автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработка метода выбора технологии и оборудования для ультразвуковой очистки автотракторных деталей при ремонте

Г I и VH

2 2 МАП 1995

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Ji55» МАЛИ

На правах рукописи

БАГРОВ Игорь Валерьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОЛА ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ

С05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта]

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена на кафедре технологии металлов Московского государственного автомобильно-дорожного института Стехнического университета).

Научньй руководитель - кандидат технических наук, профессор

Приходько В.М.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техники

РФ. доктор технических наук, профессор Марютин М. И.

кандидат технических наук, доцент Макаров Л.О.

Ведущая организация - Авторемонтный завод № 6 (г.Москва)

Защита состоится " " ¿¿^Ос-лЛ 1995 г. в '1<~ часов на заседании специализированного совета К 053.30.09 при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (техническом университете) по адресу: 125829, Москва. ГСП-47, Ленинградский проспект, дом 64. в ауд. ¿'/С"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направить в адрес специализированного совета.

Телефон для справок: 155-01-59

Автореферат разослан "

/л юдд г.

Ученьй секретарь

специализированного совета

кандидат технических наук,

доцент В. М. Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Эффективное использование автомобильного парка ск5еспёчйваётся~5ьсоким уровнем его технического обслуживания и ремонта. Очистка автомобилей, их агрегатов и узлов от загрязнений -специфическая особенность сферы эксплуатации и ремонта автомобилей. Очистка как технологическая операция, отличается от других операций большой трудоемкостью. недостаточной механизацией, отрицательным влиянием на окружающую среду и обслуживающий персонал, а также определяет качество последующего ремонта. Загрязненныэ детали автомобилей подвергаются мойке и очистке до и после разборки, перед дефектацией. до и после процессов восстановления, а также перед сборкой агрегатов.

В нашей стране и за рубежом накоплен определенный опыт применения ультразвуковой очистки, в том числе и для очистки деталей автомобиля. Введение ультразвуковых колебаний в жидкость позволяет не только ускорить процесс очистки, но и получить более вьсокув степень чистоты поверхности. Исследованиями доказано, что удаление загрязнений технологического и эксплуатационного характера с помощью ультразвука во многих случаях эффективнее, чем другими традиционными способами.

Существует большое число видов ультразвукового оборудования, которое, как правило, позволяет решить задачу очистки конкретной детали с присущими только ей конструктивными особенностями и загрязненностью поверхности. Вместе с тем детали автомобиля, подлежащие очистке, столь разнообразны по форме, размерам, характеристике загрязнений и требованиям к качеству очистки, что без построения специального алгоритма по выбору ультразвукового оборудования и технологических режимов решить задачу очистки не представляется возможным. Постановка для каждого типа деталей или узлов экспериментального исследования по определению оптимальных режимов обработки достаточно сложна и трудоемка. Системы автоматизированного проектирования ультразвуковых технологических процессов не разработаны, что объясняется практическим отсутствием имитационных моделей, адекватно описывающих процессы с учетом многообразия факторов. определяющих их эффективность. Таким образом, разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору технологии и оборудо-

1

вания для ультразвуковой очистки деталей является актуальной научно-технической задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На основе теоретических и экспериментальных исследований-разработать научно-технические рекомендации по выбору технологии и оборудования для ультразвуковой очистки деталей автомобилей. позволявшие определить оптимальные условия для решения конкретной технологической задачи.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработана имитационная модель процесса ультразвуковой-очистки. позволяющая исследовать процесс с учетом большого числа факторов, влияющих на конечньй результат.

Экспериментально исследована возможность использования для ультразвуковой очистки различного типа колебательных систем, в том числе боковой поверхности стержневых концентраторов. Проведено исследование эрозионной активности ультразвукового поля, создаваемого колебательными системами, в зависимости от различных акустико-технологических факторов.

Разработан алгоритм выбора технологии и оборудования для ультразвуковой очистки как в условиях эксплуатации, так и ремонта автотракторной техники.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основе предложенной имитационной модели"разраВотан~1ТроГра"ммньй продукт, позволяющий решить задачу очистки той или иной конкретной детали. Разработаны технологические приемы ультразвуковой очистки отверстий деталей. Показана возможность очистки грязеуловителей и маслоподводящих каналов коленчатых валов.

