автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Замкнутая технология очистки деталей и растворов синтетических моющих средств в погружных моечных машинах

Российская академия сельскохозяйственных наук

Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ)

СПИРИДЕНОК Людмила Михайловна

ЗАМКНУТАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ И РАСТВОРОВ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ В ПОГРУЖНЫХ МОЕЧНЫХ МАШИНАХ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление

и ремонт сельскохозяйственной техники

На правах рукописи УДК 62-776-t66.067.16

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Новополоцком политехнической институте

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор физико-математических наук, профессор Коробко В.И.

доктор технических наук, профессор Дегтерев Г. П. кандидат технических наук, с.н.с. Тельнов А.Ф.

Ведущее предприятие Полоцкий авторемонтный

завод .

Защита диссертации состоится иОуйМшЪ

в 10°° час. на заседании специализированного Совета Д. 020. ьЬ.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук ГОСнИГИ по адресу: 10942с, Москва, 1-ый Институтский проезд, д.I

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

/1/".Ал Г1 71/ . {7 ----

Автореферат разослан "¿С" ЩлШШ гА 19у/г

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по указанному адресу ученому секретарю Специализированного Совета

Ученый секретарь ¿¡г •

Специализированного совета, /I I $

доктор технических наук . / ^ 0У' Халфин М.А.

/V-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Разработка и внедрение малоэнергоемких, работы замкнутых технологических процессов тех-

нического обслуживания и ремонта машин сельскохозяйственной техники является одних из основных условий снижения затрат на содержание машнотракторного парка в работоспособном состоянии. В технологии ремонта одной из определяющих операций является очистка деталей, от качества которой прежде всего зависят работоспособность сборочных единиц и машины в целом. Снижение энергоемкости процессов погружной очистки, разработка критерия оценки этих процессов и продление срока службы мов-цих растворов является одной из основных задач удешевления процесса очистки.

Вопросы исследования технологических процессов очистки деталей, сборочных единиц и машин сельскохозяйственной техники, а также создание новых промышленных образцов машин нашли свое отражение в работах ученых В.П.Мороза, Н.Ф.Тельнова, В.И. Неробко, Г.П./1эгтерева, А.Ф.Тельнова, Ю.И.Афанасикова, Ю.Г.Сеыенова и других. Многие вопросы технологии очистки получили теоретические обоснования, которые легли в основу разработки технологического оборудования.

Однако, в настоящее время вопросы научного обоснования критериальной оценки эффективности технологического оборудования качества и времени очистки поверхности деталей и сборочных единиц сельскохозяйственной техники от загрязнений далеки до завершения.

Качество очистки деталей зависит от качества мощего раствора, фи загрязнении раствора отходами процесса очистки деталей моющие качества его ухудшаются, происходит старение, что отрицательно влияет на очистку деталей.

Существуют рациональные способы очистки отработанных моющих растворов, одним от которых является метод основанный на ультро-ыембранной технологии. Однако широкое их внедрение на ремонтных предприятиях ограничено из-за Отсутствия качественной яредочистйй мощего раствора От

- г ~

механических примесей.

Из выве сказанного можно сделать вывод, что разработка замкнутых малоэнергоемких щэоцеесов очистки деталей погружным способом с очисткой моющего раствора от механических примесей при помочи самоочищающегося фильтра является актуальной задачей.

Разработка малоэнергоемкой замкнутой техно-Цвль работы логин очистки деталей погружным способом с очисткой моицего раствора от механических примесей при помощи самоочищающегося фильтра.

Скоростной самоочищавшийся фильтр с вы-Объект бором малоэнергоемкого погружного спо-

исследования соба очистки деталей.

Разработана методика выполнения иссле-Научная новизна дований гидродинамики самоочищащегося

фильтра элеетродиф^узионным методом позволявшая измерить распределение касательных напряжений на перфорированной цилиндрической поверхности с подачей через нее жидкости применительно к фильтрующему элементу. Разработана методика оценки качества и времени очистки деталей и сборочных единиц машин сельскохозяйственной техники от загрязнений в погружных моечньк машинах на основе электродиффузионного метода измерений касательных напряжений на очищаемой поверхности.

Разработаны рекомендации по расчету гид-ГЬактическая равлических и конструктивных параметров ценность скоростного самоочищающегося фильтра с

роторным активатором для очистки моющих растворов от механических примесей. Рекомендовано принципиально новое устройство для очистки растворов (i.e. № 1769966), применение которого позволяет увеличить срок службы моющего раствора в два раза и отделить легкие фракции из очищаемой жидкости. Разработана методика определения качества очистки от времени для разлитых способов гидромеханического воздействия на моющий раствор, позволяющая моделировать качество процесса очистки реальных конструкций моечных погружных машин.

