автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологии и оборудования для ультразвуковой очистки корпусных деталей автотракторных двигателей

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005541980

Москва - 2013

005541980

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

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

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор

Приходько Вячеслав Михайлович

Карагодин Виктор Иванович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», декан заочного факультета

Митрофанов Владимир Георгиевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», профессор кафедры «Автоматизированные системы обработки информация и управления»

ОАО «Первый автокомбинат» имени Г. Л. Краузе

Защита диссертации состоится «12» декабря 2013 г., в 16.00 часов, на заседании диссертационного совета Д212.126.03 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан «/сГ» ноября 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета МАДИ.

Ученый секретарь диссертационного

совета д. с. Фатюхин

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Конкурентоспособность автотракторной техники напрямую зависит от срока службы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). От качества их изготовления и обслуживания зависят надежность, экономичность, минимизация негативных экологических последствий эксплуатации. Наиболее сложными узлами ДВС с точки зрения изготовления и материалоемкости являются корпусные изделия. Для них, как и для других деталей двигателя, наряду с требованиями точности не менее важными являются требования промышленной чистоты. Образование загрязнений на рабочих поверхностях в процессе изготовления и эксплуатации приводит к ускоренному износу пар трения, засорению масляных каналов и, как следствие, к снижению и даже потере работоспособности.

Из-за высокой стоимости корпусных деталей технологии, позволяющие продлить их срок службы или вернуть в повторную эксплуатацию, экономически эффективны и востребованы. Современные технологии восстановления деталей машин позволяют достичь нормативных эксплуатационных показателей. В процессе изготовления новых и восстановления изношенных корпусных деталей ДВС исключительную роль играют моечно-очистные технологии. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их большими размерами, конструктивной сложностью, наличием большого количества различных сквозных и глухих отверстий, каверн и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки корпусных деталей ДВС является ультразвуковой. Ультразвуковая очистка — широко известный метод удаления с поверхности деталей загрязнений, она, что особенно важно, обеспечивает высокую производительность и качество очистки поверхности, а также позволяет исключить из технологического процесса пожаро- и взрывоопасные моющие среды, повысить общую культуру производства. Вместе с тем, очистка корпусных деталей ДВС, в том числе с использованием ультразвука, представляет проблему, не решенную в полной мере до настоящего времени.

Цель работы: разработка эффективной технологии очистки корпусных деталей ДВС с использованием ультразвука.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: обоснование эффективности применения ультразвуковой очистки для обеспечения промышленной чистоты корпусных деталей ДВС;

выявление основных акустико-технологических факторов, определяющих эффективность ультразвуковой очистки, и их оптимизация;

• разработка научно-технических решений, обеспечивающих повышение качества ультразвуковой очистки;

• разработка технологии и оборудования ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС.

Объекты исследования - корпусные детали автотракторных двигателей: блоки цилиндров, головки блоков цилиндров.

Методика исследований включала теоретическое и экспериментальное исследование воздействия ультразвуковой жидкостной обработки на удаление загрязнений с поверхности объектов исследования.

Научная новизна:

экспериментально исследована топография кавитационного воздействия различных ультразвуковых излучателей: цилиндрического, пластинчатого, стержневого, что позволило выявить высокую эффективность применения последних;

- разработана математическая модель, описывающая процесс удаления загрязнения с поверхности очистки, связывающая амплитуду колебаний, расстояние от излучателя до очищаемой поверхности, эффективную площадь излучателя и скорость его перемещения относительно детали. Полученная теоретическая модель подтверждается экспериментальными данными;

- найдены зависимости влияния концентрации химических компонентов и температуры моющего раствора на динамику процесса ультразвуковой очистки.

Практическая ценность:

- предложен комплекс измерительных средств на основе концепции виртуальных приборов, позволяющий проводить многофакторный контроль процесса очистки;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана управляющая программа очистки корпусных деталей ДВС;

- разработана установка пространственной очистки корпусных деталей двигателя;

- разработана система автоматизации процесса ультразвуковой очистки.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме

диссертационной работы докладывались на 69, 70, 71 учебно-методических конференциях МАДИ в 2011, 2012, 2013 гг.; на XV Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и роботехнические комплексы» (г. Москва -2011); на 24,25 сессиях Российского Акустического общества (г. Саратов -2011, г. Таганрог - 2012); на 11, 12, 13 Международном научно-техническом семинаре «Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте» (г. Свалява - 2011, 2012, 2013); на научно-практической конференции «Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо-и энергосбережении» (г. Одесса - 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 статей, из которых 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников в количестве 127

наименований. Работа изложена на 182 страницах основного текста, содержит 93 рисунка и 14 таблиц.

На защиту выносится:

- обоснование эффективности применения ультразвуковых технологий для очистки корпусных деталей автотракторных двигателей;

- математические модели ультразвуковой очистки перемещающимся излучателем;

- результаты исследований по влиянию акустико-технологических факторов на эффективность ультразвуковой очистки;

- разработанные в результате исследований технология и оборудование ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается возможность увеличения срока службы корпусных деталей ДВС за счет применения современных моечно-очистных технологий, проведен аналитический обзор научно-технических источников информации по эффективности применения ультразвуковых технологий для обеспечения промышленной чистоты корпусных деталей автотракторных двигателей.

В процессе изготовления корпусные детали ДВС подвергаются различным видам технологических операций, при выполнении которых возникают различные загрязнения: продукты обработки лезвийным инструментом, пленка эмульсии смазочно-охлаждающих средств, остатки от доводочных и притирочных паст, шаржированные частицы при выполнении финишных отделочных операций. Остатки технологических загрязнений ухудшают качество сборки изделия и в последствии оказывают существенное влияние на срок его службы.

Условия работы ДВС в целом и корпусных деталей в частности приводят к образованию различных видов эксплуатационных загрязнений, которые представляют собой сложные продукты взаимодействия как органических, так и неорганических соединений, различных по природе образования и условиям формирования: лаки, нагары, накипь, осадки и др. Образующиеся в процессе эксплуатации загрязнения приводят к ухудшению эксплуатационных свойств, повышенному износу трущихся сопряжений, а при поступлении детали в ремонт они препятствуют качественному выполнению операций дефектовки и восстановления.

