автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Рециркуляционная технология и средства оснащения системы применения водосмешиваемых СОЖ

Государственный комитет Российской федерации по высшему образованно

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

■ На правах рукописи

РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Н СРЕДСТВА ОСНАЩЕНИЯ СИСТЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОСМЕШЙВАЕМЫХ СОЯ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛАПТЕВ ИГОРЬ ЛЕОНИДОВИЧ

Нижний Новгород 1996 •

Работа выполнена на кафедре "Металлорежущие станки и инструменты" Нижегородского государственного технического университета

кандидат технических наук, доцент Тихонов В.М.

доктор технических наук, профессор Полянсков ю. В.

кандидат технических наук, доцент ' Москвичев А.А.

Ведущее предприятие - научно-исследовательский

институт измерительных систем

Защита состоится " 20 " ПйрМо> 1996 г. в И часов на заседании диссертационного совета К 063.85,07 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Нижегородском государственном техническом университете по.адресу: 603600, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24,1< лу2, (2$8

С диссертацией можно ознакомиться в библитотеке Нижегородского государственного технического университета. Автореферат разослан " /б " февраля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

о

Научный руководитель

Официальные оппоненты -

_З.М. Сухорукое

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА PAEOTIi

Актуальность.

Одним из важнейших элементов процесса обработки резанием являются смазочно-охлаядащие технологические средства (СОТС). По оценкам более 60% от общего объема СОТС составляют водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости (COS). Ввиду специфических особенностей COS. находящихся в еидком агрегатном состоянии и подверженных биологическому разрушению, подсистема СОК является наиболее слабым объектом технологической металлорежущей системы (ТНС).

В отличии от разработки и совершенствования составов жидкостей, технологии и средствам технологического оснащения (СТО) систем применения СОЯ не уделялось долзеного внимания. На данный момент больиинство предприятий не имеет мобильных, автоматизированных, рециркуляционных систем применения СОЙ, обеспечивающих экологическую и санитарно-гигиеническую безопасность. Серьезную опас-' ность для природы представляют серийные и мелкосерийные производства ввиду их значительного количества и некштролируемости.

Склонность водосмешиваемых COS к дестабилизации структуры под воздействием возмущающих факторов вызывает серьезный вопрос утилизации отработанных жидкостей. Экологически приемлемая утилизация COS в настоящее время значительно превосходит стоимость исходной жидкости. Не менее важной проблемой является и экономия дорогостоящих материалов COS, достижение которой возможно за счет увеличения периода стойкости COS и ресурса ее работа.

' Разработка соответствующих современны!« требованиям технологии и СТО применения СОЯ сдеряивается недостаточной изученностью закономерностей поведения эмульсий как сложных водных систем и отсутствием доступной элементной базы замкнутых технологических систем • применения COS.

Цели работы

1. Обеспечение экологической и санитарно-гнгиенической безопасности технологического процесса применения СОН в серийных и мелкосерийных производствах. _ >

2. Повышение экономической эффективности процесса применения водосмешиваемых COS.

Ъ

Метод достижения цепи

Разработка и реализация рециркуляционного технологического процесса применения водосмешиваемых СОЖ на основании:

1. анализа научных разработок о области технологии применения водосмешиваемых СОЖ, анализа отечественных и зарубежных СТО систем применения водосмешиваемых СОЖ;

2. исследования деструктивных процессов в жидкостях при их эксплуатации в ТМС и рабочих процессов СТО.

Автор защищает

1. Принципы построения малоотходной рециркуляционной системы применения водосмешиваемых СОН для серийных и мелкосерийных производств.

2. Способ и СТО прямоточного, (без промежуточных емкостей) приготовления СОЙ, обеспечивающие подачу компонентов приготовления, дозирование, перемепивание, диспергирование и подачу СОЖ потребителю в момент запроса, увеличивающие период стойкости жидкости.

3. Способ и СТО регенерации водосмешиваемых СОЖ. основанные на комплексном регенерационноы воздействии. Повторное использование регенерированной жидкости в производственном цикле в качестве. присадки ко вновь приготавливаемой СОЖ. Увеличение ресурса работы технологической жидкости за счет многократных регенерационных циклов без разрушения структуры СОЖ.