Разработана и внедрена технология и установка для ультразвуковой очистки деталей топливной, аппаратуры карбюраторных двигателей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались на Мея-дународной~научногтёхнической конференции "Ультразвук в технологии машиностроения-91" С г. Архангельск. 1991г. 3. на XI Всесоюзной акустической конференции Сг.Москва. 1991г.). на Республиканской научно- технической конференции "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин" Сг.Курган. 1991г.). на 48-й. 49-й. 50-й научно-исследовательских конференциях МАЛИ в 1989. 1990. 1991 гг.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 4 печатньи

работы и получен 1 патент на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести~гл1в7~основньк~вшодов~ списка литературы, 1 приложения, содержит 175 листов машинописного текста. 55 рисунков. 18 таблиц, список литературы из 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ анализируется общее состояние применения уль-тразвуковой~очйсткй при ремонте и эксплуатации автомобильной техники: рассматриваются вопросы, связанные с проведением операций очистки в ремонтном производстве и в сфере эксплуатации автомобильного транспорта; анализируются загрязнения эксплуатационного и технологического характера; оцениваются моющие среды, используемые для ультразвуковой очистки деталей; рассматривается технологическое оборудование для ультразвуковой очистки и особенности его использования для очистки сложнопрофильных деталей.

Загрязнения автомобилей и дорожных машин характеризуются особой сложностью и многообразием состава и свойств, что связано с природой и условиями образования загрязнений. Характеристика загрязнений наряду с конструктивными особенностями деталей является решающим фактором при выборе технологии и оборудования, предназначенных для очистки. Восстановление работоспособности автомобильных деталей в условиях эксплуатации и ремонта дало импульс к развитию множества методов и способов удаления загрязнений. Самым перспективным из них на сегодняшний день представляется способ ультразвуковой очистки: он позволяет получить высокую степень чистоты поверхности, значительно ускорить процесс очистки по сравнению с другими способами, использовать экологически чистые моющие растворы.

Анализ современного оборудования, применяемого для ультразвуковой очистки автомобильных деталей показал, что. как правило, оборудование недостаточно эффективно, имеются недостатки в конструкциях установок. В практике встречается большое число схем и вариантов очистки с использованием ультразвукового оборудования, которое связано с разнообразием конструктивных особенностей деталей автомобиля. Самыми распространенными схемами ультразвуковой

3

очистки являются: введение источника ультразвука в зону очистки; использование отраженных потоков; контактный метод; перемещение источника звука над поверхностью очистки или объектами очистки.

Анализ работ, рассматривающих повышение эффективности ультразвуковой очистки, позволяет выделить следующие основные направления интенсификации процесса ультразвуковой очистки в условиях эксплуатации и ремонта автомобильного транспорта:

обоснованный выбор колебательной системы и акустических режимов;

оптимизация относительного расположения источника ультразвуковых колебаний и объектов очистки;

перемещение очищаемых поверхностей относительно неподвижного источника колебаний;

подбор наиболее эффективной моющей среды; создание условий для усиления полезных эффектов, возникающих в жидкости при создании в ней ультразвукового поля.

Из проведенного анализа следует, что практически во всех опубликованных работах рассматриваются задачи повыиения эффективности процесса ультразвуковой очистки. Предлагаемые в литературе модели ультразвукового поля, к сожалению, не могут быть положены в основу разработки компьютерных систем выбора технологии очистки и соответствующего оборудования. Это объясняется тем, что имевшиеся в нашем распоряжении модели, как правило, соответствуют частным проявлениям процесса в заранее заданных условиях и позволяют определить влияние отдельных факторов на эффективность процесса только на качественном уровне, а в ряде случаев используют неправильные, с нашей точки зрения, физические представления о механизме удаления загрязнений с поверхности деталей.

В основе выбора технологии и оборудования для ультразвуковой очистки должна лежать имитационная модель, с одной стороны, в полной мере учитывающая современное представление о механизме процесса ультразвуковой очистки, а, с другой, адекватно описывающая влияние большого числа чисто технологических факторов, влияющих на конечньй результат.

Данное исследование направлено на разработку метода вьйора технологии и оборудования для ультразвуковой очистки деталей автомобиля в зависимости от большого числа факторов как акустического, 4

так и технологического характера. Для выполнения этой задачи <3ыла принята программа исследований, включающая:

теоретическое исследование отдельных параметров ультразвукового поля;

последовательную разработку имитационных моделей процесса ультразвуковой очистки;

экспериментальное исследование кавитационной области в зависимости от типа излучателей и конструктивных особенностей очищаемых деталей;

проведение технологических экспериментов; разработку метода выбора технологии и оборудования для ультрзвуковой очистки;

создание технологического оборудования для очистки автотракторных деталей.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ теоретически рассмотрены процессы, проте-касш5~прй~ультразвуновой очистке деталей. Дан анализ существующих моделей процесса ультразвуковой очистки от загрязнений эксплуатационного и технологического характера, в которых, как правило, учитываются в качестве определяющих два фактора, влияющих на эффективность процесса: амплитуда колебаний источника и продолжительность очистки. Последовательно рассмотрены предлагаемые имитационные модели, учитывающие и другие важные составляющие процесса ультразвуковой очистки.