Анализ применяемых технологий и оборудования выявил технологическую и экономическую эффективность применения ультразвуковой очистки для корпусных деталей ДВС. При ультразвуковой очистке за счет возникновения ряда специфических эффектов, таких как кавитация, акустические течения разного масштаба, ускорение протекания химических процессов происходит разрушение, отслоение, растворение и удаление пленки загрязнений с поверхности деталей.

Широкому использованию ультразвука в машиностроении в нашей стране способствовали работы Л.Д. Розенберга, A.C. Бебчука, М.Г. Сиротюка, В.И. Башкирова, Ю.И. Китайгородского, Б.А. Аграната, В.А. Акуличива, В.Ф Казанцева, JI.O. Макарова и др. Отдельное направление применения технологического ультразвука - высокоамплитудная очистка, создателями и исследователями которой являются ученые лаборатории ЛЭФМО кафедры ТКМ МАДИ А.П. Панов, Т.Н. Иванова, В.М. Приходько и др.

Как показал анализ литературных данных, ультразвуковая очистка является сложным, многофакторным процессом и, в этой связи, требуется создание автоматизированной системы управления технологическим процессом, которая позволит контролировать и поддерживать режимы обработки в оптимальных значениях.

Несмотря на явные преимущества ультразвуковой очистки, ее широкому промышленному применению препятствует недостаточная эффективность имеющегося оборудования, его высокая энергоемкость, а также отсутствие автоматизации.

Во второй главе рассматриваются методические аспекты работы. Приведены способы оценки технологических характеристик процесса очистки: производительности, продолжительности, энергоемкости, качества. Решающее влияние на эффективность процесса ультразвуковой очистки оказывают акустико-технологические факторы: амплитуда и частота колебаний излучателя, физико-химические свойства моющей среды, такие как температура, химическая активность, вязкость, плотность.

Амплитуда, частота колебаний торца излучателя и температура моющей среды контролировались с использованием комплекта измерительных виртуальных приборов на основе анализатора спектра ZETLAB А-19, измерительных датчиков и персонального компьютера.

Физико-химические характеристики моющей среды, такие как плотность, вязкость, концентрация активных компонентов контролировалась соответственно при помощи ареометра АОН-1, вискозиметра Fungilab EXPERT L, электронных весов AND GF-1000.

Как показано в результатах многих исследований, основным фактором, определяющим эффективность ультразвуковой очистки, является эрозионная активность кавитационной области, формирующаяся в поле ультразвуковой колебательной системы (УЗКС). Оценка эрозионной активности кавитационной области проводилась интегральными методами по разрушению модельных загрязнений и твердых тел в кавитационном поле по убыли массы и площади повреждений. В качестве модельных загрязнений использовались канифоль и графитная консистентная смазка. Исследование эрозионной активности по убыли массы проводилось с использованием эрозионных тест-объектов в виде алюминиевых цилиндров. Масштаб эрозионного воздействия, а также топография кавитационной области оценивались по площади и характеру повреждений алюминиевой фольги. Для совокупной оценки кавитационных эффектов использовался комплексный

подход, состоящий в применении одновременно нескольких способов контроля.

В работе предложена оригинальная методика оценки эрозионных повреждений алюминиевой фольги, заключающаяся в определении площади ее повреждений с использованием программ обработки изображений.

Оценка по убыли массы и площади повреждений тест-объектов проводилась с целью определения влияния акустико-технологических факторов на топографию кавитационной области.

Для уточнения технологических режимов проводились эксперименты по очистке реальных объектов на режимах, определенных при использовании тест-объектов.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования влияния физико-химических свойств моющих средств на динамику процесса ультразвуковой очистки, исследована эффективность применения различных колебательных систем для очистки корпусных деталей ДВС, определено влияние таких факторов, как амплитуда колебаний излучателя, расстояние между излучателем и обрабатываемой поверхностью, скорости перемещения излучателя на удаление модельных загрязнений и эрозионную активность кавитационной области.

Физико-химические свойства моющей среды оказывают немаловажное влияние на эффективность кавитационного воздействия. Экспериментальные исследования жидкостей с различной плотностью и вязкостью позволили определить эффективный диапазон вязкости от 1 до 30 сПз, плотности от 1000 - 1200 кг/м3, в котором эрозионная активность ультразвукового поля максимальна. На основании проведенных исследований в качестве эффективной моющей технологической среды выбран водный раствор КазР04*12Н20, обладающий высокой моющей способностью, отсутствием токсичного действия на окружающую среду, пожаро- и взрывобезопасностью. Эффективная концентрация ЫазР04*12Нг0 и температура моющей среды определяясь по максимальной эрозионной активности (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость эрозионных повреждений алюминиевой фольги от: а) концентрации №зР04*12Н20 (Т=20°С); б) температуры моющего раствора (концентрация ЫазР04*12Нг0 - 20 г/л)

На высокоамплитудном режиме обработки > 12,5 мкм) (рис. 1) наблюдается высокая эрозионная активность кавитационного поля при повышении концентрации На3Р04*12Н20 до значения 20 г/л и температуры моющей среды до 60°С. Увеличение концентрации Ка3Р04*12Н20 свыше 20 г/л и температуры 60°С приводит к уменьшению кавитационной эрозии, что, с нашей точки зрения, связано с увеличением давления насыщенных паров. Для обеспечения высокой эрозионной и химической активности принята концентрация Ыа3Р04*12Н20 20 г/л и температура моющего раствора 50 -60°С.

В работе проведен выбор технических решений, позволяющий обеспечить эффективную очистку корпусных деталей автотракторных двигателей. Экспериментально исследовались топографии ультразвукового поля цилиндрических, пластинчатых и стержневых излучателей.

Цилиндрические излучатели ЦМС-8 обладают высокой эрозионной активностью ультразвукового поля в области, сконцентрированной вблизи оси излучателя. Однако, небольшой диаметр излучателя, конструктивно связанный с резонансной частотой, не позволяет использовать цилиндрические преобразователи для очистки корпусных деталей ДВС, обладающих, как правило, большими размерами.