4. Способ прогнозирования и управления технологическими циклами в рециркуляционной системе применения СОЕ на базе планово-предупредительной замены жидкости в системах охлаждения станков, •

Научная новизна

Обоснованы принципы и методы построения системы и-организации технологического процесса применения COS в серийных и мелкосерийных производствах, основанные на поддержании биосистемы СОЖ в пределах безопасного "коридора" значений содержания микроорганизмов за счет прямоточного процесса приготовления и подачи СОЖ, регенерации отработанной СОЖ без разрушения структуры при многократном использовании регенерированной COS в качестве присадки к свежелри-•готавливаемой жидкости.

'Научные результаты

1. Исследован и разработан технологический процесс приготовления СОЖ с использованием оригинальных многофункциональных ергде-

тв оснащения, отличающийся одновременны,! автоматическим выполнением операций подачи компонентов COS, дозирования, перемешивания, диспергирования и подачи готовой СОЖ потребителю в прямоточном режиме без промежуточных емкостей.

2. Исследован и разработан технологический процесс регенерации СОЖ без разрушения структуры, включающий обработку биоцидами, пастеризаций при 90°С, седиыентационную сепарацию "инородных" фаз с последующим возвратом СОЖ в производственный цикл в качестве присадки к вновь приготавливаемой жидкости.

3. Предложена организация технологического процесса применения СОЖ по принципу удержания эксплуатационных параметров жидкости в "коридоре" граничных значений за счет планово-предупредительной замены СОЯ в системах охлаждения металлорежущих станков.

Практическая ценность

1. Обеспечен ресурс безсбросооой эксплуатации СОЯ (с возвратом регенерированной жидкости в производственый цикл) в течении двух лет при выполнении технологических ограничен!«!, экологических и санитарно-гигиенических норм.

2. Увеличен период стойкости СОЖ в 4...6 раз по сравнению с нормативными показателями.

3. Снижена концентрация эмульсола на 25. ..40Х от нормативных значений без ущерба для технологических свойств СОК.

i. Разработаны автоматизированные мобильные СТО, обеспечивающие эксплуатацию COS из любых.типов товарных эмульсолов, синтетических' и полусинтетических СОЖ. имеющие блочно-модульную конструкций. способные встраиваться в действующие системы применения COS. "Открытая" структура средств оснащения позволяет достраивать ре- -циркуляционную систему применения дополнительными функциональными блоками.

5. Предложен алгоритм построения графика планово-предупредительной замены и пополнения СОЖ в системах охлаждения металлорежущего оборудования, проектного расчета производительности средств оснащения систеш применения COS.

Реализация работы

Внедрены в производство технология и автоматизированная система приготовления к раздачи эмульсии к станкам для корпусов механической обработки на пяти предприятиях Н. Новгорода и Нижегородской области. По дзннш производственных испытаний обеспечен период

S

стойкости СОЖ 4...6 месяцев и более.

Внедрены в производство рециркуляционная технология и автоматизированная двухмодульная система применения COS на предприятиях: Научно-исследовательский институт измерительных систем; АО "Интел ". За два года эксплуатации не выявлена необходимость сброса СОЖ из системы применения.

Апробации работы

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на международной конференции ."Технология механообработки: физика процессов и оптимальное управление" г. Уфа, 1994; на научно-технической конференции АТН РФВБО "Прогрессивные технологии -основа качества и производительности обработки изделий" г. Н.Новгород, 1995; на заседаниях кафедр "Металлорежущие станки и инструменты" и "Технология машиностроения" Нижегородского государственного технического университета.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликованы 4 работы, 2 патентные заявки.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит ¡3£ страниц машинописного текста, кО рисунков, iS" таблиц, 25" наименований использованной литературы.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, раскрыта научная новизна.

В первой главе проведен обзор состояния разработок по вопросам эксплуатации СОН, выделены основные проблемы современного технологического процесса применения СОЖ, сформулированы пути их решения.

Использование COS в металлообработке характеризуется двумя научными и практическими направлениями: 1. Исследование влияния СОЖ на процесс резания, оптимизация функциональных и технологических свойств СОЖ через модификации их составов. 2. Исследование по-

ведения ССЖ в процессе функционирования ТМС, технология и СТО применения ССЯ.