Известно, что процесс очистки детали может быть разделен на два этапа:

1- бьстрое удаление основной массы загрязнений С ~ 80 'Л ) за - 5... 10 'А времени;

2- относительно медленное удаление оставшейся массы загрязнений.

На первом этапе в меньшей мере сказывается масштабный фактор (фактор удаления очищаемых участков детали от поверхности излучателя). Для этого этапа характерен практически одновременный съем загрязнений со всей поверхности очищаемого изделия. На втором этапе масштабный фактор проявляет себя в значительной мере, т.к. процесс очистки замедляется с удалением от поверхности излучателя.

В. М.Приходько предложена модель процесса ультразвуковой очистки, устанавливающая зависимость массы оставшегося загрязнения

5

О от времени I при постоянной амплитуде смещения излучателя

I1"«

-к-—-

0(1) = 0ое 1 а . ( 1 )

где (]0 - масса загрязнений к моменту начала очистки.

а, к - параметры, определяемые экспериментально на основе

статистической выборки. а - безразмерный параметр, а > 0. к - зависит от амплитуды смещения а, к >0, ( к ]=с Данная модель характеризует динамику процесса очистки, но не учитывает масштабного фактора, характера загрязнений, типа ультразвуковой колебательной системы.

Второй этап очистки, связанный, в первую очередь, с проявлением масштабного фактора, зависит от распределения энергии ультразвуковых колебаний в каждой точке озвучиваемой технологической жидкости и других характеристик акустического поля. Рассмотренная В.М.Приходько модель учитывает не все факторы, необходимо иметь в виду.- расположение детали в зоне обработки, форму источника колебаний, наличие близлежащих границ, вид технологической среды (моющий раствор), а также акустические режимы.

Акустические эффекты, проявляющиеся в озвучиваемой жидкости, в той или иной мере оказывают влияние на эффективность очистки и зависят от величины вводимой энергии и и ее распределения в объеме. Процесс очистки базируется на комплексном проявлении всех факторов, способствующих удалению загрязнений: кавитации, акустических течений, радиационного давления и пр. В основу разработанных моделей было положено утверждение

Э = вГСШ. ( 2 )

где Э - эффективность очистки С степень очистки д или время очистки I).

а - коэффициент пропорциональности, значение которого определяется конкретными условиями технологического процесса.

При распространении энергии в технологической среде происходит ее рассеяние и поглощение (диссипация) энергии. Область ка-6

витации - это нелинейная, стохастически активная среда, которая в каждой точке характеризуется плотностью энергии. Учтя наиболее существенные зависимости диссипации энергии от различных факторов, которые сопутствуют распространению ультразвуковых колебаний, можно моделировать энергетическое состояние того объема жидкости, в которьй была введена энергия. Локальная плотность энергии в каждом конкретном элементе озвучиваемого объема жидкости в конечном итоге определяет эффективность удаления загрязнения с поверхности изделия, которое помещено в этот объем.

В последовательно рассмотренных различных случаях вычислялась величина плотности энергии колебаний исг) в произвольной точке М. находящейся на расстоянии г от источника колебаний. В итоге получена зависимость иСг;а) для поршневого источника с плоской излучающей поверхностью (радиусом и цилиндрической ванны (радиусом

и1^(г;а] « IXг;а) ♦ 5 (ьм~*ис21 Ь-г;аЭ + Ь2,ЦС211.+Г:а)]. ( 3 3

1

где 11(г;а). = УдСаЗа2и2[1+Са-1)г(г-а)(УдСа) а2^)1"®]1"®. а - амплитуда колебаний источника; и - частота колебаний источника; а - безразмерный параметр. О < а;

- плотность среды на границе раздела "источник - среда" Сг=аЗ;

у - параметр 7 > 0. [ г Э = с г~1/2см~3/г; V - параметр, отражающий особенности излучателя; Ь - расстояние.от источника до границ ванны.

На рис.1 показан результат численного построения линий уровня для рассматриваемого случая при следующих исходных данных: У=10.

1.3. г= 0.01 с«г"1/2см-1. а= 12.3 мкм. цСа) = 0.111 г/см2. ы =.2л«22000 с'Ччастота излучателя 22 кГц).

