Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Характеристика эксплутационных жирообразующих загрязнений сельскохозяйственной техники 11
1.2. Анализ способов и методов подготовки наружных поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске 16
1.3 Анализ конструкций оборудования применяемого для подготовки поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске 24
1.4, Физико-химические основы очищающего действия 33
1.5. Постановка проблемы и задачи исследования 39
Глава II. Теоретические исследования 42
2.1 Принципиальная схема экспериментального стенда установки для очистки г и обезжиривания сельскохозяйственной техники при подготовке ее к покраске 42
2.2 Теоретические исследования воздействия водо-гранулированной струи на жировые загрязнения 45
2.3. Теоретические исследования влияния скорости и высоты свободного падения гранул на равномерность их распределения на поверхности загрязнения 53
2.4. Теоретические исследования влияния формы и массы гранул на равномерность их распределения на поверхности загрязнения 61
2.5. Выводы 68
Глава III. Методика экспериментальных исследований 70
3.1. Программа исследований 70
3.2. Обоснование объекта исследований 72
3.3. Методика лабораторных исследований 72
3.4. Методика полевых исследований 87
3.5. Методика хозяйственных исследований 93
Глава IV. Результаты исследований 97
4.1. Результаты лабораторных исследований 97
4.2. Результаты полевых исследований 116
4.3. Результаты хозяйственных исследований 123
4.4. Внедрение разработок и экономическая эффективность 128
4.5. Выводы 132
Общие выводы и рекомендации 134
Список использованной литературы 137
Приложения 147
- Анализ способов и методов подготовки наружных поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске
- Теоретические исследования воздействия водо-гранулированной струи на жировые загрязнения
- Методика лабораторных исследований
- Внедрение разработок и экономическая эффективность
Введение к работе
2 g676
Актуальность темы, В настоящее время процесс очистки сельскохозяйственных машин и их деталей при подготовке к покраске является одним из важнейших технологических процессов ремонта и технического обслуживания, которые оказывают большое влияние на долговечность и сохранность сельскохозяйственной техники.
Особенностью эксплуатации машин в сельском хозяйстве являются сложные условия работы, связанные с тем, что в процессе производства на наружных поверхностях деталей скапливаются различные виды жиросодержащих загрязнений: дорожная пыль, растительные остатки и ядохимикаты, остатки топлива и масла, технологические продукты. При совместном взаимодействии встречающихся загрязнений с различными климатическими условиями образуются продукты коррозии, происходит старение и разрушение металла, при этом снижается срок службы сельскохозяйственных машин.
Для повышения надежности и долговечности машин и их деталей в промышленности и в ремонтном производстве применяют различные способы защиты поверхностей от перечисленных факторов. Одним из способов является использование лакокрасочных покрытий.
Очистка наружных поверхностей сельскохозяйственных объектов при
подготовке их к покраске достигается за счет применения синтетических
очищающих веществ, подогрева очищающей жидкости, абразива и повышения
давления водяной струи, что связано с большими материальными и трудовыми
затратами, необходимыми для увеличения мощности привода, содержания
вспомогательного оборудования для перемешивания и подготовки раствора.
При этом ухудшаются условия труда из-за высокой запыленности рабочей зоны
оператора и экологическая безопасность при попадании отходов в
окружающую природную среду. р- нац1.0иаЛ1ЬНА*1
БИ6ЛИ0ТЕКА \ G1J«t*P*H>r ОЭ Ш
Поэтому перед современными технологиями наружной очистки при подготовке к покраске стоит задача обеспечить высокое качество очищаемых поверхностей при наименьшей трудоемкости процесса без увеличения энергетических и материальных затрат за счет использования дополнительных видов энергии, образующихся в струе жидкости и связанных с ее физическими свойствами. Одна из перспективных технологий - это возможность применения в качестве дополнительной энергии явлений сублимации и эмульгации гранул углекислоты, представляющих собой переход углекислоты в толще загрязнения из твердого состояния в газообразное минуя жидкую фазу и эмульсионное воздействие.
