УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к ультразвуковой очистке подшипников качения, в частности, подшипников качения буксового узла железнодорожного транспорта от отработанной смазки и продуктов ее коксования с загрязнениями в водных растворах технических моющих средств (ТМС) с автоматическим выполнением всего процесса очистки. Полезная модель может найти применение при ремонте колесных пар в условиях автоматизированного производства вагонно-колесных мастерских вагонных депо.
Уровень техники
Известно устройство для очистки подшипников качения, содержащее накопитель (бак) с моющей жидкостью, моечную ванну (камеру) с моющей жидкостью и соплами в виде струйных форсунок, насос для подачи моющей жидкости из бака в сопла моечной камеры в рециркуляционном режиме, механизм вращения подшипников в виде опорных приводных роликов, установленных в нижней части моечной камеры, и устройства (средства) для подачи подшипников в моечную камеру и выдачи их (патент РФ на изобретение 2188724 B08B 3/02 «Устройство для мойки изделий»). Известное устройство имеет следующие недостатки. Моечная камера во время обработки подшипников постоянно заполнена моющей жидкостью и струи моющей жидкости, создаваемые соплами, являются затопленными, вследствие чего их напор ослаблен и удаление закоксовавшихся грязе-масляных наслоений с поверхности деталей подшипников неэффективно. При вращении подшипников отсутствует смещение внутреннего кольца подшипников относительно наружного, вследствие чего удаление загрязнений и отработанной смазки из межкольцевого пространства с роликами происходит неполностью. Указанные недостатки приводят также к тому, что процесс очистки требует длительного времени, что в совокупности с тем, что перемещение и обработка проводятся одновременно только одного подшипника, не позволяет достичь высокой производительности устройства. Кроме того средства для подачи подшипников в моечную камеру выполнены
раздельными от средств их выдачи, что увеличивает габариты моечной камеры, вследствие чего требуется увеличенный объем моющей жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для очистки подшипников качения, содержащее бак с моющей жидкостью, моечную камеру с соплами в виде струйных форсунок, расположенных на боковых стенках камеры, и механизмом вращения подшипников в виде опорных приводных роликов, установленных в нижней части камеры, насос для подачи моющей жидкости из бака в сопла моечной камеры в рециркуляционном режиме, камеру сушки потоком нагретого воздуха и средства для загрузки подшипников в моечную камеру и камеру сушки и их выгрузки (патент РФ 2008104 В08В 3/10 «Машина для очистки подшипников качения»). Устройство также обладает недостатками. Моечная камера в процессе обработки не заполнена моющей жидкостью и струи моющей жидкости, создаваемые соплами имеют достаточный напор по сравнению с аналогом, но удаление закоксовавшихся грязе-масляных наслоений с поверхности деталей подшипников также недостаточно эффективно из-за отсутствия их предварительного размягчения, вследствие чего требуется высокая температура моющей жидкости (80-95°С). Удаление загрязнений и отработанной смазки в моечной камере из межкольцевого пространства с роликами также происходит неполностью по той же причине отсутствия смещения внутреннего кольца подшипников относительно наружного при их обработке. По этой же причине удаление остатков моющей жидкости в камере сушки из этого пространства при сушке потоком нагретого воздуха, создаваемого вентилятором, требует длительного времени и значительных затрат энергии. Это происходит потому, что поток воздуха имеет достаточно низкий напор и удалить остатки моющей жидкости за короткий промежуток времени невозможно, причем основная доля этого процесса приходится на испарение остатков моющей жидкости за счет очень высокой температуры (порядка 110-130°С). В данном устройстве производится обработка одного подшипника в одной камере. Все это приводит к тому, что процесс очистки требует длительного времени и обладает низкой производительностью. Кроме того в данном устройстве применяются отдельные средства для загрузки и выгрузки подшипников в моечную камеру и камеру сушки, при этом в камере сушки применяется многократное изменение положения подшипника в пространстве по
причине окунания подшипников после сушки в ванну с керосином, что также усложняет конструкцию устройства. Применение керосина для исключения коррозии требует выполнения устройства с обеспечением требований по взрыво-, пожаро- и экологической безопасности, а это приводит к значительным материальным затратам по созданию такой конструкции. Устройство принимает и выдает подшипники плоскостью их диаметров параллельно направлению их перемещения по устройству, что не позволяет достичь его гибкости по взаимодействию с цеховыми транспортными устройствами (лотками) при различных компоновках расположения оборудования цеха.
