью шлифовального круга и поверхностью шлифуемой детали: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Ульян, политехи, ин-т. Ульяновск, 1979. — 270 с.

33. Жидкости смазочно-охлаждающие. Нормы чистоты. Стандарт пред-приятияСТП 37.212.133-78. Ульяновск, Ульян, автомоб. завод. 1978 - 6 с.

34. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1976. - 432 с.39: Инструкция по проведению анализа дисперсного состава пыли седи-ментационными методами в жидкой среде. — Л.: Всесоюзный научно-исслед. ин-т охраны труда, 1965. — 40 с.

35. Костюк В.И. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий / В.И. Костюк, Г.С. Карнаух. Киев: Техника, 1990. - 120 с.43 .Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пы-лей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. - 264 с.

36. Краснова М.Е. Структурированные гравитационные очистители // Вестник УлГТУ. 2006. - № 4. - С. 45 - 49.

37. Коробочка А.Н. Очистка технологических сред при обработке металлов резанием / А.Н. Коробочка, A.M. Тихонцов Е.А. Брылев. Воронеж: Воронежский госуд. ун-т, 1992. - 127 с.

38. Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. М.: Химия, 1971. - 318 с.

39. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологического процесса (РДМУ 109-77). -М.: Изд-во Стандартов, 1978. 64с.

40. Оборудование для очистки и приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей: Альбом-каталог А37.057.005-81. 72 с.

41. Оборудование для очистки и приготовления СОЖ. Курган: КЭКТИ, 1981.-72 с.

42. Паничкин В.В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков / В.В. Паничкин, Н.В. Уварова. Киев: Наукова думка, 1973.-198 с.

43. Патент 2196809, Россия. МПК С ЮМ 175/00, B01D 36/00. Комплекс очистки смазочно-охлаждающих жидкостей / Е.М. Булыжев. 2003. -Бюл. № 2.

44. Патент 2208047, Россия. МПК С ЮМ 175/00, B01D 35/06. Устройство для очистки и восстановления эксплуатационных и технологических свойств жидкостей / Е.М. Булыжев, А.Е. Кленовский, Г.К. Рябов. 2003. - Бюл. № 19.

45. Патент 2209781, Россия. МПК C02F 9/00, C02F 103/16. Установка для глубокой очистки водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей / Е.М. Булыжев, В.В. Терентьев. 2003. - Бюл. № 22.

46. Патент 2317130, Россия. МПК B01D 35/06, ВОЗС 1/00. Магнитный сепаратор / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Н.Н. Наумова. — 2008. Бюл. № 5.

47. Патент 2317131, Россия. МГПС B01D 35/06, ВОЗС 1/00. Магнитный сепаратор / Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Н.Н. Наумова. 2008. - Бюл. № 5.

48. Патент на полезную модель № 54941, Россия. МПК С02М 175/04. Многоцелевой системно-интегрированный комплекс очистки больших объемов оборотных вод /Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова. 2006. — Бюл. № 21

49. Патент на полезную модель № 55299, Россия. МПК B01D 17/035. Интегрированный технологический модуль очистки больших объемов воды /Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Н.Н. Наумова, В.В. Семенов. 2006. - Бюл. № 22

50. Патент на полезную модель № 63356, Россия. МПК С10М 175/04, B01D 35/06. Интегрированный технологический модуль очистки больших объемов воды /Е.М. Булыжев, М.Е. Краснова, Н.Н. Наумова. 2007. - Бюл. № 15

51. Полянсков Ю.В. Основы выбора и построения систем очистки СОЖ при абразивно-алмазной обработке // Вестник машиностроения. 1981. - № 2. - С. 64 - 68.

52. Равич-Щербо М.И. Физическая* и коллоидная химия / М.И. Равич-Щербо, ВВ. Новиков. — М.: Высшая школа, 1975. — 255 с.

53. Ромашкин В .Г. Повышение эффективности шлифования за счет тонкой,очистки СОЖ. Дис: . канд: техн. наук: 05.02.08,/ Ульян, политехи, ин-т.- Ульяновск, 1982. 250 с.

54. Смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием. Рекомендации по применению. — М^: НИИМаш, 1979. 95 с.

55. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: справочник / Под ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. -М.: Машиностроение, 1995. 496 с.

56. Суслов А.Г. Технология машиностроения: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. — 2-е изд. перераб.и доп. — М.: Машиностроение, 2007. — 430 с.

57. Справочник технолога машиностроителя. — М.: Машиностроение, 1972.-568 с.80: Технический справочник по обработке воды: в 2 т. пер. с фр. СПб.: Новый журнал, 2007. - 816 с.

58. Тихонцов A.M. Комплексные системы отбора, отделения и очистки СОЖ / А.М. Тихонцов, И.М. Баранов // Вестник машиностроения. -1980. — № 5. — С. 60 64.

59. Филимонов Л.И. Стойкость шлифовальных кругов. Л.: Машиностроение, 1973. — 136 с.

60. Хабаров О.С. Очистка сточных вод в металлургии (использование магнитных полей). М.: Металлургия, 1976. — 224 с.

61. Худобин Л.В". Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке / Л.В. Худобин, Е.Г. Бердичевский. -М.: Машиностроение, 1977. -190 с.