Цель работы. Улучшение качественных и технико-экономических показателей процесса подготовки поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске за счет разработки технологии' обезжиривания водо-гранулированной струей углекислоты и создания универсальной установки осуществляющей данную операцию.
Методика исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования заключались в определении возможности влияния энергии удара гранул на загрязненную поверхность, обосновании параметров и режимов работы сопла, в котором образуется водо-гранулированная струя, и влияние данных параметров на равномерность распределения гранул в пятне контакта.
При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные методики, приборы и установки. По стандартным методикам проводилась подготовка образцов для создания комплексного загрязнения и определялось качество обезжиренной поверхности образцов. Обработку экспериментальных данных проводили методами математического планирования (лабораторные исследования) и статистики (натурные исследования).
Научная новизна. Аналитические зависимости воздействия водо-гранулированной струи на жировые загрязнения с обоснование параметров и режимов работы сопла. Теоретические основы влияния основных параметров и режимов работы сопла на равномерность распределения гранул углекислоты на поверхности загрязнения.
Практическая ценность. Проведенные исследования позволили создать и внедрить в производство средство механизации для водо-гранулированного обезжиривания наружных поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске и разработать технологию его применения, которые решают проблему экономии ресурсов за счет снижения энергетических затрат и трудоемкости выполняемых работ, улучшают экологию окружающей среды благодаря возможности отказа от применения синтетических средств, обеспечивают безопасные условия работы оператора за счет отсутствия в процессе обезжиривания ручного труда.
Реализация результатов исследования. Технология и средства
механизации водо-гранулированного обезжиривания с использованием углекислоты прошли' испытания в производственных условиях и внедрены в агропромышленных предприятиях и хозяйствах Рязанской области.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях Рязанской сельскохозяйственной академии (2002-2003 гг.) и Санкт-Петербургского агроуниверситета (2003 г.)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из которых имеется два свидетельства на полезную модель №25477 и №26498
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов общих выводов и рекомендаций к производству, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 10 таблиц, 27 страниц приложений.
Анализ способов и методов подготовки наружных поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске
Комплекс мероприятий, направленных на предупреждение загрязнений, не исключает полностью их образования. В сельскохозяйственных машинах и другой техники встречаются загрязнения различных видов. Поэтому важное значение приобретает применение эффективных методов и способов очистки сельскохозяйственной техники при подготовке ее к покраске.
По характеру основных показателей, обусловливающих качественную подготовку машин, узлов и деталей под окраску, существующие способы очистки делят на механические и физико-химические [ 73, 102 ] (рис. L4).
Эти способы не являются взаимоисключающими и часто применяются совместно. Практические пути осуществления каждого способа очистки могут быть, весьма различны с использованием самых разнообразных моющих средств и приспособлений. Особенно распространено механическое воздействие в сочетании со способами смыванием и растворением.
Механические способы очистки [ 79 ] находят свое применение при подготовке металлических поверхностей под окраску, они используется для удаления нагара, накипи, старой краски, окисных пленок, продуктов коррозии и окалины. Механическая очистка включает как ручную очистку скребками, щетками, ершами, так и механическую очистку косточковой крошкой, кварцевым и металлическим песком (дробью), очистку деталей вращающимися щетками и шлифованием (с применением абразива, наклеенного на ленту или круг).
К преимуществам механических способов очистки относят: создание необходимой шероховатости поверхности, обеспечивающей надежную адгезию лакокрасочного покрытия к окрашиваемой поверхности; отсутствие солей на очищаемой поверхности необходимость их удаления промывкой.
Наиболее широко распространен механический способ очистки воздействием струй. Различают очистку струями сухих очищающих сред и водных.
При использовании сухих очищающих сред механический фактор очищающего действия достигается за счет кинетической энергии воздействия абразивного материала на частицы загрязнения.
В зависимости от очищающего материала различают следующие способы очистки: пескоструйная, дробеструйная, с помощью косточковой крошки и дробеметная.