Разработана малоэнергоемкая замкнутая технология очистки деталей погружным способом с очисткой мовдего раствора от механических примесей при помощи самоочищающегося фильтра.

Реализация резуль- Результаты исследований и разрабо-татов исследований тайные методики составили основу расчета скоростного самоочищающегося фильтра внедренного на Полоцком авторемонтном заводе, Новополоцкой автобазе № 6 и при выполнении НИР для ГОСШПИ. Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях: "Современные методы обработки и повышения долговечности деталей машин" (г.Новополоцк, 1989г.), "Очистка сточных вод и подготовка воды для промводоснаб-жения" (г.Новополоцк, 1990г.), "Проблемы механизации, электри<|икации, автоматизации сельского хозяйства и подготовки инженерных кадров" (г.Минск, 1991г.),"Ученые и специалисты народному хозяйству области" (г.Могилев, 1993г.), на кафедре "Ремонт машин" Белорусского аграрно-технического университета (г.Минск, 1993 г.). Публикации По материалам диссертации опубликовано 5

статей, 4 отчета НИР и получено положительное решение по заявке на изобретение. Объем и структура Содержание диссертации изложено работы 133 стр. машинописного текста, со-

держит 31 рисунок, 5 таблиц, состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литераторы и приложений.

Содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы о показано принципиальное направление и организационные пути его реализации. Первая глава В этой глазе изложен анализ существующих способов очистки деталей и растворов синтетических моющих средств в моечных машинах погружного типа. Рассмотрены основные способы гидэомехани-

- А -

ческой активам моющие растворов: колебания платформы с объектами очистки; окунание деталей с внносоы их на поверхность, винты, ротор-активатор, забутка моющего раствора затопленными струями.

В настоящее время отсутствуют объективные сравнительные оценки уровня гидромеханического воздействия моющего раствора на загрязнения очищаемых деталей. Конструкции погружных моечных машин с точки зрения их эффективности и энергоемкости практически не оценивались.

Изложены способы очистки моечных растворов погружных машин от механических примесей. Методы очистки моющих растворов можно классифицировать: отстаивание, процеживание и фильтрация, флотация, осветление во взвешенном осадке, центробежное фильтрование, ультрафильтрация. Рассмотрены конструкции наиболее распространенных: самоочищаю щихся фильтров, выявлены их недостатки, основная часть которых устранена в предлагаемой конструкции самоо'зедаю-щегося фильтра с ротором активатором.

Сформулированы цель и задачи теоретических и экспериментальных исследований, основными из которых являются: получение аналитических зависимостей времени и качества очистки поверхностей деталей при различных способах гидромеханического воздействия на моющий раствор, определение зависимости изменения объема очищенного раствора от времени в самоочищающемся фильтре, измерение поля касательных напряжений трения на фильтрующем элементе самоочищающегося фильтра электродиффузионным методом, разработка и научное обоснование методики расчета гидравлики к конструкции самоочищающегося фильтра с ротором-активатором.

Вторая глава В этой главе изложены программа и методика исследований.

В соответствии с поставленной целью работа выполнена в два этапа исследований:

- исследование основных закономерностей влияния способов гидромеханической интенсификации моющего раствора на качество и время очистки поверхностей деталей от заг-

ряэнений.с целью выбора их рационального способа очистки;

- научное обоснование целесообразности и эффективности применения скоростного самоочищающегося фильтра в технологии очистки растворов СПС в погружных машинах от механических примесей с частицами d =J50mkm и более. Эти исследования положены в основу выбора ыалоэнергоем-кой замкнутой системы очистки деталей и синтетических ыоицих растворов в погружных моечных машинах.

Дан обзор измерений касательных напряжений трения на очищаемых поверхностях. Рассмотрен электродиффузионный метод измерений касательных напряжений трения.

Представлена разработанная методика измерений касательных напряжений на фильтрующем элементе самоочищающегося фильтра и оценка эффективности его гидродинамической очистки. Представлена схема установки для исследования способа очистки сетчатой фильтровальной перегородки ротором-активатором.