Исследование топографии кавитационной области пластинчатого излучателя ПМС-2,5-18 выявило неравномерность распределения эрозии по площади излучающей пластины. Максимальная эрозионная активность наблюдается в непосредственной близости к излучающей пластине и уменьшается при отдалении тест-объекта. Потребляемая мощность преобразователя ПМС-2,5-18 составляет N — 2,5 кВт, при этом удельная

Вт

акустическая мощность Л/уД не превышает 3 —. Обеспечить равномерное воздействие кавитации при очистке плоскостными излучателями возможно за счет перемещения поверхности очистки относительно излучателя. Подобная схема приведет к увеличению требуемого эффективного объема технологической ванны, повышению энергозатрат и продолжительности очистки.

Эрозионная активность стержневого преобразователя, изготовленного в ЛЭФМО МАДИ, максимальна в непосредственной близости к излучающей поверхности и сосредоточена в пределах эффективной площади излучателя. Стержневая УЗКС позволяет вести обработку на низкоамплитудном и высокоамплитудном режимах излучения, обладает удельной мощностью

Вт

излучения Л/уд до 50— при потребляемой мощности /V — 1,5 кВт. Также одним из преимуществ стержневых УЗКС является возможность использовать сменные инструменты, позволяющие осуществлять специальные технологические операции, к примеру, очистки отверстий. Основным недостатком использования стержневой УЗКС для очистки корпусных деталей двигателя является небольшая площадь излучателя.

Предлагается для очистки корпусных деталей ДВС, использовать динамический режим обработки, когда стержневая УЗКС перемещается относительно поверхности очистки. Последовательное локальное воздействие ультразвукового излучателя позволяет обеспечить заданное качество, высокую производительность и энергоэффективность операции очистки.

Рассмотрим одномерную математическую модель перемещения прямоугольного излучателя длиной Ь и шириной В с постоянной скоростью V вдоль поверхности очистки длиной а, на которой находится равномерный слой загрязнений О с относительной приведенной плотностью начального

г с

загрязнения и0 = -.

Целью построения модели является выявление зависимости количества удаляемого загрязнения с поверхности за один проход инструмента от амплитуды колебаний торца излучателя, расстояния и скорости перемещения излучателя.

Процесс очистки описывается дифференциальным уравнением (1), полученным Приходько В.М. для неподвижного положения излучателя. Справедливость выражения (1) для очистки перемещающимся излучателем выявлена из анализа литературных источников, а также экспериментальных исследований.

с(С _ 1

— --КСост—, (1)

где йС-масса удаляемого загрязнения,

С0СХ-масса оставшегося загрязнения,

т- локальное время очистки.

Коэффициент К определяет относительную эрозионную активность ультразвукового поля, создаваемого стержневой УЗКС, от амплитуды колебаний торца излучателя (рис. 2), а также расстояния от излучателя до поверхности очистки. При определении коэффициента К тест-объект устанавливался на расстоянии 5 мм до излучателя.

5 10 15 20 25 30

Амплитуда мкм

Рис. 2. Экспериментальная зависимость коэффициента К от амплитуды

колебаний

В начальный момент времени левый край излучателя имеет координату х = 0, конечное положение излучателя характеризуется координатой левого края излучателя х = а — Ь. Рассмотрим процесс очистки загрязненной поверхности, разделив его на три участка (рис. 2).

\/=согЫ

Лх

ЗП

Очищаемая поверхность ,1 участок

\/=сопз1

1 Очищаемая поверхность

2 участок

Очищаемая поверхность

I

3 участок

а) б) в)

Рис. 3. Схема математической модели: а) первый участок очистки; б) второй участок очистки; в) третий участок очистки

На первом участке (рис. 3, а) излучатель только начинает свое движение, значение координаты х находится в интервале 0 < х < I и количество удаляемых загрязнений возрастает.

Интегрируя (1) и проводя соответствующие математические преобразования, получим количество удаляемого загрязнения на Мг первом участке (2):

М,

■■ I с(х)(1х =б0(1-К

1-е

+ 1)

2 К2

-)

(2)

На втором участке (рис. 3, б) количество удаляемых загрязнений стабилизируется, оно прямо пропорционально длине участка. Загрязнение М2, удаленное на втором участке, определяется по формуле (3):

М2 = б(х)(а - 21) = б0(1 - е'2К^)(а - 21) Третий участок математической модели (рис. 3, в) определяется текущей координатой левого края излучателя из условия а — 2Ь < х < а ~ I.

Загрязнение М3, формуле (4):

Динамика

удаляемое на участке от [а-21-,а-1], можно найти по

а-ь

М3 = |

(4)

а-21

очистки на третьем участке является симметричным отражением очистки на первом участке, исходя из этого, М3 — М1.

Полное загрязнение М, удаляемое на всей длине поверхности, равно М = 2 М1 + М2 ив общем виде определяется по формуле (5):

М= 2 С0 I- V -

■И

+С0(1

)(а-2/,)

Разработанная математическая модель проверялась экспериментально. Обработка проводилась перемещающейся со скоростью У= 6 мм/с стержневой УЗКС на низкоамплитудном режиме обработки при амплитуде колебаний излучателя ( = 5 мкм и высокоамплитудном при ( = 20 мкм на различных расстояниях от излучающей поверхности до тест-объекта (рис. 4).

25 40

Расстояние от эрозионного теста до торца излучателя, мм

Рис. 4. Зависимость площади эрозионных повреждений тест-объекта при перемещении излучателя со скоростью 6 мм/с от амплитуды колебаний и

расстояния

Площадь повреждений алюминиевой фольги при высокоамплитудном режиме обработки существенно больше (при расстоянии 5 мм более чем в 3,5 раза), чем при обработке на низкоамплитудном режиме. Вызвано это присутствием большего количества кавитационных пузырьков при высокоамплитудном режиме обработки, воздействующих более активно и, как следствие, оставляющих больше повреждений на тест-объекте. Исходя из этого, можно сделать вывод, что технологически эффективно применять высокоамплитудный режим обработки для очистки корпусных деталей ДВС.

Исследование технологических возможностей перемещающегося излучателя проводилось в диапазоне скоростей от 6 до 50 мм/с (рис. 5).