62. Худобин Л.В. Эффективность гравитационной очистки СОЖ от шлифовальных шламов при магнитной обработке / Л.В. Худобин, Е.М. Булыжев // Вестник машиностроения. 1977. -№ 11. - С. 60 — 63.

63. Худобин Л.В. Исследование эффективности магнитной обработки-оборотных СОЖ при их сепарации и шлифовании / Л.В. Худобин, Е.М. Булыжев // Обработка конструкционных материалов резанием с применением СОЖ.-М.: МДНТП, 1978.-С. 151-157.

64. Худобин Л.В. Эффективность магнитной обработки оборотных СОЖ при шлифовании / Л.В. Худобин, Е.М. Булыжев.// Теория трения, смазки и обрабатываемости металлов. Чебоксары: Чувашский госуд. ун-т, 1980. -С. 3 - 11.

65. Худобин Л.В. Влияние загрязнения СОЖ отходами шлифования на прижогообразование / Л.В. Худобин, Е.П. Гульнов // Вестник машиностроения. 1978.-№ 1.-С. 67-69.

66. Худобин Л.В. Влияние твердых примесей, содержащихся в СОЖ, на работоспособность шлифовальных кругов / Л.В. Худобин, Е.П. Гульнов // Абразивы. 1978. - № 8. - С. 5 - 7.

67. Худобин Л.В. Нормы чистоты СОЖ для шлифовальных операций / Л.В. Худобин, Е.П. Гульнов // Машиностроитель. 1978. - № 10. - С. 19.

68. Худобин Л.В. Методика разработки норм чистоты СОЖ для шлифовальных операций / Л.В. Худобин, Е.П. Гульнов // Качество и режимы обработки материалов. Межвузовский сборник статей.- Орджоникидзе: Североосетинский госуд. ун-т, 1980. С.36 - 47.

69. Чулок А.И. Математическое моделирование автоматизированного проектирования систем применения СОЖ // Автоматизированные системы проектирования и управления. М.: ВНИИТЭМР, 1987. - Сер. 3. - Вып. 5. - 82 с.

70. Чулок А.И. Модульный принцип построения математических процессов гибкой* технологии применения СОЖ // Технологические процессы производства режущего инструмента с применением промышленных роботов ^и станков с ЧПУ. -М.: ВНИИинструмент, 1986. С. 51 - 58.

71. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 711 с.

72. Яворский Б.М., Детлаф М.А. Справочник по физике. Ml: Наука, 1974.-942 с.• 96. Allander G.E. Ein graphishes Verfahren zur Bestimmung des mittleren Abs-cheidegrades gewisser mechanicher Staubadscheider // Staub. 1958. № 1. - P. 15 - 17.

73. Ayel J. L'lndustrie du ruffinage des huiles lubrifiantes 11 Hydrocarbure. -1995.-№208.-P. 10-15.

74. Camp T.R. Sedimentation and the design of settlings tanks // Trans. Amer. Soc. Civ. Engrs. 1996. - Vol. 11. - P. 695.

75. Clements M.S. Velocity variations in rectangular sedimentation tanks // J. Inst. Civ. 1999. - Vol. I. - P. 324.

76. Dick R.I. Gravity thickening of sewage studies // Wat. Pollut. Control. -1992.-Vol. 71.-P. 368.

77. Faudi Filtert Fliissigkeiten // EA 672500WD. 1997.- Pr. 637.

78. Filtersystem // Werkstatt und Betrieb. 1993. - 126. - № 4. - P. 4.

79. Fuchs M. The word lubricants Market 1 Erdoel und Kohle-Erdgas-Petrochemie / M. Fuchs, H. Lenhardt. 1992. - № 6. - P. 241 - 247.

80. Fully automatic coolant filtration systems // American Machinist. 1994. -138.-№360.-P. 84.

81. Hamlin M.J. Sedimentation studies / M.J. Hamlin, T.H.Y. Tebbutt // Surveyor. 1990. - Vol. 135(4065). - P. 42.

82. Hazen A. On sedimentation // Trans. Amer. Soc. Civ. Engrs. 1994.-Vol. 53.-P.45.

83. Morris F.T. Centralized coolant systems // Mass Production. 1995. -7. -P. 35 — 39.

84. National Lubrication Grease Institute, Spokesman. - 1998. - № 1. - P. 6.

85. Pahlitrsch G. Bedeutund und wirking von Einrichtungen zum Filtern Schleifflusigkeiten / G. Pahlitrsch, H.D. Richter // Metallwissenschaft und Technic. 19, Jahrgang, Juni. 1965. - Heft 6. - S. 585 - 590.

86. Tebbutt Т.Н.Y. The performance of circular sedimentation tanks // Wat. Pollut. Control. 1999. - Vol. 68. - P. 467.

87. United States Environmental Protection Agency. A mathematical model of a final clarifier. Washington. 75. — 1992. - 254 p.

88. Wills R.F., Davis C. Flow patterns in a rectangular sewage sedimentation tank. In: Advances in water pollution research // Proc. 1-st. Intl. Conf. Water Poll. Res. 2. Oxford: Pergamon. - 1998. - P. 335.

89. Zelinski P. Keep your coolant in circulation 11 Mod. Mach. Shop. 1998. - 70. - № 12.-P. 96-98.