Качество способа очистки фильтрующей перегородки определяется критерием

К =

р о- ¡у

С* ~ р wt ~ коэффициент сопротивления; NlyA~£ ц S

Т JT W„ /ч. w *

удельная мощность; iw - касательное наряжение трения Н/м^; р - плотность жидкости кг с2/м4; Wa -

скорость фильтрации, м/ч; U+j-jjr - динамическая скорость, м-с""*; 3 - очищаемая площадь фшхьтровальной перегородки

В заключении главы представлена методика исследования динамик процесса очистки поверхностей очищаемых деталей. Третья глава В этой главе представлены теоретические исследования зависимости времени и качества очистки поверхностей деталей при различных способах гидромеханической интенсификации моющего раствора

на основании теории размерностей и подобия. Получена следующая зависимость качества очистки поверхности К (в %)

К-СК'РеРе^ , CI)

где Pej= Ud/B - число Пекле диффузионное, D - коэффициент диффузии; Рг = Ud/a - число Пекле < Q -коэффициент теплопроводности); Re = Ud/"9 -число Рейнольдса ( U - скорость активации моющего раствора, м/с; d - характерный размер активатора; м); «Sh = - d/Ut - число Струхаля ( t - время очистки, с); К° = = Cf/NуА. Здесь же получено уравнение для определения изменения объема очищаемого раствора V от времени t в самоочищающемся фильтре

AV^R^V«;» jAP(i)dt , (2)

где _А - постоянная, определяемая из эксперимента, Рфп- сопротивление фильтровальной перегородки, д Р - перепад давления на фильтровальной перегородке, фиведены основные гидравлические характеристики самоочищающегося фильтра. Гидравлическое сопротивление фильтра в рассмотренном случае зависело от трех составляющих, обусловленных соответственно фильтровальной сеткой, каркасом и геометрией входного патрубка. Определен расход жидкости проходимой через фильтр и скорость фильтрования.

Приведены результаты исследований динамических характеристик фильтра и его заполнения осадком. В основу модели выпадения осадка положена задача о движении сферической частицы. Решение базировалось на уравнении Чена, которое в рассматриваемом случае имело вид:

где ^ - ускорение твердой частицы, м/е^; и~т - скорость потока жидкости, м/с; - скорость частицы, м/с; с^ - диаметр твердой частицы, м.

Для определения скорости потока жидкости применим модель вихревого потока в циклоне исследоваеыой Гольдшти-ком М.Г.

Четвертая глава В этой главе приведены результаты

экспериментальных исследований зависимости качества очистки поверхности при следующих способах погружной очистки: возвратно-поступательное движение, вращательное движение, генерация моющего раствора винтом и ротором-активатором. В качестве оценочного критерия принят

На рис. I а,б представлены точками результаты экспериментальных исследований зависимости качества очистки от чисел Ре при оптимальном времени очистки. Сплошные кривые на рисунках соответствуют выражению (I).

На рис. I в,г представлены точками результаты обработки экспериментальных исследований в виде зависимости К от -//¿Ь • Сплошные линии на рисунках соответствуют зависимости

- Ре* к-к°= с к° /

где Ка - постоянная, соответствующая начальным условиям очистки (предварительная замочка деталей).

На основании результатов исследований был выбран рациональный способ погружной очистки деталей.

В этой же главе приведены эксперименты проведенные для скоростного самоочищающегося фильтра с ротором-активатором.

На рис. 2 представлено распределение касательных нап-

Зависимость качества очистки К от числа Ре и от числа 9Ь

движение

• - 30°, 4- 60°, Ш- 0°

возвратно-поступательное Ротор-активатор

движение I - одаолопастной

1-30°, 2-60°, 3-0° 2 - двухлопастной

Рис. I

Распределение касательных напряжений по высоте фильтровальной перегородке

н и«

о,г

0,0?

/ V' / \ " /^ Vх V2

/ \ / • » у \ хХ * V •___" -__

1-оЪ = 6Ьс*"* - ротор-активатор однолопастной 2 - и) = 88 с"* - ротор-активатор двухлопастной

Рис. 2

I

о

Ж/6

¿00'

660 Ьс

ряжений трения Т^ по высоте фильтровальной перегородки самоочищающегося фильтра 1]6 при формировании вихревого потока ротором-активатором в зависимости от частоты вращения вала.

Дня выявления эффекта ности работы фильтра били проведены следующие эксперименты. I. Измерены зависимости перепада давле-

гю

Рис. 3

ния от расхода при прокачивании через фильтр чистой воды.