Зависимость степени очистки от времени и расстояния до детали отражает следующее полученное выражение:

да.г)-100хГ1- ]. I > I . г > а. (43

»■100 •» *

где g(U - степень очистки изделия на момент I С/О;

gQ - степень очистки изделия на конец первого этапа;

,, ч fUCr;aD-45 k(r;a) - динамический параметр. k(r,a)= к(а) I-1 .

ß - эмпирический параметр (размерность

(ß]=[U(r;a)]), физический смысл параметра ß -плотность энергии в точке на расстоянии rQ от поверхности излучателя. 5 - параметр, отражающий влияние характера загрязнения. tg - время очистки, соответствующее д0. для данного значения а;

При t-H^ формула С 8 ) дает g(tfi)=g0 - степень очистки на конец первого этапа.

После проведения численного эксперимента (исходные данные W=10. а= 1.5. г= 0.01 сог"1/2см_1, a= 12.5 мкм, цг=0.82 г/см2, ^2=1600 см"1. 5=1. k(a)=0.1829 c"1/z. к=0.9. частота излучателя 22 кГц. ß=0.00045 Ил/см2) получена зависимость, приведенная на рис.2. Из результатов видно, что на втором этапе на время очистки

f-

■

V , )

V . J

V ' У

Рис.1. Линии уровня плотности энергии (10"3Дж/см2): 1 - 2,7610; 2 - 2,2088 ; 3 - 1.6566 10"3; 4 -1,1044 10"°; 5- 5.5220 10~3Дж/см2 8

Рис.2. Расчетная зависимость степени очистки от времени и расстояния: 1 - г=2 см; 2 - г = 4 см; 3 - г = 6 см

значительное влияние оказывает масштабный фактор. Кроме этого, влияние масштабного фактора может оказаться существенным при отсутствии первого этапа очистки Cgo=0, t-a=0) , например, в случае очистки от загрязнений прочносвязанных с поверхностью Срис. 3). Тогда формула С 4 ) примет вид

gCtD=100*/.Cl-e~2kCr-a:!tO'3). t 2 0. г > а. ( 5 )

На следующем этапе исследовалась зависимость времени очистки t , соответствующего степени очистки д, от амплитуды смещения а и масштабного фактора г. Из С 5 ) следует , что

V [С1п10°-1п2-5)-ЖгТат]2 С 6 3

Результаты вариаций значений параметров й. ^ и W. отражающих, соответственно, характер загрязнений, динамическую плотность озвучиваемой среды и особенности Спрежде всего мощность) источника. показаны на рис.4 и рис.S С на рисунках для удобства показано

относительное время очистки -г-*— D. Проведенные численные

эксперименты показали, что с ростом значений масштабного фактора г. значения адЦп амплитуды смещения, для которой время очистки I принимает минимальное значение, уменьшаются.

При проведении теоретических исследований, связанных с разработкой имитационных моделей процесса ультразвуковой очистки, использовался комплекс технических и программных средств на основе персонального компьютера IBM 386.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА. Рассматривались методические вопросы, касающиеся общёйзвёстных~схем оценки характеристик, используемых при работе с ультразвуковым оборудованием. Основное внимание уделено: амплитуде смещения рабочей поверхности источника колебаний: излучаемой акустической мощности; концентрации компонентов веществ в моющем растворе и его температуре.

Эрозионная активность оценивалась методом, основанным на разрушении фольги, образцов из сплава By да и олова. По разрушению алюминиевой фольги определялась топографическая картина воздействия кавитации. Количественной оценкой эрозионной активности ультразвукового поля служила убыль массы образца при определенной

9

100

7,4 10,1 13

Рис. 3. Расчетная зависимость степени очистки от времени при 9о-0. <у0

Рис.4. Расчетная зависимость относительного времени очистки от амплитуды колебаний 5 = 4, 900 см"1. V = 5

г,ихк

1 /г=2,5сх

\ / Г=1,5сьг,

/

II 1 II 1 I 1 1

Рис. 5. Расчетная зависимость относительного времени очистки от амплитуды колебаний й = 4. (£_,= 600 см"1. V = 10

6,5 10,5

18,4

л,мсм

длительности воздействия.

Эффективность ультразвуковой очистки оценивалась по интенсивности удаления слоя консистентной смазки с плоской поверхности.