Основной объем научных работ сосредоточился на первом направлении [ научно-производственные коллективы г.Москвы, Киева, Н.Новгорода, Ульяновска, Иваново, Чебоксар и др.]. О недостаточности развития второго направления свидетельствует факт отсутствия централизованного выпуска СТО и практическое состояние процесса применения COS на производстве. Существующий на предприятиях процесс применения водосмешиваемых СОЛ не соответствует уровню требований по экономичности, выполнению экологических и санитарно-гигиенических. нормативов. Анализ действующих производств показал, что проблемы эксплуатации, регенерации и утилизации СОЖ решаются только в централизованных системах применения СО® на крупнейших предприятиях Минавтопрома (часто за счет собственных очистных сооружений). Построение подобных систем, связанных со значительными капитальными вложениями, для серийных и мелкосерийных производств является заведомо нерентабельным. Экологически приемлемая утилизация исчерпавшей ресурс работы СОЖ уже значительно превышает стоимость исходной жидкости, а в ряде случаев требует больших затрат свежей воды при разбавлении для достижения необходимого значения предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ. Традиционные способы обезвреживания технологических "хвостов" не соответствуют нормативам по ПДК вредных веществ в водном и воздушном бассейнах.

Приемлемым выходом из создавшегося положения является разработка малоотходной рециркуляционной технологии применения СОЖ. Ее построение возможно только на базе исследований закономерностей поведения СОЖ в производственных циклах и разработки доступных и экономичных СТО. По данному вопросу на основании работ М. И. Клуши-на, В. В. Полянскова, J1. В. Худобина, Е. Г. Бердичевского, А. М. Тихонцова и др. приведен системный анализ применения СОЖ по трем уровням: СОЖ как объект применения на уровне микроструктуры; СОЖ как подсистема охлаждения и смазки ТМС; СОЖ как система применения в рамках механообрабатьтащего производства.

Функциональное назначение СОЯ реализуется на этапе ее эксплуатации в ТМС (рис.1). При этой возникает необходимость рассматривать результат функционирования ТМС. (выходные параметры обработки Yt j) в течении времени ввиду изменения структуры и эксплуатационных параметров СОЖ Хэк. Дестабилизация структуры СОЖ происходит под действием трех групп причин: 1. самопроизвольные деструктивные процессы ввиду неустойчивости (лиофобности) внутренней коллоидной

Г

• Пэгаяло-рсжпцая СИСТеь».

Поасисгена СОЖ - —5»Н V = -'»с

V I

Рил. 1 Каноническая даяедь фукгапанЕуазаыня

попсисгеиы Шл

структуры СОЖ во времени I: 2. результат воздействия возмущающих факторов, -генерируемых в процессе функционирования самой ТМС -Ув1ш: мощные тепловые и силовые воздействия, внедрение в СОЖ "инородных" фаз и т.д.; 3. возмущающие воздействия со стороны окружающей ТЫС среды Хвп. С течением времени изменения Хэк приводят к выходу параметров У,) за пределы установленного диапазона, СОЖ подлежит удалению из системы охлаждения станка и утилизации (или регенерации). Жизненный цикл эмульсий (рис.2) реализуется в рамках системы применения СОЖ. Организация процесса применения эмульсий с обеспечением малоотходности и экологической безопасности, как вая-

Реоуро раСоты Р

Период стойкости Т -

Потеря. 11

Засплуа-твдия

Техаяогетсб „ откчш

£ 3

й' а

Регенерация

СОК

СОЖ

Экуаион вода

хае

в*

» 15

Разло- в зкеяпв

^ Рис. 2. Жезввнекй цикл СОЖ

нейших критериев совершенства технологических процессов, в мелкосерийных и серийных производствах встречает существенные проблемы: отсутствие мобильных автоматизированных СТО и текущей оценки состояния СОЖ в индивидуальных системах охлаждения станков; отсутствие обратных связей и оперативного управления; высокие экономические затраты (особенно на процессы разделения и утилизации). .Для разрешения указанных проблем при снижении затрат и выполнении технологических, экологических и санитарно-гигиенических ограничений предлагаются следующие пути:

1. Увеличение периода стойкости СОЯ за счет ' повышения ее структурной стабильности путем совершенствования техники и технологии приготовления водосмешиваемых СОЖ.

2. Многократное увеличение ресурса работы СОЯ путем организации экономичного технологического процесса регенерации и возврата СОЖ в производственный цикл без выполнения дорогостоящей операции разделения ее.структуры.