2. Измерена зависимость расхода очищенного раствора от времени фи одновременной работе насоса и роторного активатора.

3. Измерена зависимость расхода очищенного раствора от времени при включении ротора и насоса.

4. Измерено изменение давления перед сеткой от времени при работе ротора и его выключении.

Полученные закономерности позволили выявить наиболее эффективный способ работы фильтрационной установки с ро-тором-активатороы.

Экспериментальные исследования изменения перепада давления на фильтровальной перегородке в зависимости от времени рис. 3 позволили решить уравнение (2). Результаты решения, в частности, свидетельствуют, что при включении роторного активатора (область 2) происходит увеличение объема фильтрата по закону ]/Т

Весь комплекс доведенных исследований показал работоспособность самоочищающегося фильтра с ротором-активатором.

Результаты экспериментальных исследований позволили нам разработать цроект замкнутой малоэнергоемкой техно-

- II -

логии очистки деталей в погружных машинах.

Пятая глава В этой главе изложены методики расчета

гидеоданамичесюк и конструктивных параметров самоочищающегося фильтра. Проектный расчет фильтра производится исходя из требуемой производительности Q , задаваемым перепадом давления на фильтровальной перегородке дР^ ■10s, н/п1 , диаметром ротора

0,Ы d S 0,3, М и скоростного вращения вала роторного активатора /00$ о0 £ 300, с.'1 . Расчет динамических характеристик самоочищающегося фильтра велся на персональной ЭВМ и машине ЕС-1022. Программы расчета и блок схема даны в приложениях. В главе представлены результаты расчетов.

Шестая глава Эта глава посвящена оценке технико-экономической эффективности технологии очистки деталей погружным способом с очисткой растворов синтетических моющих средств от механических примесей в скоростном самоочищающемся фильтр . В качестве базового варианта принята технология очистки растворов на Полоцком авторемонтном заводе. Внедрение замкнутой малоэнергоемкой технологии очистки деталей на ремонтном предприятии позволило увеличить срок службы моющего раствора в 2 раза, экономию CMC на очистку 1т деталей на 4 снижение удельного веса потребляемой свежей вода на одну моечную машину на 2й%. Родовой экономический эффект от внедрения технологии в ценах на I января 1993 г. составил 786 тыс .руб.

Выводы

I. Разработана и научно-обоснована замкнутая малоэнергоемкая технология очистки деталей и сборочных единиц сельскохозяйственной техники от загрязнений в погружных моечных машинах, отличающаяся от существующих технологий тем, что в ней указаны рекомендации по выбору способа рационального метода активации моющего раствора для интенсификации процесса очистки деталей и отделения механических примесей в растворе

синтетических мовщих средств в скоростном самоочищающемся фильтре.

2. Разработана методика оценки качества очистки поверхности деталей в погружных моечных машинах при различных способах гидромеханической интенсификации моющего раствора, которая учитывает касательные напряжения трения, гидромеханическое воздействие очищающего потока, мощ-ностные характеристики машины, диффузионные и теплооб-иенные процессы, происходящие в растворе и время очистки. Получено, что при способе очистки окунание деталей с выносом на поверхность, скорости вращения рабочего органа 3? с и расположении деталей под углом 30° к набегающему потоку достигается наилучшее качество очистки ( К ~ 10СЮ. Это же качество очистки достигается при активации моющего раствора двухлопастным ротором-активатором при скорости вращения 156с"*. Поэтому при конструировании погружных моечных машин тупикового типа предпочтение отдается способу окунание деталей с выносом на поверхность, а для проходных машин активация раствора предпочтительнее ротором.

3. Для оценки качества очистки фильтрующей перегородки самоочищающегося фильтра применен электродиффузионный метод измерения касательных напряжений трения на сетке: в I варианте измерения проводились при односторонне!, расположении лопаток на роторе, во П-ом варианте при двухстороннем расположением лопаток и при угловых скоростях вращения ротора <х> = 67 73 с"^; 88 с-*. Установлено, что более качественная и равномерная по высоте сетки очистка наблюдается во П варианте при угловой скорости 88 с-*. За 5-7 мин работы ротора сетка фильтрующей перегородки полностью очищается.

4. Установлено, что при работе ротора изменение объема фильтрата происходит по закону Vя' /Г • Полученная зависимость позволяет доказать, что 1ри работе ротора производительность самоочищающегося фильтра увеличивается.