Экспериментальные исследования проводились на специальных установках, источником узльтразвуковых колебаний на которых служили стержневые и кольцевые колебательные системы. Установки позволили проводить все виды работ, связанные как с испытанием ультразвуковых колебательных систем, так и с отработкой технологических режимов ультразвуковой очистки. Блок-схема экспериментального оборудования представлена на рис.6.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена экспериментальному исследованию акустических-и~тёхнологических факторов, а также различных схем ультразвукового воздействия на эффективность процесса ультразвуковой очистки различных деталей автомобиля.

В качестве объекта исследования был выбран коленчатый вал. Данная деталь характеризуется сложным профилем наружных и внутренних поверхностей с неравномерным слоем эксплуатационных загрязнений. Поэтому очистка таких деталей представляет наибольшую трудность. Методика проведения экспериментов предусматривала оценку степени очистки грязеуловителя как от реальных эксплуатационных загрязнений, так и модельных загрязнений различного вида.

На первом этапе исследования проводились с использованием стержневой колебательной системы по стандартной схеме Сизлучатель находился над зоной очистки). Результаты экспериментов показали

Рис. 6. Блок-схема

экспериментального

оборудования:

1 - ультразвуковая колебательная система;

2 - частотомер 43-33;

3 - вольтметр ВЗ-ЗЗ;

4 - задающий генератор ГЗ-ЗЗ;

5 - ультразвуковой генератор УЗГ5-1.6;

6 - электродинамический виброметр

И

некачественную очистку грязеуловителей от эксплуатационных загрязнений. Была удалена незначительная часть загрязнений с поверхности грязеуловителя. Это объясняется конструктивными особенностями поверхности грязеуловителя и особыми условиями формирования ультразвукового поля в зоне скопления загрязнений. Основная масса загрязнений оказывается вне кавитаиионной области стержневой колебательной системы. Частичная очистка достигается за счет отраженных потоков от более чистой поверхности грязеуловителя. Маслоподво-дяший канал, соединяющий коренную и шатунную шейки, в этих условиях не очищается.

На втором этапе исследования по очистке коленчатого вала проводились с использованием кольцевой колебательной системы. В этом случае получены качественные результаты. Получена полная очистка внутренней поверхности грязеуловителя и внешней поверхности коленчатого вала от всех видов загрязнений.

Таким образом, экспериментально показана возможность проведения качественной очистки коленчатых валов автомобильных двигателей с помощью ультразвукового метода.

С целью расширения технологических возможностей стержневых колебательных систем при очистке отверстий деталей проведены дополнительные экспериментальные исследования. Было установлено, что при заглублении стержневого ступенчатого концентратора в озвучиваемую жидкость более чем на 3-5 мм происходит образование кави-т'ционной области не только под рабочим торцек. но и около его боковой поверхности. Результаты проведенных экспериментов показали, что форма и локализация кавитационной области, образующейся у боковой поверхности, связяны с величиной амплитуды колебаний торца концентратора. Установлено, что развитие кавитационной зоны начинается при значениях амплитуды колебаний в 10-12 мкм и наибольшее проявление эрозионных эффектов наблюдается при значениях амплитуды смещения торца концентратора 25-35 мкм. Была показана возможность использования этого приема для очистки отверстий деталей.

Цель следующей серии экспериментальных исследований состояла в увеличении и активизации кавитационной области, формируемой вблизи боковой поверхности концентратора. Для этого был изготовлен стержневой волновод-концентратор с кольцевыми канавками на боковой поверхности. При работе такого излучателя торцевые стенки 12

кольцевых канавок совершают колебания вдоль его оси. коллинеарнье колебаниям рабочей торцевой поверхности. Изолируя с помощью резиновой накладки торцевую поверхность, можно добиться смещения активной зоны этого участка от центра к периферии, то есть приблизить ее к объекту очистки Сстенкам отверстия детали). При проведении сравнительных исследований по удалению слоя консистентой смазки с одной из стенок отверстия установлено, что использование такого способа доставки ультразвуковой энергии в 3 раза С рис.7) эффективнее по сравнению с использованием традиционного излучателя.

Для определения оптимальных режимов озвучивания в кольцевых преобразователях были проведены исследования, направленные на выявление зависимости эрозионной активности кавитационной области. создаваемой кольцевыми преобразователями, от времени озвучивания. излучаемой акустической мощности, пространственного расположения тест-объектов в объеме ультразвукового поля.

Изучение зависимости эрозионной активности ультразвукового поля от времени показало, что с увеличением времени озвучивания происходит дальнейшее уменьшение массы тест-объектов, причем эрозионная активность поля, создаваемого на частоте 8 кГц. проявляется в большей степени, чем на частоте 18 кГц. Ланная серия экспериментов проводилась при различных значениях акустической мощности. Получена зависимость эрозионных эффектов от величины вводимой акустической мощности.