Пескоструйная очистка сводится к обдувке загрязненных поверхностей кварцевым или металлическим песком (дробью) с размером частиц не более 0,8 мм. Она является наиболее эффективным способом удаления продуктов коррозии и подготовки металлической поверхности к окраске. При этом способе поверхность не только очищается, но и приобретает равномерную шероховатость, способствующую лучшему прилипанию лакокрасочных материалов. Дробеструйная очистка применяется при удалении старых лакокрасочных покрытий, а также для очистки наружных поверхностей гильз автотракторных двигателей от накипи и продуктов коррозии. В качестве металлического песка используется стальной или чугунный песок, частицы подаются на обрабатываемую поверхность под давлением 5-6 атм. Поверхности деталей из цветных металлов и сплавов очищать металлическим песком не рекомендуется, так как проникающие в поверхностный слой частицы черного металла способствуют протеканию электрохимической коррозии. В таких случаях применяют очистку с помощью косточковой крошки, которая представляет мелкораздробленную скорлупу фруктовых косточек (отходы предприятий по переработке фруктов), обладающую меньшей прочностью, чем предыдущие очищающие среды, тем самым не повреждает поверхности деталей. Наиболее производительным способом обработки является дробеметная очистка, при которой дробь под действием центробежной силы, образующийся при вращении турбинного колеса с лопатками, непрерывно подается на изделие. Дробеметная очистка значительно производительнее и экономичнее пескоструйной.
Хотя приведенные способы эффективны при очистке среднесвязанных и сильносвязанных загрязнений, они обладают существенными недостатками; значительную стоимость обработки, особенно при ручной очистке; малую производительность; наклеп обрабатываемой поверхности, требуют постоянную сортировку и калибровку очищающих сред, оборудование материалоемкое и недолговечное из-за постоянного воздействия на рабочие органы абразивной среды. Кроме того, обслуживающий персонал при работе на установках нуждается в защите органов дыхания и зрения от образующейся пылевидной среды, поэтому эти способы в настоящее время запрещены ГОСТом для открытых площадок [ 411.
Теоретические исследования воздействия водо-гранулированной струи на жировые загрязнения
Работа по удалению с поверхности жировых загрязнений складывается из механической работы, совершаемой струей воды или другими механическими приспособлениями и химической работы по ослаблению адгезионных связей между частицами загрязнений с поверхностью машины. Изменение химической работы связано с применением водных растворов на основе синтетических веществ, которые являются в большинстве случаев дорогостоящими и экологически опасными, поэтому повышение эффективности струйного обезжиривания поверхности возможно за счет увеличения механического воздействия, при этом процесс удаления загрязнения с поверхности может быть рассмотрен как разрыв материала под действием статической нагрузки, создаваемой давлением водяной струи. Как уже было отмечено выше, повышение механического воздействия водяной струи может быть достигнуто за счет совместного взаимодействия гидравлического удара струи с подводом дополнительной энергии. В качестве дополнительной энергии при обезжиривании в процессе подготовки наружных поверхностей сельскохозяйственной техники к покраске, перспективным является использование энергии гранулированных частиц углекислоты. Процесс удаления загрязнений гранулированной углекислотой по физико химическому действию отличается от других способов очистки, где используется абразив. Сухой лед обладает невысокой твёрдостью и при воздействии на загрязнение не затрагивает очищаемой поверхности, а гранулы его сублимируют (переходя из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу) не оставляя следов. Частицы сухого льда, сублимируя, охлаждают жировое загрязнение до Т = 194,5 К и переводят его в хрупкое состояние.