" 5 10 15 25 40

Расстояние от эрозионного теста до торца излучателя, мм

Рис. 5. Изменение эрозии высокоамплитудного режима обработки от скорости перемещения излучателя и расстояния до излучателя

Максимальные значения эрозии наблюдаются при минимальном расстоянии до тест-объекта, что вызвано образованием зоны развитой кавитации, расположенной в непосредственной близости к поверхности излучателя.

Исследование комплексного влияния таких факторов, как амплитуда колебаний скорость перемещения излучателя V, расстояние от излучателя до поверхности очистки И на продолжительность процесса очистки проводилось с использованием методики планирования многофакторных экспериментов с целью получения уравнений регрессии.

Значения начальных параметров, интервалы варьирования и установленные уровни приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Исследуемые факторы £ мкм V, мм/с И, мм

Основной уровень (0) 20 18 10

Интервал варьирования (I) 7 8 5

Верхний уровень (+1) 27 26 15

Нижний уровень (-1) 13 10 5

Звездная точка +а, (+1,682) 32 31 18

Звездная точка -а, (-1,682) 8 5 2

Проведенные согласно плану эксперимента математические расчеты позволили получить уравнение регрессии в натуральных значениях:

£ = 321,76 - 16,58£ - 5,93V - 9,47/1 + О,ЩУ + О+ 0,07УН +

+0,25{2 + 0,06К2 + 0,29/г2 }

Максимальная величина коэффициентов регрессии в уравнении (6) находится при амплитуде колебаний излучателя и расстоянии от излучателя до поверхности очистки. Из чего следует, что они оказывают наибольшее влияние на продолжительность очистки. Известно, что с увеличением амплитуды происходит сужение зоны развитой кавитации и она начинает прилегать ближе к излучателю, поэтому совместное увеличение амплитуды и расстояния вызывает повышение продолжительности очистки. Минимальное время очистки достигается при увеличении амплитуды и уменьшении расстояния.

Графическая зависимость продолжительности очистки от амплитуды колебаний и расстояния представлена на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость продолжительности очистки г от амплитуды колебаний и расстояния /г при У= 7 мм/с Дифференцирование выражения (6) по независимым переменным позволило определить оптимальные значения факторов: Е =29 мкм

мм 0ПТ

V =7—, к =9 мм.

опт с ' опт

Корпусные детали ДВС, как правило, имеют развитую сеть каналов и внутренних полостей. Экспериментальное исследование существующих схем очистки отверстий (рис. 7) выявило высокую эффективность применения перемещающегося излучателя с подачей струи моющей жидкости через его рабочую часть (рис. 7, б). Такой технологический прием позволяет увеличить скорость очистки в 1,5 раза по сравнению с очисткой штырьковым излучателем (рис. 7, а) и в 2,5 раза при очистке простым ступенчатым излучателем (рис. 7, в).

а) б) в)

Рис. 7. Схемы проведения ультразвуковой очистки отверстий: а) штырьковым излучателем; б) излучателем с подачей моющей жидкости; в) ступенчатым излучателем: 1 -излучатель; 2 - технологическая ванна; 3 - очищаемый объект; 4 - моющая жидкость; 5 - канал подачи моющей жидкости; 6 - зона развитой кавитации

Скорость потока технологической жидкости влияет на топографию ультразвукового поля. Увеличение скорости потока вызывает перемещение в

глубь технологического объема эрозионноактивной области, что обуславливает изменение топографии ультразвукового поля.

В четвертой главе рассматриваются вопросы автоматизации технологии и оборудования для очистки корпусных деталей ДВС и технико-экономический эффект от внедрения.

Основные этапы создания автоматизированной системы ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС:

- разработка аппаратно - программного комплекса, обеспечивающего возможность выбора технологии для конкретного объекта обработки, поддержание заданного режима работы колебательной системы, отображение технологических параметров обработки в режиме реального времени;

- разработка и создание технологической установки, обеспечивающей координатное перемещение ультразвукового излучателя в соответствии с профилем очищаемой поверхности;

- разработка управляющей программы для обеспечения работы установки при управлении процессом от внешнего персонального компьютера.

Аппаратно - программный комплекс содержит информацию о наименовании детали, маркировке или модели детали, изображении объекта обработки, размере детали, материале детали, конструктивных особенностях, схеме ультразвуковой обработки, технологическом оборудовании, моющем

Рис. 8. Экраны программы "Управление и мониторинг работы ультразвуковой установки": а) выбор параметров с помощью базы данных; б) управление рабочими параметрами

Разработанная установка ультразвуковой очистки (рис. 9) позволяет обеспечивать подобранные оптимальные технологические режимы путем числового программного управления перемещения УЗКС.

Конструкция включает в себя технологическую ванну 1, каркас 2 и 3 из облегченного алюминиевого профиля, а также смонтированные на нем приводы продольного 4, поперечного 5 и вертикального 6 перемещения излучателя 7 над поверхностью очистки 8.

Рис. 9. Внешний вид в сборе установки координатной ультразвуковой очистки:

1 - технологическая ванна;

2 - каркас нижнего блока;

3 - каркас верхнего блока;

4 - привод продольного перемещения излучателя;

5 - привод поперечного перемещения излучателя;

6 - привод вертикального перемещения излучателя;

7 - УЗКС;

8 - поверхность очистки

Этапы управления рабочим органом представлены на рис. 10.

Рис. 10. Этапы управления УЗКС

В САБ-системе создается объемная модель очищаемой детали (рис. 11.а). Далее модель импортируется в САМ-систему, в которой происходит формирование УПО. В САМ-системе задается стратегия обработки, скорость перемещения излучателя, величина технологического зазора между излучающей и очищаемой поверхностями, а также профиль поверхности очистки, по которому программа производит расчет траектории перемещения излучателя (рис. 11.6).

... _ ......... ... , , ■ Д'ъ.»*» . . , . щ........

а) б)

Рис. 11. Создание ЗБ-модели объекта (а) и выбор параметров обработки (б)

При создании технологии ультразвуковой очистки корпусных деталей автотракторных двигателей учитывались технические характеристики колебательных систем, результаты экспериментальных исследований и особенности комплекса автоматизированной очистки.