Исследования зависимости эрозии от величины акустической мощности показали, что для колебательной системы ЦМС-8 диапазон значений Миэл. в котором эффект кавитационной эрозии проявляется наиболее сильно, составляет 550-600 Вт. для ЦМС-18 диапазон значений соответственно 600 - 700 Вт.

Известно, что кавитационная область в кольцевых преобразователях образуется в центральной зоне внутреннего объема излучателя. Специально проведенные эксперименты позволили определить геометрические размеры кавитационной области, создаваемой цилиндрической магнитострикционной системой ЦМС-8. Экпериментально установлено, что максимум эрозионной активности находится в центральной части преобразователя, уменьшение эрозии наблюдается с приближением к стенкам преобразователя, а также к его краям.

Анализ результатов экспериментов показывает, что зона разви-

13

той кавитации кольцевого преобразователя формируется в его центральной части в виде жгута, ограниченного цилиндром с диаметром 40-50 мм. Из полученных результатов также следует, что эрозия в верхней части озвучиваемого объема выражена сильнее, чем в нижней Срис.8). Это объясняется некоторым влиянием флотации пузцэьков.

С целью исследования зависимости эрозионной активности от частоты возбуждающего ультразвукового поля нами были проведены эксперименты на оборудовании с раэньш рабочими частотами. Эксперименты проводились на колебательных системах стержневого и кольцевого типа в режиме работы . который позволял получить удельную излучаемую мощность порядка 1 Вт/см2. Результаты экспериментов показали, что эрозионная активность растет с уменьшением рабочей частоты источника колебаний. На частотах 22 и 44 кГц. соответствующих стержневьм колебательным системам, наблюдается незна-

Рис.7. Зависимость времени удаления I слоя консистентной смазки от амплитуды смещений торца излучателя:1-традиционный излучатель. 2-излучатель с канавками

Рис.8. Эрозия тест-объекта 0 в кольцевом преобразователе ЦМС-8 в зависимости от его расположения по высоте излучателя Н и радиусу 1-{?= 60 мм. 2-(?= 40 мм.З-{?= 20 мм. 4-1?= О мм

чительное изменение эрозии образцов. Резкое повьмение эрозии регистрируется на частотах 18 и 8 кГц. максимальное значение выявлено на частоте 8 кГц. Кавитационная эрозия, создаваемая ультра-звуковьм полем, формируемым кольцевьми преобразователями, на два -три порядка выие. чем у стержневых систем. Результаты экспериментов показывапт. что при одинаковой удельной мощности, вводимой с единицы излучаемой поверхности источника, достигаются существенно разные по величине значения эрозии.

Выполненные эксперименты подтвердили, что с увеличением рабочей частоты излучателя эффективность кавитации уменьшается. Это обьяняется тем, что повышение частоты колебаний приводит к уменьшению максимального радиуса кавитационной полости при постоянном амплитудном значении звукового давления в результате сокращения времени действия растягивающих напряжений. Это. в свою очередь, ведет к повьшению давления парогазовой смеси к началу фазы захлопывания.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ проведены инженерное обоснование выбора ультра-звуковоРо~способа~очистки. общие положения по выбору технологии и оборудования для ультразвуковой очистки, разработана структура программного продукта и даны рекомендации по работе с ним.

Инженерное обоснование, базирующееся на исследовании перспективности различных способов очистки автомобильных деталей показало, что рассчитанные показатели, полученные при использовании ультразвукового способа превыиают показатели при других, традиционных способах очистки Сщелочными составами: в синтетических моющих средствах; очистка в растворяюще-эмульгирующих средствах).

В используемой методике определения перспективности способов очистки не были приняты во внимание следующие характеристики процесса-.

время достижения заданной чистоты поверхности исследуемьм способом очистки;

гибкость технологических режимов данного способа;

возможность совмещения технологических элементов данного способа с другими операциями (например с разборкой).

Учет отмеченных особенностей технологического процесса дополнительно увеличивает преимущества ультразвукового способа очистки.

Основными факторами, оказывающими влияние на вьшр технологии

15

и оборудования для ультразвуковой очистки, являются; 1) вид загрязнения детали: 23 степень загрязненности поверхности детали; 3) конструктивные особенности очищаемого изделия. Оптимальный подход к решению задачи ультразуковой очистки конкретной детали связан с тем. что сначала нужно оценить загрязнение детали. Определение вида и свойств загрязнений, величины и масштабов загрязненности поверхности может дать ответы на следующие вопросы:

какой механизм очистки необходимо применить; какую мощность ультразвукового поля нужно создать в технологическом объеме. Свойства загрязнения в наибольшей степени определяют выбор акустических режимов и технологических жидкостей.