Сущность полезной модели.
Задачами, на решение которых направлена полезная модель, являются повышение качества очистки и производительности процесса при его взрыво-, пожаро- и экологической безопасности и полной автоматизации.
Техническими результатами, полученными при осуществлении устройства, являются:
- повышение эффективности удаления загрязнений за счет их размягчения и увеличения макро- и микротечений в моющем растворе;
- интенсификация и автоматизация процесса очистки;
- взрыво-, пожаро- и экологическая безопасность процесса. Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройство для очистки подшипников качения, содержащее бак с моющей жидкостью, моечную камеру с соплами в виде струйных форсунок, расположенных на боковых стенках камеры, и механизмом вращения подшипников в виде опорных приводных роликов, установленных в нижней части камеры, насос для подачи моющей жидкости из бака в сопла моечной камеры в рециркуляционном режиме, камеру сушки потоком нагретого воздуха и средства для загрузки подшипников в моечную камеру и камеру сушки и их выгрузки, введены вторая моечная камера, аналогичная первой, второй насос для подачи моющей жидкости из бака в сопла второй моечной камеры в рециркуляционном режиме, второй бак с моющей жидкостью, первая и вторая камеры предварительной очистки с активаторами, камера ультразвуковой очистки с пьезоэлектрическими преобразователями, расположенными на боковых стенках и дне камеры, и третий насос для подачи моющей жидкости из второго бака в
камеры предварительной и ультразвуковой очистки в рециркуляционном режиме. Активаторы в первой камере предварительной очистки установлены на одной боковой стенке, во второй камере - на противоположной боковой стенке. Камера сушки оснащена соплами в виде струйных форсунок, расположенных на боковых стенках и соединенных через нагреватель с системой сжатого воздуха, и механизмом вращения подшипников в виде опорных приводных роликов, установленных в нижней части камеры. В моечных камерах и камере сушки установлены подвижные прижимные упоры для остановки внутренних колец подшипников при вращении последних. В нижней части камер предварительной и ультразвуковой очистки установлены по две неподвижные опоры для размещения подшипников. Все камеры выполнены в форме параллелепипеда и скомпонованы с одинаковым шагом в проходную конструкцию по направлению перемещения подшипников в порядке: первая камера предварительной очистки - вторая камера предварительной очистки -камера ультразвуковой очистки - моечная камера - вторая моечная камера - камера сушки. Средства для загрузки и выгрузки подшипников выполнены в виде подвижной продольной траверсы, на которой установлены семь манипуляторов с шагом, равным шагу размещения камер. Каждый манипулятор состоит из подвески с двумя захватами и механизма подъема-опускания подвески, а траверса выполнена с возможностью осуществления горизонтального возвратно-поступательного одновременного перемещения всех манипуляторов в поднятом положении подвески на один шаг с обеспечением при этом остановки первого манипулятора только перед или над первой камерой предварительной очистки, а последнего манипулятора только над или за камерой сушки. Неподвижные опоры в камерах предварительной и ультразвуковой очистки, опорные приводные ролики в моечных камерах и камере сушки и захваты на подвеске расположены относительно друг друга на расстоянии, обеспечивающем перемещение или обработку в каждой камере одновременно двух подшипников с расположением их диаметров в одной плоскости, перпендикулярной направлению перемещения подшипников и параллельной боковым стенкам камер. Моющая жидкость состоит из водного раствора ТМС с антикоррозионными добавками.
Траверса устройства может содержать механизм поворота-возврата последнего манипулятора в верхнем положении подвески на регулируемый от нуля до девяносто градусов угол.
Перечень чертежей.
На фиг.1 приведен пример схемы построения устройства.
Возможность осуществления полезной модели.
Устройство, как показано на фиг.1, состоит из трехуровневого металлического каркаса 1, с расположенными в нем на первом уровне баком 2 и вторым баком 3 с моющей жидкостью 4. На крышке бака 2 установлены насосы 5 и 6, на крышке бака 3 - насос 7. Все насосы погружного типа.