Технологический процесс очистки корпусных деталей автотракторных двигателей состоит из следующих операций:

- Предварительная ультразвуковая очистка. Для интенсификации процесса размягчения трудноудаляемых загрязнений предлагается использовать установку трехкоординатной очистки перемещающейся стержневой УЗКС. Скорость перемещения излучателя К=18 мм/с, амплитуда колебаний £=20 мкм, технологический зазор И=9 мм, моющая среда -вторичный водный раствор Ыа3Р04* 12Н20 при Т=20°С.

- Основная ультразвуковая очистка. Режимы процесса подбираются автоматически по результатам экспериментальных исследований. Продолжительность процесса очистки зависит от геометрической сложности и размеров очищаемой детали.

- Ополаскивание и пассиваг/ия. Проводятся способом погружения в отдельной ванне, содержащей пассивирующий раствор.

- Сушка. Обдув холодным и горячим воздухом. Время сушки устанавливается в зависимости от конструктивной сложности детали.

Экономический эффект от внедрения технологии и оборудования ультразвуковой очистки достигается за счет повышения эффективности очистки путем локального воздействия мощного ультразвука, увеличения производительности, автоматизации процесса обработки, снижения энергетических затрат.

Проведенное технико-экономическое обоснование позволило установить снижение энергоемкости разработанного технологического процесса очистки на 50% и увеличение производительности процесса очистки в 1,5 раза по сравнению с применением ванн с плоскостными УЗКС.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны технология и оборудование для ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС, позволяющие повысить производительность процесса, качество операции, снизить энергетические затраты, отказаться от использования дорогостоящих, токсичных, пожароопасных моющих растворов.

2. Разработана методика мониторинга основных технологических параметров ультразвуковой обработки с помощью концепции виртуальных приборов на основе измерительного комплекса гЕТЪАВ, позволяющая осуществлять контроль комплекса параметров в режиме реального времени.

3. Разработана оригинальная методика исследования кавитационных повреждений тест-объектов с использованием графических редакторов,

которая позволяет снизить трудоемкость и повысить производительность экспериментов по оценке кавитационной эрозии.

4. На основе результатов многофакторного планирования и проведения экспериментов разработаны математические модели, устанавливающие влияние таких технологических факторов как амплитуда колебаний, расстояние, скорость перемещения излучателя на количество удаляемых загрязнений.

5. Результатами теоретических и экспериментальных исследований показано, что наибольшая эффективность процесса ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС достигается при использовании стержневых УЗКС, обладающих возможностью управления удельной акустической мощностью в широком диапазоне от 1 до 50 Вт/см2.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований легли в основу разработанного технологического процесса ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС, где в качестве источника ультразвука используется стержневая УЗКС с возможностью трехмерного перемещения по заданным координатам.

7. Предложен автоматизированный комплекс мониторинга и управления технологическим процессом ультразвуковой очистки, позволяющий обеспечивать оптимальные акустико-технологические характеристики процесса в зависимости от конструктивных особенностей очищаемых деталей и степени их загрязненности.

8. Изготовлена оригинальная технологическая установка с числовым-программным управлением, в которой инструмент перемещается по трем координатным осям в автоматической режиме. В генерируемой управляющей программе очистки с использованием CAD-CAM систем содержится информация о форме обрабатываемой поверхности, скорости перемещения и поддерживаемом зазоре между излучателем и поверхностью.

9. Технико-экономический эффект разработанных технологии и оборудования складывается из снижения продолжительности процесса очистки и повышения производительности в 1,5 раза, повышения энергоэффективности в 2 раза.

Публикации в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации:

1. Юдаков, Е.Г. Автоматизация процессов ультразвуковой обработки жидких сред / С.К. Сундуков, Д.С. Фатюхин, Е.Г. Юдаков // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2011. - N° 11. - С 25 -28.

2. Юдаков, Е.Г. Наукоёмкая технология ультразвуковой очистки крупногабаритных корпусных деталей / В.М. Приходько, Д.С. Фатюхин, Е.Г. Юдаков // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2012. - № 1. - С. 1720.

3. Юдаков, Е.Г. Повышение эффективности ультразвуковой обработки / В.М. Приходько, Ю.Н. Калачев, Е.Г. Юдаков // Наукоемкие технологии в машиностроении.-2013. -№ 3. - С. 6 - 13.

4. Юдаков, Е.Г. Экспериментальные исследования влияния свойств моющих жидкостей на кавитационную эрозию при ультразвуковой очистке / В.Ф. Казанцев, Е.Г. Юдаков // Наукоемкие технологии в машиностроении. — 2013.-№ 3-С. 13-18.

5. Юдаков, Е.Г. Топографии ультразвуковых полей, создаваемые различными типами колебательных систем / Н.В. Бабченко, В.Д. Титков, Е.Г. Юдаков // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013. - № 6. С. 44 -48.

Полученные патенты:

6. Патент RU 130240 Ul, В08В 3/12. Устройство для ультразвуковой обработки изделий / Нигметзянов Р.И. (RU), Сундуков С.К. (RU), Фатюхин Д.С. (RU), Юдаков Е.Г. (RU) // Заявка 2012155371, 20.12.2012, опубл. 20.07.2013.

Публикации в других научных изданиях:

7. Юдаков, Е.Г. Обзор основных способов удаления загрязнений с поверхности деталей. Особенности ультразвуковой очистки / И.В. Багров, В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте: Материалы 11-го Международного научно-технического семинара, г. Свалява. - Киев, ATM Украины.-2011.-С. 15-17.

8. Юдаков, Е.Г. Особенности удаления загрязнений при ультразвуковой очистке / В.Д. Александров, В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Сборник трудов Научной конференции «Сессия научного совета РАН по акустике и XXIV сессия РАО», Раздел: ультразвук и ультразвуковые технологии. Т. 2. - Москва, ГЕОС. — 2011, —С. 105-109.

9. Юдаков, Е.Г. Способ уменьшения энергетических затрат при ультразвуковой очистке / В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: материалы научно-практической конференции, г. Одесса. - Киев, ATM Украины. - 2011. -С. 166- 169.