Из конструктивных особенностей очищаемых деталей, определяющих тип источника ультразвуковых колебаний, необходимо назвать; габариты, пространственное расположение элементов конструкции, наличие отверстий и полостей. В зависимости от конструктивных особенностей назначают и технологические режимы. Вместе с тем необходимо отметить, что тот или иной из рассмотренных факторов может оказать определяющее значение при выборе технологии и оборудования.

Решение вопроса об оптимальном выборе ультразвукового оборудования зависит прежде всего от правильности выбора ультразвуковой колебательной системы.

Известно три основных вида ультразвуковых колебательных систем; плоскостные, стержневые и цилиндрические. Они отличаются друг от друга интенсивностью излучения, масштабным формированием ультразвукового поля и др. Главным с точки зрения очистки представляется наличие кавитационной области и ее размеры для реализации эрозионного механизма очистки, а также безэрозионной зоны для потоковой очистки. Размеры очищаемой поверхности С с учетом вида загрязнений ) определяют размеры требуемой зоны очистки ультразвукового поля, которье. в свою очередь, определяют размеры необходимой поверхности излучения и тип колебательной системы. Кроме того, размеры объекта очистки могут определить возможную схему очистки, т.е. взаимное расположение объекта очистки и инструмента и их перемещение.

16

Рассмотренные во второй главе модели легли в основу разработанного программного продукта по моделирование процесса ультразвуковой очистки конкретной детали Сзаданной формы).

Процесс выбора технологии и оборудования для ультразвуковой очистки деталей автомобиля в программном продукте предлагается вести в последовательности, представленной на рис. 9.

Проведенный анализ показал, что существует множество типов размеров и форм деталей автомобиля. Создавать банк данных на каждый класс и размерную группу деталей затруднительно и нерационально, поэтому нами было решено проводить ввод конструктивных особенностей деталей путем их индивидуального графического построения на координатных осях. С нашей точки зрения это более удобно. кроме того, такой ввод позволяет оттенить особенности конструкции каждой детали, что с точки зрения очистки очень важно, так как имеющиеся классификации деталей часто не учитывают индивидуальность объектов очистки.

Основной задачей разрабатываемого метода моделирования процесса очистки является оказание помощи инженеру-технологу. в определении оптимальной схемы очистки конкретной детали и соответствующего оборудования при использовании выданных компьютером рекомендаций.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ рассмотрена практическая реализация результатов иТхлёдованШГ Представлены технологический процесс очистки деталей карбюраторов, разработанное технологическое оборудование и оснастка. Разработана, спроектирована и изготовлена установка, которая может быть использована на ремонтных заводах, а также на эксплуатационных предприятиях при текущем ремонте автотракторной техники. Ланная установка внедрена на Московском авторемонтном заводе № 6.

Проведены расчеты затрат С в ценах 1990 г.) на очистку 1 тонны изделий Сдетали карбюратора) при использовании струйного метода очистки, метода динамического перемещения деталей и ультразвукового способа очистки, которые соответственно равны 16,7 ; 10,7 и 11.2 Сруб./т). Следует также отметить, что использование ультразвукового способа предполагает индивидуальную очистку каждой очищаемой единицы, что дает выигрьш в качестве очистки.

Приведен сравнительный расчет себестоимости очистки одного

17

Рис. 9. Алгоритм выбора технологии и оборудования ультразвуковой очистки

комплекта деталей карбюратора при использовании различных ультразвуковых колебательных систем: плоскостной, стержневой и кольцевой. Себестоимость очистки одного комплекта деталей карбюратора при использовании ультразвуковой колебательной системы кольцевого типа составила 0.2 рубля. При использовании установок с плоскостными и стераневыми колебательными системами себестоимости очистки соответственно равны 0.4 и 0.2 руб./компл. Качественное снижение себестоимости очистки складывается из снижения трудоемкости процесса. Количественное снижение себестоимости включает в себя значительное улучшение качества очистки, повыиение культуры производства и исключение из технологического процесса очистки небезопасных с экологической точки зрения моющих сред.

ВЫВОДЫ

1. Создание совершенных технологических процессов очистки деталей автомобилей, дорожных машин и других транспортных средств как в процессе ремонта, так и в процессе эксплуатации является и на сегодняшний день актуальной задачей. Сравнение различных методов очистки на основе методики инженерного прогнозирования показывает перспективность использования ультразвукового способа.