3. Достижение прогнозируемости и управляемости потоками СОЖ в системе применения путем перехода к планово-предупредительной замене жидкости в индивидуальных системах охлаждения металлорежущего оборудования. -

Пути совершенствования процесса применения предлагается реализовать в мобильной автоматизированной системе применения СОЖ, не .требующей при внедрении затрат на капитальное строительство и привлечения высококвалифицированных кадров для обслуживания систе-ыы.

Для реализации указанных возможностей необходим комплекс производственных и лабораторных исследований СОЖ как сложной биосистемы.

Во второй главе на основании производственных исследований и экспериментов оцениваются количественные изменения эксплуатационных свойств COS во времени, концептуально решаются задачи повышения структурной стабильности, регенерации СОЖ. оценки периода стойкости по изменению эксплуатационных свойств.

Картина кинетики эксплуатационных параметров (рис. 3), полученная по результатам производственных исследований, свидетельствует об однотипности характера поведения эксплуатационных свойств и их взаимосвязи. Изменения параметров СОЖ (кроме уменьшения объема) носят ярко выраженный характер интенсивного ухудшения при достижении определенной величины показателя, определяемого не

Э

Pec. 3. Кинетики. ЗЕсплуатепшжнкх параметров M - содержание ¡лп-:роорге..нн>1МВ , U - балл коррозлопноа актпаностк, К - концентре пня иасланоя (раж _ ?Н - концентрелия водородкык ионов, t0~ пэ11юд стаЗплизашхс свспсге ...

Т - период стойкости, К - Еоштеятрадша оцульоол*., pH - ксндевгтрапиа водородных понов, 1 - дисперсность 5-7 нки (бароотнровяние), S - дисперсность 0.6-L3 ики (гоиогеянзатор)

всплеском активности возмущающего фактора, а эволюционными изменениями в жидкости.

Определяющим фактором дестабилизации СОЖ в процессе лезвийной обработки является биопоражение. При выходе содержания микроорганизмов за пределы допустимого уровня рост их количества претерпевает качественный скачок и интенсифицируется.

Однотипность характера поведения параметров дает возможность ввести обобщенный показатель эксплуатационных свойств СОЖ - поведение рН (наименее сложный параметр для автоматизированного контроля и организации обратных связей), что согласуется с работами зарубежных и отечественных исследователей. Уменьшение рН на единицу от начального значения косвенно свидетельствует о предстоящем интенсивном размножении микроорганизмов и катастрофическом ухудшении эксплуатационных свойств. По результатам проведенных исследований безопасным является "коридор" параметра рН - { рНо; рН0-1 >, в котором не наблюдается потери технологических свойств СОЖ и катастрофического ухудшения эксплуатационных показателей.

Целевое назначение операции регенерации - возвращение исходных значений содержания микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, свободно-взвешенного инородного масла и механических включений, сравнимых с размерами дисперсной фазы. Постоянное их накопление приводит к качественным изменениям СОЖ и невозможности ее дальнейшей эксплуатации. В результате анализа широкого спектра способов воздействия на СОЖ сформировано сочетание мероприятий, позволяющих ликвидировать названные накопления: бактерицидная обработка, пастеризация при температуре 90°С, седиментационная сепарация при температуре пастеризации. При этом комплексе воздействий отработанная СОЖ разделяется на 4 фазы: свободное масло (2...3%). хлопьеобразная фаза продуктов жизнедеятельности бактерий и грибов (1...2/0, механические примеси (0.1-0.2%) и СОЖ с сохраненной коллоидной структурой.

При эксплуатации в ТМС регенерированной СОЖ после доведения показателей рН, концентрации, дисперсности до нормативных значений не выявлено отклонение ее технологических свойств от свойств свежей жидкости. В этом случае ресурс работы СОЖ

п

Р - I т, .

1-1

где п - число проведенных операций регенерации.

По результатам исследований при использовании регенерирован-

//

ной жидкости в качестве присадки к свежей СОЖ длительность Т, остается неизменной.

Анализ научных разработок и проведенные исследования показывают зависимость кинетики параметров СОЖ от их начальных значений:

--Г ( Х°эк )•

dt

в частности, от дисперсности масляной фазы. Дисперсность коллоида ной системы существенным образом определяет структурную устойчивость, а, следовательно, и период стойкости СОЖ (рис.4).

При отсутствии внешних возмущающих воздействий в лабораторных условиях в течении четырех лет . не 'обнаружено следов деструкции эмульсионных СОЖ (Аквол-С, Синтал-2) при начальной дисперсности масляной фазы порядка 1 мкм.