10. Юдаков, Е.Г. Выбор рациональных параметров звуковой очистки дорожно-строительных машин при техническом обслуживании и ремонте / Н.В. Бабченко, В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Материалы XV межвузовской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: МГАВТ. — 2011. С. 184— 187.

11. Юдаков, Е.Г. Определение акустико-технологических параметров ультразвуковой очистки и их влияние на эффективность процесса / В.М. Приходько, С.К. Сундуков, Е.Г. Юдаков // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика. Материалы 11-й международной научно-

практической конференции, г. Ялта. - Киев, ATM Украины. - 2011. С. 133 - 136.

12. Юдаков, Е.Г. Оптимизация процесса ультразвуковой очистки путем применения перемещения излучателя / Н.В. Бабченко, В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте: Материалы 12-го Международного научно-технического семинара, г. Свалява. - Киев, ATM Украины. - 2012. С. 21 - 23.

13. Юдаков, Е.Г. Современные способы повышения эксплуатационных свойств деталей машиностроения ультразвуковыми технологиями / Н.В. Бабченко, Р.И. Нигметзянов, Е.Г. Юдаков // Материалы международной научно-практической конференции «Образование, наука и производство. Новые технологии как инструмент реализации стратегии развития и модернизации -2020». - Казань, МБГПРЕСС. - 2012. С. 238 - 244.

14. Юдаков, Е.Г. Особенность координатной ультразвуковой очистки крупногабаритных корпусных изделий машиностроения / Н.В. Бабченко, В.М. Приходько, Е.Г. Юдаков // Сборник трудов Научной конференции «Сессия научного совета РАН по акустике и XXV сессия РАО», Раздел: ультразвук и ультразвуковые технологии. Т. 2 - Москва, ГЕОС. - 2012. С. 75 - 78.

15. Юдаков Е.Г. Повышение эффективности ультразвуковой очистки при помощи подачи в зону обработки струи жидкости или газа / В.М. Приходько, А.Н. Сенин, Е.Г. Юдаков // Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте: Материалы 12-го Международного научно-технического семинара, г. Свалява. - Киев, ATM Украины. - 2013. С. 170 - 172.

Подписано в печать 12.11.2013г. Формат 60x84/16. Усл.печ.л. 1,1. Уч.-изд.л. 1,0.Тираж 100 экз. заказ 414. МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО - ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

На правах рукописи

04201365437 ЮДАКОВ ЕВГЕНИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Приходько В.М.

МОСКВА-2013

№ п.п.

Содержание Страница

Введение 5

1 Состояние вопроса, постановка цели и задач исследования 7 ^ ^ Обоснование эффективности восстановления корпусных

деталей двигателя

Операции очистки в технологических процессах

1.2. 9 производства и ремонта корпусных деталей двигателя

1.3. Выбор объекта исследования 11

1.4. Классификация загрязнений блока цилиндров 14

1.5. Методы очистки корпусных деталей двигателя 19

1.5.1. Механические методы очистки 20

1.5.2. Физико-химические методы очистки 25

Технологические возможности ультразвуковой очистки

1.6. 34 корпусных деталей двигателя

1.6.1. Кавитация 3 5

1.6.2. Акустические течения 39

I

1.7. Режимы ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС 41 Способы ультразвуковой очистки корпусных и ^ крупногабаритных деталей

1.9. Цель и задачи исследования 45

2. Методика экспериментальных исследований 47

I

2.1. Методика общих исследований 47 2.1.1. Исследуемые технологические параметры 51

Параметры ультразвукового оборудования, определяющие

2 < 1 33

эффективность очистки

2.2. Экспериментальное ультразвуковое оборудование 59

2.2.1. Ультразвуковые генераторы . 60

2.2.2. Ультразвуковые колебательные системы 67

Оборудование и способы оценки эффективности 2.3. 74

ультразвукового воздействия

2.3.1. Оценка эрозионной активност'и ультразвукового поля 74

у ' ' «

2.3.2. Контроль качества очистки 77

Основное оборудование для оценки эффективности

2.3.3. 78 ультразвукового воздействия

Исследование влияния акустико-технологических 3. 86

параметров на эффективность очистки корпусных деталей

^ Топография ультразвукового поля, создаваемая различными ^

типами колебательных систем

Теоретическое исследование кинетики процесса 3.2. 96

высокоамплитудной очистки протяженных поверхностей

Исследование эрозионной активности перемещающегося

3-3 101

излучателя

Исследование эрозионной активности неподвижного

3.3.1. 101 излучателя

Исследование влияния скорости перемещения излучателя и

3.3.2. расстояния до излучателя на эрозионную активность 105 ультразвукового поля

3.4 Математическая обработка экспериментальных данных 114

Особенности очистки отверстий корпусных деталей

3.5. 124 двигателя

3.6. Выбор технологических моющих средств 130

^ Практические результаты и ^технико-экономические ^ ^ ^

показатели внедряемой технологии и оборудования

Разработка технологического процесса ультразвуковой

4.1. 139 очистки корпусных деталей автотракторных двигателей

Разработка комплекса мониторинга и управления

4.2. 145 технологического процесса ультразвуковой очистки

4.2.1. Разработка аппаратно - программного комплекса 145

4.2.2. Разработка управляющей программы очистки 147

4.2.3. Разработка технологической установки 154

Технико-экономические показатели внедряемой технологии

4.3. 160 и оборудования

4.3.1. Себестоимость очистки корпусных деталей ДВС 162

4.3.2. Технико-экономический эффект 168 Общие выводы 169 Список использованных источников 171

,, ч .«г и

Введение

Конкурентоспособность автотракторной техники напрямую зависит от срока службы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). От качества их изготовления и обслуживания зависят надежность, экономичность, минимизация негативных экологических последствий эксплуатации. Наиболее сложными узлами ДВС с точки зрения изготовления и материалоемкости являются корпусные изделия. Для них, как и для других деталей двигателя, наряду с требованиями точности не менее важными являются требование промышленной чистоты. Образование загрязнений на рабочих поверхностях в процессе изготовления и эксплуатации приводит к ускоренному износу пар трения, засорению масляных каналов и, как следствие, к снижению и даже потере работоспособности.