На втором уровне установлены первая камера предварительной очистки 8, вторая камера предварительной очистки 9, камера ультразвуковой очистки 10, моечная камера 11, вторая моечная камера 12 и камера сушки 13. Все баки и камеры имеют форму параллелепипеда и выполнены из тонколистовой нержавеющей стали.
Внутренние размеры всех камер 8-13 имеют одинаковые габариты и обеспечивают установку в них одновременно двух подшипников 14, диаметры которых расположены в одной плоскости 15, перпендикулярной направлению перемещения подшипников 14 в устройстве и параллельной боковым стенкам 16 всех камер. В нижней части камер предварительной очистки 8 и 9 и ультразвуковой очистки 10 установлены по две неподвижные опоры, каждая из которых выполнена, например, в виде металлической каркасной конструкции, имеющей две боковые направляющие 17 и два опорных цилиндрических стержня 18. В нижней части моечных камер 11 и 12 и камеры сушки 13 установлен механизм вращения подшипников 14, выполненный в виде двух пар опорных приводных роликов 19 (в каждой паре один ролик ведущий, второй - ведомый), расположенных между боковыми направляющими 17, при этом ведущий ролик обеих пар при помощи цепной передачи связан с электроприводом 20. На одной из боковых стенок 16 камер предварительной очистки 8 и 9 установлено по два винтовых активатора 21, связанных с помощью клиноременных передач с электроприводом 22, при этом в первой камере 8 активаторы установлены на правой боковой стенке 16, а во второй камере 9 - на левой
боковой стенке 16. В ультразвуковой камере 10 на дне и боковых стенках 16 расположены пьезоэлектрические преобразователи 23, выполненные, например, в виде сборного пакета из излучающей накладки, двух пьезокерамических шайб и тыльной накладки, стянутых с определенным усилием резьбовой шпилькой. Количество пьезоэлектрических преобразователей 23 выбирается с учетом существующих закономерностей величины расстояния между ними и исходя из максимального диаметра подшипников 14. В моечных камерах 11 и 12 и в камере сушки 13 на обеих боковых стенках 16 установлены сопла, выполненные в виде струйных форсунок 24, количество которых и расположение выбраны исходя из максимального диаметра подшипников 14. Направление создаваемых форсунками 24 струй моющей жидкости 4 и сжатого воздуха 25 определяется исходя из их максимального проникновения в межкольцевое пространство между роликами подшипников 14. В камерах 11-13 размещены по два подвижных упора 26, выполненных в виде дисков, установленных на штоках соответствующих пневмоцилиндров 27, при этом каждый упор 26 на правой боковой стенке 16 установлен строго напротив соответствующего упора 26 на левой боковой стенке 16. Выходы насоса 5 и второго насоса 6 соединены трубопроводами с форсунками 24 соответственно моечной 11 и второй моечной 12 камер, а форсунки 24 камеры сушки 13 соединены трубопроводами со сжатым воздухом 25 через нагреватель 28 и электромагнитный клапан 29. Камеры предварительной очистки 8 и 9 и ультразвуковой очистки 10 имеют вход 30, соединенный через обратный клапан 31 с выходом третьего насоса 7, перелив 32 и слив 33, соединенные трубопроводами соответственно напрямую и через сливной ручной клапан 34 со входами 35 второго бака 3. Моечные камеры 11 и 12 и камера сушки 13 также имеют слив 33, соединенный трубопроводом напрямую со входом 35 бака 2. Баки 2 и 3 имеют трубчатые электронагреватели 36 и слив 37, оснащенный ручным сливным клапаном 38, а также датчики контроля уровня и температуры и узлы залива и перелива моющей жидкости 4 (на чертеже не показаны). На третьем уровне каркаса 1 установлена продольная подвижная траверса 39, выполненная в виде прямоугольной рамы из металлических швеллеров с колесами 40, на которой расположены семь манипуляторов. Каждый из манипуляторов состоит из подвески 41, выполненной в виде плиты с установленными на ней пневмоцилиндром 42 и двумя крюкообразными захватами 43, и механизма подъема-опускания