Технология приготовления, позволяющая получать эмульсии дисперсностью 0.8...1.2 мкы, показала также возможность снижения начальной концентрации эмульсола на 25...4055 (рис.4) - без ущерба для показателей качества обработки резанием.

Результаты приведены для производственных испытаний эмульсии на базе "Аквал-6" при ее наработке на отказ. Металлорежущее оборудование - станок токарный 16К20, график работы двухсменный, обрабатываемые материалы - стали конструкционные и алюминиевые сплавы.

В третьей главе сформированы и обоснованы принципы и процедура построения рециркуляционной технологии и системы применения СОЖ. Проведен функционально-структурный анализ системы.применения, предложена модель ее функционирования и расчета параметров производительности СТО системы.

Исходя-из намеченных Сгл.1] и исследованных [гл.2] путей адаптации и совершенствования технологии применения СОЖ для мелкосерийных и серийных производств разработан маршрутный технологический процесс, включающий функциональные операции:

1. Прямоточный технологический цикл приготовления, обеспечивающий дисперсность масляной фазы 1 ыкм.

2. Подача свежей СОЖ или непосредстве!¡но в бак станка, или на позиции раздачи в непосредственной близости от обслуживаемых станков. 3.,Периодическое пополнение индивидуальных систем охлаждения станков свежей СОК с обеспечением обработки биоцидами.

4. Возврат СОХ, исчерпавмей период стойкости, в буферную емкость-накопитель отработанной СОЛ.

5. Автоматизированный цикл регенерации1 СОЖ с накоплением и выводом отходов.

6. Автоматизированный возврат регенерированной СОК в качестве присадки к свеяе|й жидкости с автоматической правкой дисперсности, концентрации, рН.

7. В случае необходимости для СОЖ. исчерпавшей ресурс работы, выполнение подготовительных процедур перед операцией разложения и вывод СОЖ из системы.

Исходя из специфики серийных и мелкосерийных производств разработаны принципы построения рециркуляционной системы применения:

1. Модульно-агрегатный принцип построения, обеспечивающий мобильность, гибкость, возможность изменения компоновки системы при адаптации к конкретным производственным условиям.

2. Малогабаритность. локальность как следствие из необходимости резмещения системы на территории цеха без дополнительных капитальных вложений.

3. Максимальная концентрация технологических операций и переходов в одном модуле.

4. Автоматизация технологического процесса для обеспечения гарантии качества выполнения операций, удобства использования и обслуживания; защита технологии и элементов системы от несанкционированного вмешательства.

5. Прогнозируемость и управляемость технологическими циклами.

Для реализации разработанного технологического процесса на базе выдвинутых принципов синтезирована локальная система (рис.5) с замкнутым циклом приготовления и эксплуатации СОН на базе автоматизированных многофункциональных модулей приготовлен»!л и регенерации эмульсий. Система предназначена для обеспечения COS отдельного станка, группы станков, участка (в том числе ГПС), цеха или корпуса механической обработки в целом. .

Реализуемые Функциональные задачи системы:

- раздельное хранение основных компонентов эмульсии,' отсутствие промежуточных баков готовой СОЖ;

- автоматизированный прямоточный, цикл приготовления с одновременным выполнением подачи компонентов СОЖ всасыванием, дозированием, перемешиванием, диспергированием (до 1 мкм) и подачей готовой эмульсии потребителю непосредственно в момент запроса производительностью до 90 л/мин;

- гарантия качества приготавливаемой СОЖ в соответствии с техни-

/

Отре 5отвянвя ООЖ КаЗель сигнальный

V ' Модуль

^ приготовления

-а—[ХЬ-

Ретенерированн&я сож

-3-

£

Модуль регенерация

ш

I Й!

и

Вак отработанной СОЖ

Рис, 5. Принципиальная схема системы применения СОЖ

.ческими требованиями;

- пополнение объема СОЖ в индивидуальных системах охлаждения металлорежущего оборудования свежеприготовленной СОХ;

- безреагентная регенерация отработанной жидкости с автоматизированным возвратом её в производственный цикл через модуль приготовления в качестве присадки ко вновь приготовленной COS производительностью до 4 м3/мес.;

.- удобство и простота обслуживания, дистанционное управление работой, минимальная загрузка оператора, защита технологии и элементов системы от неквалифицированного вмешательства;

- соответствие нормативным требованиям экологической и санитарно -гигиенической безопасности производств.