2. Анализ литературных материалов показал, что в последние десятилетия достигнут определенный уровень научных и технологических разработок в области ультразвуковой очистки. Существующие подходы к выбору технологии и оборудования для ультразвуковой очистки, как правило, не учитывают многофакторной зависимости конечного результата очистки от различных начальных условий: конструктивных особенностей объектов очистки, вида загрязнений, характеристик ультразвукового оборудования. Оптимизация этой задачи предполагает создание имитационной модели, адекватно описывающей процесс очистки с учетом большого числа факторов.

3. На основе последовательного рассмотрения имитационных моделей затрат энергии ультразвукового поля в озвучиваемом объеме технологической жидкости построена обобщающая модель энергетического состояния поля в зависимости от амплитуды колебаний источника, масштабного фактора, наличия близлежащих границ, плотности озвучиваемой среды.

4. Полученные на основе теоретических исследований имитационные модели процесса ультразвуковой очистки положены в основу

19

разрабатываемой системы автоматизированного проектирования специализированных технологий и оборудования.

5. Исследование эрозионных эффектов ультразвукового поля, создаваемого разночастотными С 44, 22, 18 и 8 кГц) ультразвуковыми инструментами, показало, что величина кавитационной эрозии зависит от частоты возбуждаемого поля. С уменьшением частоты кавитационного поля эрозия увеличивается и для исследуемых частот имеет максимум на частоте 8 кГц.

6. Для кольцевых колебательных систем определены интервалы излучаемой акустической мощности, соответствующие наибольшему проявлению кавитационной эрозии Сдля ЦМС-8 550-600 Вт. для ЦМС-18 600-700 Вт). Для наиболее эффективной колебательной системы ЦМС-8 определена топография эрозионных эффектов кавитационной области.

7. Экспериментально исследована кавитационная область у боковой поверхности концентратора стержневой колебательной системы. Показана возможность увеличения и активизации зоны очистки при использовании стержневого волновода - концентратора с кольцевыми канавками на боковой поверхности. Работа такого инструмента позволяет значительно повьсить эффективность процесса ультразвуковой очистки отверстий. На данный способ ультразвуковой очистки получен патент на изобретение.

8. На основе проведенных экспериментальных исследований эрозионной активности ультразвукового поля, создаваемого различными видами ультразвукового оборудования, разработаны технологические рекомендации по очистке коленчатых валов.

9. Разработан программный продукт, предназначенный для моделирования процесса ультразвуковой очистки конкретной детали, позволяющий учитывать следующие особенности процесса очистки: свойства технологической жидкости, границы технологической ванны, режим работы ультразвукового инструмента, взаимное расположение объекта очистки и источника колебаний, конструктивные особенности объекта очистки.

10. Разработан технологический процесс, спроектирована и изготовлена установка для ультразвуковой очистки деталей топливной аппаратуры карбюраторных двигателей. Установка внедрена на Московском авторемонтном заводе №6.

11. Показана экономическая эффективность использования

ультразвукового способа очистки деталей по сравнению с другими способами очистки. Расчет затрат на очистку 1 комплекта деталей карбюратора при использовании различных ультразвуковых инструментов показал целесообразность применения колебательных систем стержневого и кольцевого типа.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Багров И.В.. Приходько В.М. К вопросу об ультразвуковой очистке сложнопрофильных деталей: "Депонированные научные работы". М. : ВИНИТИ.ШС2415.1991.С.68.

2. Опыт внедрения технологии и оборудования для ультразвуковой очистки в основном и ремонтном производстве//Ультразвук в технологии машиностроения-91: Меня, научн. -техн.конф. / В.М.Приходько. Б.А.Кудряшов. И.В.Багров. Архангельск.: Севмашвтуз. 1991. С. 229-232.

3. Елизаров В. А.. Приходько В. М. . Багров И. В. Исследование факторов, определяющих эффективность ультразвуковой разборки и очистки сборочных единиц: XI Всесовзн.акуст.конф. Секция Н. М.: С. 19-22.

4 Б.А.Кудряшов. В.А.Елизаров. И.В.Багров Ультразвуковая моечная машина. Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин. Тез. докл. респ. науч. -тех. конф. Курган ,1991. С. 51-53.

5. Патент 2000859 РФ МКИ В 08 В 3/12. Способ ультразвуковой очистки отверстий / В. М. Приходько, Ю. Н. Калачев, И. В. Багров . СРФЭ. -4с.

МАМ ».1Й9 г.70 06.1)6.Жг.