5. Разработана и научно обоснована методика расчета гид-

родинамических: и конструктивных параметров скоростного самоочищающегося фильтра с ротором-активатором, которая позволила сконструировать и внедрить самоочищающийся фильтр на Полоцком авторемонтном заводе (производительность 20 м3/ч), обеспечивающего очистку моющего раствора погружной моечной машины роторного типа, что позволило увеличить время старения раствора в 2,5 раза, экономию CMC на очистку 1т деталей на 52$, снижение удельного веса потребляемой свежей воды на ма-кину на 40% и трудоемкости обслуживания моечной машины за месяц в 2 раза.

6, Получены новые экспериментальные результаты:

- выполнены измерения касательных напряжений трения на фильтрующем элементе самоочищающегося фильтра;

- проведены комплексные исследования качества очистки поверхностей деталей в зависимости от времени для различных способов гидромеханического воздействия на моющий раствор.

7, Замкнутая технология очистки деталей и растворов синтетических мовщих средств внедрена на Полоцком авторемонтном заводе, Новополоцком автопарке № 6, где работает с начала внедрения 6 месяцев, такие результаты работы использовались при выполнении КИР по заказу

ГОСНИГИ.

В. Реализация результатов исследований позволила повысить производительность моечной машины на 5...себестоимость очистки 1т деталей уменыаится в 2,5 раза (с 971 до 466 тыс.руб). Экономический эффект от внедрения результатов исследования на Полоцком авторемонтном заводе составил 7сб тыс.руб.

9. Разработанный и реализованный комплект научно-технических мероприятий и конструктивных усовершенствований направленных на внедрение малоэнергоемких замкнутых технологий очистки деталей вкшочает:

- разработку технической документации на скоростной самоочищающийся фильтр с ротором-активатором.

- методику оценки качества и времени очистки погруж-

ных машин для различных способов гидромеханической интенсификации моющего раствора.

Публикации по теме диссертации

1. Захаров Н.11,, Спириденок Л.Ы. Некоторые особенности конструкции роторного активатора для погружных моечных машин. / В сб.: Современные методы обработки и повышения долговечности деталей ыашин. Тезисы докл.-, Новополоцк, - 1989, - с.II.

2. Коробко В.И., Спириденок Д.Ы. Способ интенсификации удаления осадка с фильтровальной перегородки. /В сб.: Очистка сточных вод и подготовка воды для промводосна-бжения. Материалы научн.-техн. семинара.- Новополоцк.-

1990,-с.45.

3. Бриль В.П., Спириденок Л.М. Исследование и разработка скоростного самоочищающегося фильтра. /В сб.: Проблемы механизации, электрификации, автоматизации с/х и подготовки инженерных кадров. Тезисы докл.-Минск,-

1991,-c.I9I.

4. Коробко В.И., Спириденок Л.М. Самоочищающийся фильтр для очистки отработанных моющих растворов от механических примесей. М.: Труды ГОСНИГИ, 93, 1992,с.05-94.

5. Исследовать, разработать и внедрить методику оценки эффективности способов погружной очистки поверхностей деталей от загрязнений. Новополоцкий политехнический

институт, Новополоцк, Отчет гос.рег. № 01.bö.0026313, I9Ö6.-60c.

6. Разработать и внедрить опытный образец самоочищающегося фильтра. Новополоцкий политехнический институт, Новополоцк, Отчет гос.рег. №> 0I.86.00b6297, I9tf7.-b2c.

7. Разработать и внедрить в производство самоочищающийся фильтр. Новополоцкий политехнический институт, Новополоцк, Отчет гос.рег. №0I.öb.00263Ib, 19Ш.-43с.

У. Разработка предварительного фильтра грубой очистки с устройством для обезвоживания шлама. rilM, Новополоцк, Отчет гос.рег. № 01.90.00425020, I99I.-ti0c.

9. A.C. № 1769966 (СССР). Саыоочжцащийся фильтр /Неробко В.И., Сивцов С.П., Спириденок Д.Ы. № 4857476/26; опубл. 23.10.92. Бил. №39.

10.Коробко В.И., Семенов В.И., Спириденок Л.М. Малоэнергоемкая замкнутая технология очистки мощих растворов от механических примесей и погружных машин от осадка при ремонте. /В сб.: Ученые и специалисты-народаому хозяйству области. Тезисы докл.-Могилев.-1993,-с.203.

Jcu^r

Подписано к печати Формат бум. 60x84/16. Объем 1,0 п.л. Зак.2226 Тир. 100 экз.

Типография ГОСНИТИ