Модулько-агрегатный принцип построения обеспечивает возможность вариирования параметрами производительности системы в соответствии с конкретными производственными условиями.. Система обеспечивает процессы приготовления и регенерации эмульсий из любых товарных эмульсолов, а также лолусинтетических и синтетических

coa.

Организация технологического процесса, основанная на оценке периода стойкости СОЖ ло факту выхода из граничных значений показателей качества обработки заготовки, встречает серьезные трудности: необходимость оперативного контроля на каждой единице металлорежущего оборудования; непрогнозируемость потока COS, циркулирующей а системе применения. Поставленные проблемы решаются при оценке периода стойкости СОЯ, основанной на эксплуатации жидкости в "коридоре" граничных . значений эксплуатационных показателей СОЖ (рН. гл.2) и переходе от оценки выхода по факту к планово-предупредительной замене ССИ, гарантирующей соответствие обобщенного показателя установленному "коридору" значений. • Разработан алгоритм построения графика планово-предупредительной замены и пополнения СОЖ по станочному парку, обслуживаемому системой применения. Исходными данными для расчета являются параметры пропускной способности средств оснащения системы, параметры кинетики свойств применяемой жидкости, параметры индивидуальных' систем охлаждения по каждой единице станочного парка. Принцип расчета основан на оптимизации значения периода стойкости по критерию минимизации затрат на СОЖ. Ограничениями являются минимально допустимое значение обобщенного параметра качества COS (рН) и"максимальная производительность модулей приготовления и регенерации. При задании дспус-

тиной величины периода стойкости алгоритм используется для расчета необходимых и достаточных значений производительности (пропускной способности) средств оснащения системы применения.

В четвертой главе исследуются и разрабатываются операционная технология и оригинальные средства оснащения рециркуляционной системы применения COS для серийных и мелкосерийных производств.

Технология приготовления является важнейшей составляющей процесса применения COS, задавая начальные значения технологических и эксплуатационных свойств жидкости.

Анализ действующих и предлагаемых устройств для приготовления и опыт эксплуатации эмульсий выявил ряд существующих недостатков:

1. Возможность дестабилизации эмульсии при выполнении диспергирования в баке приготовления, при хранении готовой СОЖ в баке раздающем, при наличии застойных зон в проточных диспергаторах.

2. Дополнительные затраты энергии и операционного времени при многократной цикле прохождения эмульсии через диспергирующее устройство.

3. Необходимость предварительного дозирования и смешивания составных компонентов эмульсии перед подачей в диспергатор.

4. Использование дополнительных устройств ( насосов ) для подачи в диспергатор компонентов или предварительно смешанной эмульсии.

На основании анализа способов н средств приготовления коллоидных систем произведены разработка конструкции и исследования оригинального гомогенизатора (рис.6, пат. заявка N 95114660). Цели разработки:

1.Одновременное выполнение операций принудительной подачи компонентов приготовления, дозирования, смешивания, диспергирования и подачи СОЖ потребителю в момент запроса при прямоточном движении эмульсии без использования дополнительных баков и устройств.

2.Сокращение технологического процесса приготовления за счет удаления операций предварительного дозирования и смешивания компонентов.

3. Гарантированное обеспечение параметров качества приготавливаемой СОХ.

4.Снижение энергозатрат.

Схема воздействия на компонента СОЖ основывается на многократном пересечении элементарных ячеек (микрообъемов), образованных разнонаправленными иногозаходными нарезками ротора и статора. Частицы СОЖ подвергаются комплексу воздействий: перемешиванию за счет

Í6

Свежая Ует<ядцрированяяя*

сож ч сож

Рас. б. Схзиа гомогенизатора

Рис. 7. Образование вихрва в ameftea гсмогеетиатора

(Г

множества интенсивных турбулентных течений (рис.7) с высокой степенью кавитации (вплоть до кавитационных микровзрывов), и разбива-• нив за счет переменных по величине и направлению высокочастотных напряжений сдвига и ударных нагрузок при относительной скорости скольжения ротора до 20 м/с.. В результате указанного воздействия образуется устойчивая коллоидная система с размером частиц эмульгирующей фазы порядка 0.8... 1.2 мкм. Параметры конструкции и функ-цинирования получены на базе теоретико-экспериментальных исследований.