Из-за высокой стоимости корпусных деталей технологии, позволяющие продлить их срок службы или вернуть в повторную эксплуатацию, экономически эффективны и востребованы. Современные технологии восстановления деталей машин позволяют достичь нормативных эксплуатационных показателей. В процессе изготовления новых и восстановления изношенных корпусцых деталей ДВС исключительную роль играют моечно-очистные технрлощи. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их большими размерами, конструктивной сложностью, наличием большого количества различных сквозных и глухих отверстий, каверн и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки корпусных деталей ДВС является ультразвуковой. Ультразвуковая очистка - широко известный метод удаления с поверхности деталей загрязнений, она, что особенно важно, обеспечивает высокую производительность и качество очистки поверхности, а также позволяет исключить из технологического процесса пожаро- и взрывоопасные моющие среды, повысить общую культуру производства. Вместе с тем, очистка корпусных деталей ДВС в том числе с использованием

» И 1 »' • ,, '/^иг, о < „ ' • ^ • ^ 1 * '5'">

1 1 ' . • 1, И' \ , " ■ 1 > 1 ,

ультразвука представляет проблему, не решенную в полной мере до настоящего времени.

Разработке технологического процесса и оборудования ультразвуковой очистки корпусных деталей ДВС посвящена предлагаемая работа.

Использование ультразвуковых технологий позволит повысить эффективность, производительность очистки и энергоэффективность.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обоснование эффективности восстановления корпусных деталей двигателя

Развитие конструкций автомобильного транспорта происходит при постоянном стремлении к увеличению производительности, что почти всегда сопровождается повышением механической и тепловой нагруженности подвижных сопряжений деталей [1]. При этом ставятся задачи достижения высокой надежности и долговечности машины, снижения ее массы, сокращения расхода дефицитных материалов. Чем дольше каждая составляющая машины находится в работоспособном состоянии, тем экономичнее использование машины в целом. Основной составляющей автотракторной транспортной техники, от которой зависит эффективнЬсть ее использования является силовая установка, а это, как правило, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) различного типа и назначения, главная функция которых эффективное преобразование химической энергии топлива в механическую работу [2]. Современные тенденции в двигателестроении, наряду с комплексным улучшением эколого-экономических показателей всех типов ДВС, характеризуются неуклонным увеличением их удельной мощности, надежности, срока службы [3]. Одним из возможных путей увеличения срока службы ДВС является применение современных технологий на всех этапах их изготовления и восстановления.

Практика эксплуатации маши-ш и оборудования подтверждает, что наиболее распространенной причиной выхода из строя в 80 случаях из 100 является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей [4-7]. Восстановление изношенных и поврежденных рабочих поверхностей является технически и экономически целесообразным.

Отказ от восстановления изношенных и поврежденных деталей ДВС и переход к замене вышедшей из строя детали или агрегата, оказывает негативное влияние на себестоимость эксплуатации ДВС. Технологии восстановления деталей машин позволяют качественно восстановить, а иногда и превысить значения начальных эксплуатационных параметров. При изготовлении отливки блока цилиндров (БЦ) ДВС возникают внутренние силовые напряжения, которые вызывают изменение геометрической формы и расположения рабочих поверхностей и, в конечном итоге, могут привести к возникновению трещин и разрушению изделия. Искусственное старение и механическая обработка их полностью не снимают. В начале работы, сохраняющиеся внутренние напряжения, из-за изменения формы и расположения поверхностей, приводят к повышенному износу и преждевременному отказу ДВС. Поступивший в ремонт БЦ, подвергается повторной механической обработке, при которой снимаются практически все остаточные внутренние напряжения, возникшие при литье. В результате этого, у восстановленного БЦ по современным технологиям ресурс увеличивается.

Немаловажным является Экономия металлов и сплавов при восстановлении деталей ДВС, особенно это ощутимо для металлоемких изделий, например, БЦ, головок блоков цилиндров (ГБЦ), коленчатых валов и др. Износ рабочих поверхностей во всех узлах трения приводит к потере в весе сопряженных деталей и корпусные детали не являются исключением. Детали, у которых износ превысил критические значения, необходимо либо заменять на новые либо восстанавливать. В этом случае возникает экономическая составляющая целесообразности замены детали или ее восстановления. К примеру, корпус форсунки распылителя бензинового двигателя ВАЗ-2Ю82 весит прядка 0,15 кг, когда вес БЦ ВАЗ-21082 составляет 40 кг [19]. Отбраковка форсунки не несет существенной потери металла в отличии от отбраковки БЦ. Поэтому для металлоемких деталей с точки зрения

у'; '\>' и)л|\ V 'У- V'"'', Лу V'"и'/'

I } I

уменьшения использования материала эффективно применять технологии восстановления.

При ремонте формообразующим операциям подвергаются только поверхности, требующие восстановления, при сохранении самого изделия. Одновременно с экономией материалов происходит экономия энергоресурсов.

1.2. Операции очистки в технологических процессах производства и ремонта корпусных деталей двигателя

Технологический процесс (ТП) изготовления деталей и их восстановления имеют определенные отличия [8, 10]. При восстановлении изношенных отверстий могут использоваться операции железнения, постановки дополнительной ремонтной детали и др., в основном производстве эти операции отсутствуют. Но существуют технологические операции, без которых невозможен ни процесс основного, ни процесс ремонтного производства. Одной из таких операций является очистка от различных видов загрязнений. В связи с тем, что ТП восстановления деталей ДВС содержит формообразующие операции, совпадающие с ТП их основного производства, в дальнейшем будем рассматривать ТП восстановления.

Поступающий в ремонт ДВС имеет специфические загрязнения, возникающие при эксплуатации. Если не удалить различные загрязнения на постах мойки, то она разносится по цехам и, попадая на постах сборки в трущиеся сопряжения, вызывает их интенсивное изнашивание. Наличие жировых и других загрязнений на деталях, подлежащих окраске или покрытию гальваническими и химическими способами, приводит к нарушению технологического процесса нанесения покрытий, что при дальнейшей эксплуатации вызывает отслоение покрытий и потери их защитных и декоративных свойств. Загрязнения на деталях,

* ' ' 1 I • п / < 1» )Уи I < 4

I 'I I I

восстанавливаемых наплавкой, вызывают образование в наплавленном металле пор и раковин [9].