подвески41, выполненного на основе пневмоцилиндра 44. Манипуляторы установлены на траверсе 39 равномерно с тем же шагом t, что и камеры 8-13, при этом первый манипулятор расположен в зоне расположения первой камеры предварительной очистки 8, последний - в зоне расположения камеры сушки 13. На каркасе 1 установлен пневмоцилиндр 45, обеспечивающий горизонтальное перемещение траверсы 39 на один шаг в направлении перемещения подшипников 14 и возврат ее в первоначальное положение. На траверсе 39 в зоне расположения последнего манипулятора может быть установлен механизм поворота-возврата 46, выполненный, например, на основе поворотного пневмоцилиндра. На всех пневмоцилиндрах 42, 44 и 45 установлены датчики крайних положений их штоков в виде типовых бесконтактных магнитных выключателей (на чертеже не показаны). У устройства в зоне загрузки и выгрузки подшипников 14 могут быть установлены специальные элементы цеховых транспортных устройств, например лотки 47, предназначенные для подачи подшипников 14 к устройству и съема их от устройства. На всех манипуляторах кроме последнего установлены крышки 48 для закрывания камер во время обработки подшипников 14. Все камеры имеют бортовой отсос паров моющей жидкости 4 и отработанного сжатого воздуха 25 в вытяжную вентиляцию (на чертеже не показаны). В качестве моющей жидкости 4 используется водный раствор ТМС, например «0-БИС М» с рабочей температурой 45-55°С с добавлением антикоррозионных добавок.
Управление работой устройства в автоматическом режиме осуществляет устройство управления (на чертеже не показано), выполненное, например, на основе микропроцессорного контроллера и пускозащитной аппаратуры.
Устройство работает следующим образом.
По команде устройства управления производится нагрев моющей жидкости 4 в баках 2 и 3 до необходимой по техпроцессу температуры, например 50°С, и включается насос 7 для заполнения камер предварительной очистки 8 и 9 и ультразвуковой очистки 10 и обеспечения их работы в постоянном рециркуляционном режиме, а средства загрузки и выгрузки устанавливаются в исходное положение:
первый манипулятор над камерой 8, последний над зоной выгрузки, все подвески 41 в опущенном положении, все захваты 43 разжаты. Затем устройство управления
сообщает о готовности к работе системе управления цеховыми транспортными устройствами, которая обеспечивает подачу по лотку 47 двух подшипников 14 в зону загрузки (диаметры обоих подшипников 14 расположены в одной плоскости, перпендикулярной направлению их перемещения в устройстве) и разрешает устройству управления их обработку. Рабочий цикл начинается с того, что все подвески 41 поднимаются пневмоцилиндрами 44 механизмов подъема-опускания. Затем пневмоцилйндр 45 перемещает траверсу 39 на один шаг в направлении зоны загрузки за счет качения колес 40 по каркасу 1, устанавливая первый манипулятор над зоной загрузки, последний - над камерой сушки 13. Все подвески 41 опускаются, при этом каждый из двух захватов 43 подвески 41 первого манипулятора охватывает верхнюю часть соответствующего подшипника 14. Все захваты 43 снимаются пневмоцилиндрами 42 и их крюки на месте загрузки заходят во внутреннее пустое пространство внутреннего кольца соответствующего подшипника 14. Затем все подвески 41 поднимаются, при этом оба подшипника 14 поднимаются, повиснув на крюках захватов 43. Пневмоцилйндр 45 перемещает траверсу 39 на один шаг в направлении зоны выгрузки, устанавливая первый манипулятор над камерой 8, а последний - над зоной выгрузки. Все подвески 41 опускаются, при этом оба подшипника 14 погружаются в моющую жидкость 4 камеры 8 и устанавливаются на соответствующие опорные цилиндрические стержни 18 неподвижных опор, ориентируясь боковыми направляющими 17 в положение, когда плоскость 15 расположения диаметров подшипников 14 становится параллельна боковым стенкам 16 камеры 8. Крышки 48 закрывают все камеры. Захваты 43 разжимаются, после чего устройство управления разрешает системе управления транспортными устройствами цеха подачу следующей пары подшипников 14 в зону загрузки и включает операцию обработки подшипников 14: включается электропривод 22, приводящий во вращение винтовые активаторы 21, которые создают в моющей жидкости 4 поток затопленных вихревых струй, направленных в плоскость расположения диаметров подшипников 14 с их правой стороны, в результате чего за счет совместного действия температуры моющей жидкости 4 (замачивание) и напора затопленных струй этой жидкости (механическая обработка) происходит размягчение и отрыв части загрязнений, непрочно связанных с поверхностью подшипников 14, в первую очередь с правой (по фиг.1) стороны, и разрыхление прочно связанных загрязнений