На базе гомогенизатора с использованием оригинальных узлов и элементов разработан модуль приготовления эмульсий ( пат. заявка К 951146657). Модуль работает в автоматизированном режиме с дистанционным управлением, обеспечивает гарантию качества, предупредительный контроль рН и концентрации масляной фазы, защиту от несанкционированного вмешательства в технологический процесс приготовления. Технологические перехода доведения до нормы показателей воды и обработки биоцидом решены за. счет использования дополнительной смешиваемой фазы - раствора корректирующих присадок.

Целями операции регенерации свойств С01 являются: подавление микроорганизмов и ликвидация продуктов их жизнедеятельности; удаление механических примесей, сравнимых с размерами дисперсной фазы; восстановление концентрации дисперсной фазы; доведение до нормируемых величин показателей рН и дисперсности.

Для достижения поставленных целей исследован (глава 2) и реализован комплекс регенерационных мероприятий, полученный на основании анализа широкого спектра воздействий на СОК с учетом экономичности и возможности концентрации технологических переходов в одном модуле.

Для реализации технологии регенерации разработан малогабарит- . ный автоматизированный модуль регенерации, который обеспечивает комплексное воздействие на СОЖ: обработка биоцидом, нагрев и выдержка при температуре пастеризации, седиментационная сепарация свободных масел, продуктов жизнедеятельности бактерий и грибов, механических примесей, их фазовое разделение и вывод из модуля. ' При этом пастеризационный цикл имеет двойное функциональное назна- -чение: подавление микроорганизмов в случае их адаптации к применяемому биоциду и повышение скорости седимйнтационных процессов при тешературе 90°С.

Функциональные операции выполняются в автоматизированном рс-е;о.£о. Автоматизированный возврат регенерированной COS в произволе-'

твенный цикл осуществляется через модуль приготовления с автоматической правкой pH, концентрации и дисперсности. В случае несоответствия требованиям прошедшая регенерационный цикл COS мохет быть выведена из модуля для последусщего разложения СОХ на компоненты. В этом случае функциональное назначение модуля регенерации - выполнение обязательных подготовительных мероприятий перед операцией разложения.

Параметры производительности (пропускной способности) средств оснащения рассчитываются исходя из данных по рабочим объемам индивидуальных систем охлаждения станков, обслуживаемых системой применения.

В пятой главе исследованы результаты функционирования и возможности СТО и системы, оценивается экономическая эффективность разработанного рециркуляционного процесса.

За счет усовершенствования технологии приготовления (уменьшение дисперсности и разброса) получена возможность снижения концентрации змульсола на 25... 4035 от нормативной величины без ущерба для технологических свойств COS. Данные получены для цехов и корпусов лезвийной обработки при эксплуатации эмульсий ка базе "Ак-вол-б", "Синтал-2". ЭГТ, НХ0-64а, "Укринол-iU", "Эра" и синтетической СОЯ "ВЗЛС".

За счет получения дисперсности масляной фазы порядка 1 ккы при прямоточном приготовлении сравнительно с традиционными способами приготовления значительно увеличена стабильность коллоидной структуры С01 во времени. Без воздействия возмущающих факторов в течении 4-х лет не отмечены признаки нарушения структуры эмульсии.

Оригинальная технология приготовления, позволяет увеличить период стойкости СОЗ в 5...6 раз по сравнении с нормативными значениями.

■ Организация рециркуляционной технологии с использованием регенерированной эмульсии а качестве присадки к свезей COS без использования средств стабилизации на нелимитирупщеи по СОЗ .оборудовании позволяет обеспечить ресурс работы эмульсии в течении 2-х лет (на текущий момент). Оценка лродолгительноста и критерии исчерпания ресурса работы СОЗ является предметом дальнейших исследования.

Выполнение санитарно-гигиенических и экологических нормативов достигнуто за счет сокращенного технологического процесса применения С01 без выполнения дорогостоящей и трудоемкой операции разло-кения COS на компонента.

В качестве примера приведен расчет экономического эффекта от внедрения рециркуляционной системы применения СОЙ, обслуживающей 3 гибких производственных участка. Без учета снижения расхода режущего инструмента и брака изделий по вине COSI годовой экономический эффект составляет 11.7 илн руб.