На рис. 1.1 видно, что операции очистки сопровождают поступающий в ремонт двигатель не только до операции дефектовки, но и процессе восстановления [11]. Механическая обработка привалочных поверхностей, восстановление резьбы и другие специфические операции ТП восстановления корпусных деталей двигателя всегда осуществляются с применением различных смазочно-охлаждающих технологических средств, паст, растворов электролитов, которые в дальнейшем сами превращаются в загрязнения. Абразивная обработка приводит к шаржированию поверхности зернами абразива, которые при работе трущихся деталей вызывают ускоренный износ.

Удалить загрязнения, * возникающие при ТП основного и восстановительного производства, позволяет применение качественных операций очистки.

Скла^ ремонтного фонда УЬфммм га диимгоктм им иммьййр

^¡асдбур ди |*п»т»ли ни узлы и детали

Линии очистки

{н>Н»<13И ЦНЛКИ/фЦН

»йпйкйк чтОкйн цлннну1рс1М

-СТЯТБПЧЭТСТО-

распределительны* оалоо

Мойго и очгстоа у*лоо и деталей

Посты очистки деталей механизма гамраспредслеиил

масляного фильлра

приоров летания

при&ороа

малкых деталей и НйрЫйпеО

---.-^иц-

ЛОДШИПНИИОВ

ДйфЯКГОЯКД

--Дт(1Як«пккй

Наружная шистка и обогрев Смятие злсктрооВорудоааыия Ремонт деталей

дв*гат»гм •1

........... 1 ......... г, )

Слмй ИЙ К*рПфиы4 Виутрепкия про*ыв«я и сушка Обезжиривание и сушка

полостей двигатели деталей перед фуМТООвОЙ

1 1

£>ЧИСТНВ ПОДр4Л0йраМНОГО Подрдлоорил донпатоля Грукгоака и сушка деталей

двлгвтргет

Рйскочивривмм?» ¿эргклчм

Кяыишии |<1ЮСН

Мойна огостсто«шык деталей ............................дсрудг^цнр*,

Блок* иилиидроа

головок Ьлем1з цилимдроа

С&орм двмгдтьля

Обклткв двипгтелн

оадшгирмвдци* ПОААрКМОСТИ двиягтел* лервд окраской

Рис. 1.1. Схема технологического процесса ремонта двигателя внутреннего сгорания

От качества и полноты проведения операций очистки зависят культура

• ■ '3

производства, производительность труда рабочих-ремонтников, эффективность использования оборудования и, в конечном итоге,

долговечность работы изготовленных и отремонтированных изделий [11].

Практикой установлено, что качественная очистка узлов и деталей в процессе

»1

восстановления и сборки позволяет повысить моторесурс отремонтированных двигателей на 20 — 30 %. Решение проблемы повышения качества очистки автомобилей и их составных частей заключается в совершенствовании технологии и оборудования моечно-очистных работ [10].

Анализ основных моечно-очистных процессов ремонтного производства показывает их высокую энергоемкость [13-14] (табл. 1.1). Так, для удаления наиболее распространенных загрязнений расходуется следующая энергия, кДж/м2 (кВт-ч/м2):

Таблица 1.1

Дорожно-почвенные отложения 3600(1)

Масляно-грязевые отложения " !' '! 7200(2)

Асфальтосмолистые отложения 10800(3)

Старая краска 14400(4)

Нагар 36000(10)

Это очень большие энергетические затраты. Прямые затраты на очистку составляют 2,5% подводимой (расходуемой) энергии, что указывает на беспредельные возможности совершенствования процессов очистки и снижения их энергоемкости.

1.3. Выбор объекта исследования

« . .'7.1

Объекты очистки характеризуются следующими основными параметрами [15, 16]:

1. составом, количеством и свойствами находящихся на их поверхностях загрязнений;

2. коэффициентом рельефности, взаимной экранизацией поверхностей; <

3. массой и габаритными размерами;

4. составом, свойствами материалов, из которых они изготовлены;

5. температурой до начала процесса очистки.

Для процесса очистки важное значение имеют первые три пункта, так как в зависимости от сложности геометрической формы очищаемой поверхности, массы очищаемой детали и вида загрязнений выбирается тот или иной метод очистки.

Все изделия машиностроения можно классифицировать в группы и классы деталей, близких по конструкции, размерности и общности технологического процесса их изготовления [18]. Классификация может быть применима не только при производстве изделий машиностроения, но и при ремонте. Закладывая в основу класса"форму деталей и идентичность процесса их изготовления и ремонта, можно составить классификацию деталей, машин среднего размера весом до Ют, состоящую из следующих семи классов: 1) корпусные детали, 2) круглые стержни, 3) полые цилиндры, 4) диски), 5) некруглые стержни, 6) небольшие детали сложной формы и 7) крепежные детали. 1

Корпусные детали выделены в отдельный класс, так как это наиболее распространенная группа деталей. Для корпусных деталей характерны базовые плоскости, по которым корпус стыкуется с другими деталями, узлами или агрегатами, а также наличие основных и крепежных отверстий. В свою очередь, корпусные детали можно разделить по размерам на четыре группы: крупные, средние, небольшие и мелкие детали.

Размерность детали во многом предопределяет характеристику очистного оборудования и существенно влияет на характер ТП очистки. Разница в размерах и загрязнениях корпусных деталей не позволяют создать единый технологический процесс для их очистки. К примеру, детали, относящиеся к классу корпусных: БЦ ВАЗ-21126 и корпус распылителя форсунки. БЦ имеет наибольший линейный размер около 500 мм [19], корпус распылителя форсунки не более 80 мм [20]. Разработка технологии очистки

прецизионных деталей топливной аппаратуры бензиновых и дизельных двигателей подробно рассмотрена в работах А.П. Панова, В.М. Приходько, Б.А. Кудряшова, Т.Н. Ивановой, Ю.Н. Калачева, Д.С. Фатюхина, Р.И. Нигметзянова.

Очистка корпусных деталей ДВС на сегодняшний день представляет проблему, н