Возникающее при этом термическое напряжение превосходит предел прочности загрязнения и вызывает его самопроизвольное разрушение. Охлаждение в сочетании с ударным действием частиц сухого льда позволяет хорошо обезжиривать поверхности сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске. В соответствии с этим была поставлена задача по теоретическому обоснованию возможности воздействия струи гранулированной углекислоты на частицы жировых загрязнений и создание конструкции экспериментальной установки для обезжиривания поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске, использующей в качестве рабочего материала гранулы углекислоты. Рассмотрим механизм взаимодействия гранулы углекислоты с определенной массой загрязнения, которое расположено на поверхности объекта очистки, представленный на рисунке 2.1. При столкновении двух масс происходит изменение скоростей под действием взаимного импульса за определенный промежуток времени, выраженного зависимостью [ 33 ]: где F - сила, действующая на частицы загрязнения, Н; At - промежуток времени действия силы удара гранул, сек; т - масса гранул углекислоты, кг; V- скорость гранул углекислоты в момент удара о поверхность частиц загрязнения, м/с. Следовательно, сила удара из выражения (2.2) примет вид: С другой стороны рассмотрим свободное колебание элементарной массы частиц загрязнения от действия силы импульса гранулы углекислоты [ 33 ], тогда: где j - ускорение частиц загрязнения при колебании, м/с2; dM - элементарная масса частиц загрязнения. Элементарная масса частиц загрязнения равна [ 33, 60 ] где S - площадь поперечного сечения частиц загрязнения, м2 ; /і - плотность частиц загрязнения, кг/м3; d I—длина деформации частиц загрязнения. Длину деформации частиц загрязнения можно выразить зависимостью: где е - скорость распространения колебаний частиц загрязнения.
Подставляя значения формулы (2.6), выражение (2.5) примет вид: Ускорение распространения колебаний частиц загрязнения выражается зависимостью [ 33 ] где о - угловая скорость колебания частиц загрязнения, рад/сек; а - амплитуда колебаний частиц загрязнения. Тогда угловая скорость частиц загрязнения выражается зависимостью [ 33 ] Подставляя полученные значения (2.5, 2.8, 2.9) в выражение (2.4), получаем: или Принимая допущение, что масса загрязнения однородна и деформируется на глубину d I, подставляя значения (2.5) в выражение (2.10), выражение примет вид: Подставляя значения из формулы (2.6, 2.9) в полученное выражение, получаем: Преобразуя выражение (2Л2), получаем Проинтегрировав это полученное выражение по / и принимая sin6)=\, получаем вид уравнения:
Методика лабораторных исследований
Лабораторные исследования проводились с целью подтверждения теоретических основ о возможности влияния энергии водо-гранулированной струи на качество обезжиривания поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске, создаваемой специальным соплом.
Задачей исследований являлось определение оптимальных параметров и режимов работы экспериментальной установки водо-гранулированного обезжиривания поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске с разработкой конструкции средства механизации, осуществляющей данный способ.
Для проведения лабораторных исследований создавалась экспериментальный стенд установки (рис. 3.2) состоящий из: камеры для обезжиривания (рис. 3.3), насоса высокого давления (рис 3.4), емкости с водой, газового углекислотного болона, щита питания. 1 - камера для обезжиривания; 2 - насос высокого давления; 3 - емкость с водой; 4 - газовый болон; 5 - щит питания Рисунок 3.2 - Экспериментальный стенд установки для обезжиривания наружных поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске.
Изменение давления и степени насыщения воды углекислотой происходит в сопле - рабочем органе установки, (рис. 3.5,3.6)
Сопло состоит из корпуса 1 со сквозным каналом 2. Тело корпуса выполнено из двух частей: верхней и нижней. В нижней части тела корпуса, имеющего форму усечённого конуса под углом к его оси, изготовлены два паза 3. В них расположены ползуны 4 с винтовой нарезкой на наружной стороне каждого из них, связанные с регулировочным кольцом 5, имеющим на внутренней поверхности резьбу, а на наружной насечки для устранения проскальзывания пальцев руки при повороте кольца. Верхняя часть каждого ползуна выполнена радиальной 6. Регулировочное кольцо сверху фиксируется стопорным кольцом 7. К основанию корпуса при помощи болтов 8 крепится втулка 9, имеющая на конце резьбу, при помощи которой сопло крепится к моечной установке. Верхняя часть тела корпуса крепится к нижней болтами 10 и имеет форму цилиндрической головки выточенной с внутренней стороны в виде конуса, в верхней части которого имеется отверстие 11, с наружной стороны головка имеет резьбу. В полости головки выполнена камера 12, содержащая впускное отверстие 13, высверленное в боковой стенке головки, восемь выпускных отверстий 14, расположенных в крышке 15, которая закрывает камеру при помощи болтов 16 и имеет центральное отверстие 17, совпадающее с отверстием вершины конуса. На резьбу цилиндрической головки навинчивается смесительная камера 18, имеющая форму цилиндра с вершиной в виде конуса, и выполненным в нём центральным отверстием 19.