с приданием их поверхности сильно развитого характера. Смытые грязе-масляные загрязнения за счет работающего в рециркуляционном режиме насоса 7 (моющая жидкость 4 поступает из бака 3 через насос 7, обратный клапан 31 и вход 30 в камеру 8 и через ее перелив 32 сливается в бак 3 через его вход 35) сливаются в бак 3, где скапливаются на поверхности моющей жидкости 4. Насос 7 производит забор моющей жидкости 4 в глубине бака 3, который за счет имеющегося в своем составе заборного фильтра исключает попадание осевших механически частиц и грязе-маслянных загрязнений обратно в камеру 8. После окончания времени обработки (2-3 минуты) привод 22 отключается и активаторы 21 останавливаются. Рабочий цикл этим заканчивается, т.е. устройство приходит в исходное состояние. Затем автоматически начинается аналогичный второй рабочий цикл обработки, в процессе которого первая пара подшипников 14 устанавливается во вторую камеру предварительной очистки 9, а новая пара подшипников 14 - в камеру 8. В камере 9 операция обработки осуществляется аналогично обработке в камере 8, только удаление загрязнений происходит преимущественно с левой (по фиг.1) стороны подшипников 14. В последующих рабочих циклах перемещение подшипников 14 но устройству происходит аналогичным образом.
Операция обработки в камере ультразвуковой очистки 10 осуществляется следующим образом: включаются пьезоэлектрические преобразователи 23, излучающие накладки которых создают потоки акустического излучения в моющую жидкость 4, заставляющего частицы жидкости совершать колебания, которые приводят к тому, что в жидкости создаются многочисленные зоны с переменным давлением. При этом во время фазы низкого давления происходит разрыв жидкости с образованием микрополостей (пузырьков), которые во время фазы высокого давления захлопываются, создавая микровзрывы с образованием значительных ударных усилий (это явление называется эффектом ультразвуковой кавитации). В максимальной степени пузырьки образуются на границе раздела двух сред, в данном случае на поверхности подшипников 14, в том числе на поверхности загрязнений, имеющей рыхлую развитую структуру, поэтому пузырьки взрываются в порах этой структуры, что приводит к эффективному отрыву загрязнений и уносу их в моющую жидкость 4 за счет микро- и макротечений, создаваемых кавитацией и затопленными струями циркулирующей моющей жидкости 4, с последующим удалением
через перелив 32 в бак 3. За счет микроразмеров пузырьки образуются и в зазорах между роликами и контактирующими с ними внутренним и наружным кольцами подшипника 14, что приводит к эффективному отрыву загрязнений и там. После окончания времени обработки пьезоэлектрические преобразователи 23 отключаются.
Операция обработки в моющей камере 11 осуществляется следующим образом: включается электропривод 20, приводящий во вращение ведущий ролик в обеих парах опорных приводных роликов 19, пневмоцилиндры 27 зажимают подвижными упорами 26 внутренние кольца обоих подшипников 14, в результате чего они остаются неподвижными при вращении наружных колец. Включается насос 5, подающий моющую жидкость 4 из бака 2 в струйные форсунки 24. Образуемые при этом струи под напором обрабатывают подшипники 14 с обеих сторон, удаляя несмытые в камере 10 остатки загрязнений с их поверхности и выбивая оторванные ультразвуком загрязнения из межкольцевого пространства с роликами. Эффективность этого выбивания повышается за счет вращения наружного кольца подшипника 14 относительно внутреннего: ролики вращаются и места их контакта с кольцами постоянно меняются, освобождаясь для обработки струями. Моющая жидкость 4 с загрязнениями из камеры 11 постоянно через слив 33 удаляется в бак 2 через его вход 35. После окончания времени обработки электропривод 20 отключается, останавливая вращение подшипников 14, а пневмоцилиндры 27 разжимают подвижные упоры 26, освобождая внутренние кольца. Насос 5 отключается, прекращая подачу моющей жидкости 4 в сопла камеры 11.