Э. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исследованы дестабилизационные процессы в СОЖ при функционировании ТЫС. Выдвинут определяющий фактор деструкции COS во времени - биопоражение. На основании однотипности поведения эксплуатационных параметров С02 предлоаен способ оценки качества эмульсии по обобщенному показатели -параметру рН. ПредЖжен способ эксплуатации COS в "коридоре" значений параметра рН - { рНо: рНо-1 }, при которой гарантируются сохранение технологичеаских свойств COZ, и отсутствие катастрофических деструктивных процессов.

2. Разработана рециркуляционная технология на базе автоматизированных модулей приготовления и регенерации эмульсий, объединенных d технологическую систему с замкнутым циклом работы. Достигнуто обеспечение экологической чистоты и выполнение санитарно-гигиенических нор«, гарантии качества СОЖ, защита от неквалифицированного вмешательства в технологический процесс приготовления и регенерации COS. Обеспечен малоотходный рециркуляционный процесс эксплуатации (Ж, утилизации в разработанной технологии подлежат механические принеси, неэыульгированная масляная фаза, продукты гизнедеятельности бактерий и грибов.

3. Исследованы технологический процесс и средства технологического оснащения приготовления водосмешиваемых СОЖ. Исследовало влияние начальных (при приготовлении) параметров качества СОЖ на ее поведение во времени в процессе функционирования ТМС. На основании исследований разработаны технология и автоматизированный модуль приготовления эмульсий, обеспечивающий прямоточный цикл приготовления беа использования промежуточных баков приготовления и хранения готовой COI. являющихся источниками биопоражения.

i. Исследованы технологический процесс и средства оснащения регенерации CQ1. направленные на восстановление начальных значений содержания микроорганизмов и удаления взвешенных "инородных" фаз, по размерам сравнимым с дисперсной фазой. На основании исследований разработаны технология и автоматизированный модуль регенерации эмульсий, обеспечивающий регенерационный цикл для отработанных СОЖ без разрусения структуры жидкости: биоцидная обработка, седимента-цношая сепарация свободных насел, продуктов жизнедеятельности

микроорганизмов, механических примесей. За счет периодических ре-генерационных циклов ресурс работы СОЛ определяется как суша периодов стойкости СОЖ Tj до 1-ой операции регенерации. При использовании регенерированной СОЯ в качестве ЮХ-ной присадки к вновь приготавливаемой жидкости длительность Tt не изменяется.

5. Повышена экономическая эффективность процесса применения СОЖ за Q4CT увеличения в 5...6 раз периода стойкости СОЯ. снижения начальных значений концентрации масляной фазы, возврата в производственный цикл регенерированной COS, отсутствия дорогостоящей и трудоемкой операции разделения ее структуры.

6. Разработан алгоритм построения графика плаково-предупреди-тельнои замены, пополнения СОК в индивидуальных системах охлаждения металлорежущего оборудования, проектировочного расчета параметров производительности (пропускной способности) средств оснащения системы применения СОЯ для конкретных производственных условий.

Публикации

1. В.М.Тихонов, И.Л.Лаптев. Рециркуляционная технология приготовления и эксплуатации эмульсий при обработке металлов резанием П Тезисы докл. международной конф. Часть 2. - Уфа, 1994. С. 47-48

2. В.М.Тихонов, И.Л.Лаптев. Экономико-организационное моделирование рециркуляционной системы снабжения СОЯ // Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий. Материалы научно-техн. конф. АТН РФВВО. - Н.Новгород, 1995. С.82-83

3. В.М.Тихонов, И.Л.Лаптев. Модульно-агрегатное технологическое обеспечение рециркуляционной системы эксплуатации эмульсий при обработке металлов резанием // Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий. Материалы, научно-техн. конф. АТН РФВВО. - Н.Новгород, 1995. С. 79-82

4. В.М.Тихонов, И.Л.Лаптев. Рециркуляционная технология приготовления и эксплуатации эмульсий при обработке металлов резанием // Технологические процессы и оборудование машино- и приборостроения. Межвузовский сборник научных трудов. -Н.Новгород, 1995. С.101-105

5. Патентная заявка N 95114660 - Устройство для подачи эмульсий fia водной основе. / В.Н.Тихонов, И.Л.Лаптев. Пояснительное репение от 19.11.1995

6. Патентная заявка N 95)146657 - Установка для приготовления эмульсий на водной основе при обработке металлов резанием. / В.М.Тихонов, И.Л.Лаптев. Положительное решение от 19.11. i995

з/