Работа сопла заключается в том что в исходном положении ползуны 4 максимально разведены, то есть находятся в нижнем положении, а смесительная камера 18 ввинчена на глубину соответствующую наибольшему её объёму.
При подаче по каналу 2, вода поступает в полость между ползунами, здесь при повороте регулировочного кольца 5 через винтовое зацепление, —тело корпуса; 2 - сквозной канал; 3 - пазы; 4 - ползуны; 5 — регулировочное кольцо; 6 - радиальное отверстие ползуна; 7 - стопорное кольцо; 8 - болты крепления втулки; 9 - втулка; 10 - болты крепления нижней и верхней частей сопла; 11 - отверстие; 12 - газовая камера; 13 - впускное отверстие газовой камеры; 14 - выпускные отверстия газовой камеры; 15 - крышка; 16 - болты крепления крышки; 17 — центральное отверстие крышки; 18 - смесительная камера; 19 - центральное отверстие смесительной камеры Рисунок 3.5 — Универсальное сопло (полезная модель № 25477).
Внедрение разработок и экономическая эффективность
Внедрение сопла особой конструкции в установке высокого давления для водо-гранулированного обезжиривания сельскохозяйственных машин при подготовке их к покраске, позволяет использовать ее параметры для выбора рациональных режимов работы, улучшает оценочные показатели данного технологического процесса в хозяйствах Рязанской области. В связи с этим снизились затраты на проведение подготовки к покраске разномарочных сельскохозяйственных машин в хозяйствах. Исходные данные, отражающие экономическую эффективность использования двух вариантов установок и новой конструкции сопла даны в таблице 4.4. В качестве базового варианта применялась установка высокого давления Klinett» 243 - К. Годовой экономический эффект, приходящийся на одну машину, определялся по формуле [ 82 ]. где 3 Б » 3 и — суммарные годовые затраты эксплуатации установок базовой и новой при обезжиривании поверхностей картофелеуборочного комбайна в процессе подготовки его к покраске, руб.; Е — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; К Б , К н — капиталовложения при применении базовой, и новой установки. В результате преобразований формулу можно представить в виде: где У Б , Ун - суммарные удельные затраты на эксплуатацию базовой и новой установки; Wц - годовой фонд времени использования установок. Дополнительные капиталовложения Е (К Б - К н ), необходимые для повышения качества применения установки определены как разница затрат при эксплуатации базовой и новой установки, т.е.
На основании этого формула (4.4) для расчета годовой экономической эффективности примет вид: Годовой фонд времени использования установок для выполнения операций по обезжириванию при подготовке к покраске составил 450 часов. Затраты на обезжиривание поверхностей сельскохозяйственной техники при подготовке их к покраске данными установками составили для базовой: ККУ-2А - 2,41 руб., МТЗ-80 - 1,32 руб., ГАЗ-53А - 1,28 руб.. При применении новой установки: ККУ-2А - 1,65 руб., МТЗ-80 - 0,92 руб., ГАЗ-53А-0,93 руб.. Подставив имеющиеся числовые значения в выражение (4.5), получим: для картофелеуборочного комбайна ЮСУ-2А для МТЗ-80 Таким образом, на основании приведенных расчетов можно заключить, что применение конструкции экспериментальной установки экономически выгодно.