Операция обработки во второй моечной камере 12 полностью аналогична операции в камере 11 и предназначена для продления предыдущей операции с целью более полного удаления загрязнений из межкольцевого пространства с роликами, а также для создания после окончания операции чистой пленки моющей жидкости 4 с антикоррозионными добавками на поверхности всех деталей подшипников 14.
Операция обработки в камере сушки 13 осуществляется аналогично двум предыдущим операциям с тем отличием, что в сопла подается не моющая жидкость 4, а сжатый воздух 25, проходящий предварительно через открывающийся на время операции электромагнитный клапан 29 и нагреватель 28, и имеющий давление 3-4
атм и температуру 90-100°С. В процессе операции с подшипников 14 удаляются избытки моющей жидкости 4 с сохранением на поверхности всех деталей ее сухой тонкой пленки, обеспечивающей антикоррозионную защиту и не влияющей на эксплуатационные параметры подшипников 14. Избытки моющей жидкости 4 сливаются в бак 2 через слив 33, а обработанный сжатый воздух уходит в систему вытяжной вентиляции.
В следующем рабочем цикле подшипники 14 из камеры сушки 13 перемещаются в зону выгрузки и опускаются на лоток 47. Устройство управления сообщает системе управления цеховыми транспортными устройствами о возможности их удаления от устройства. В дальнейшем с каждым рабочим циклом из устройства выходит полностью очищенная пара подшипников 14. Исходя из принципа работы устройства, время операции обработки в каждой камере одинаковое и минимально, а общее время обработки одного подшипника составляет суммарное время его пребывания во всех камерах. При наличии в устройстве механизма поворота-возврата 46 последний манипулятор перед перемещением из камеры сушки 13 в зону выгрузки поворачивается в верхнем положении подвески 42 на необходимый угол. При этом лоток 47 в зоне выгрузки состыкован с устройством именно под этим углом. Перед возвратом последнего манипулятора из зоны выгрузки в камеру сушки 13 он поворачивается (возвращается) в исходное положение также в верхнем положении подвески 41. После завершения работы ручными клапанами 34 моющая жидкость 4 сливается из камер 8-10 в бак 3. При потере моющей способности моющей жидкостью 4 она из баков 2 и 3 сливается ручными клапанами 38 через слив 37 в систему замены растворов цеха.
Таким образом, предлагаемое техническое решение устройства позволяет:
- повысить качество очистки за счет повышения эффективности удаления загрязнений путем применения двух камер предварительной очистки для удаления загрязнений, непрочно связанных с поверхностью, и подготовки поверхности к основной очистке, камеры ультразвуковой очистки для отрыва загрязнений, прочно связанных с поверхностью (основная очистка), двух моечных камер для удаления оторванных загрязнений с поверхности и внутренних полостей и получения антикоррозионной пленки и сжатого воздуха в камере сушки и использования остановки
внутреннего кольца подшипника при вращении наружного в моечных камерах и камере сушки;
- получить высокую производительность процесса при высоком качестве очистки за счет обработки в каждой камере одновременно двух подшипников при одновременной работе всех камер и достаточно коротком времени обработки в одной камере и за счет полностью автоматического перемещения подшипников по устройству путем введения траверсы с манипуляторами;
- получить гибкость использования устройства при различной планировке расположения оборудования цеха за счет применения перестраиваемого направления выдачи подшипников в транспортную систему цеха путем введения механизма поворота-возврата последнего манипулятора на регулируемый от нуля до девяноста градусов угол;
- получить взрыве-, пожаро- и экологическую безопасность процесса за счет применения моющей жидкости в виде водного раствора технических моющих средств и снижения температуры моющей жидкости и сжатого воздуха сушки.