СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR SIMULATION OF SURFACE CLEANING PROCESS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к системам очистки различных поверхностей изделий от загрязнений, возникающих в процессе производства и эксплуатации. Изобретения могут быть также применены для моделирования процессов очистки с целью выбора оптимальных режимов и воздействующих факторов.
Известно техническое решение Комплексный модуль ультразвуковой очистки длинномерных изделий по патенту РФ № 2393928 B08B 3/12, состоящий из камеры мойки, в виде соединенных посредством фланцев патрубков-резонаторов, с внешней стороны которых крепятся ультразвуковые излучатели, средства для установки деталей, сливного трубопровода, системы подачи рабочего агента, предохранительного клапана.
Однако данное устройство, реализующее способ очистки длинномерных деталей имеет ограниченные функциональные возможности применительно к ракетно-космической технике.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является Способ моделирования процесса очистки, приведённый в кн. [1] Агранат Б.А. Ультразвуковая техника. М.: Металлургия, 1974 г. 504 стр., - рис. 98 на стр. 272, основанный на ультразвуковом воздействии (УЗВ) на очищаемую поверхность, погруженную в очистную ванну (ОВ) с технической жидкостью.
К основному недостатку этого технического решения относится сложность воздействия на загрязненную поверхность образца при крупных частицах загрязнений, особенно остатков металлической стружки при повышенной адгезии вязкой загрязняющей основы (загустевшее масло и др. нефтепродукты), что приводит к необходимости увеличения энергетических вложений в процесс чистки, либо за счет избыточного времени чистки, либо за счет повышения амплитуды УЗВ при одновременном повышении температуры процесса. Таким образом в прототипе не используется такой  влияющий на качество очистки и затраты энергетики фактор, как механические колебания очищаемой поверхности.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в возможности исследовании процесса очистки при дополнительном механическом воздействии в процессе ультразвукового воздействия (УЗВ) на очищаемую поверхность, погруженную в очистную ванну (ОВ) с технической жидкостью.
Этот технический результат достигается тем, что в известный способ моделирования процесса очистки поверхности, основанный на УЗВ, на очищаемую поверхность, погруженную в ОВ с технической жидкостью, вводят следующие действия:
1) перед проведением моделирования проводят предварительное взвешивание чистого экспериментального образца (ЭО), наносят модельное загрязнение (МЗ) и вновь проводят взвешивание ЭО с нанесенным МЗ, заливают заданный объём жидкости в ОВ с последующим подогревом до заданной температуры и погружают ЭО с нанесённым МЗ в ОВ,
1
2) осуществляют УЗВ и, через интервал времени ΔТ прекращают эксперимент, вынимают ЭО, проверяют степень очистки взвешиванием, определяют энергетические затраты, удаляют остатки МЗ, сливают техническую жидкость из ОВ,
3) после этого наносят МЗ на очищенную поверхность ЭО, заливают заданный объём жидкости в ОВ с последующим подогревом до заданной температуры и погружают ЭО с нанесённым МЗ в ОВ, повторяют действия,
2
1
4) прикладывают УЗВ и кратковременное периодическое механическое воздействие в интервале времени ΔТ, приводящее к колебанию ЭО на различных частотах, и через интервал времени ΔТ прекращают эксперимент,
5) после каждого эксперимента вынимают ЭО, проверяют степень очистки, определяют энергетические затраты и сравнивают с предыдущим результатом без механического воздействия.
Предлагаемое техническое решение поясняется Фиг., на которой представлена схема установки для моделирования процесса очистки поверхности ЭО и устройство для его реализации: 1 - ультразвуковой (УЗ) генератор, 2 - осциллограф, 3 - источник питания подогревателя жидкости, 4 - УЗ-излучатель, 5 - устройство фиксации излучателя, 6 - очистная ванна, 7 - ЭО, 8 - подогреватель, 9 - техническая жидкость, 10 - импульсный генератор, 11 - электромагнитный ударный вибратор (механический возбудитель колебаний ЭО), 12 - подвижный магнитный шток, жестко связанный с ЭО, 13 - устройство для перемещения столика, 14 - столик.
Пояснение действий способа.
1) перед проведением моделирования выполняют предварительное взвешивание чистого ЭО, наносят МЗ и вновь выполняют взвешивание ЭО с нанесенным МЗ, заливают заданный объём жидкости в ОВ с последующим подогревом до заданной температуры и погружают ЭО с нанесённым МЗ в ОВ,
Тип, состав, способ нанесения МЗ для каждого исследования могут быть существенно различными и определяется условиями изготовления, эксплуатации и рядом свойств очищаемой поверхности (адгезия, когезия), например, в прототипе это окалины после изготовления изделия, при производстве баков ракет, топливной аппаратуры это жировые отложения от смазки инструментов, используемых при изготовлении, частицы прилипшего металла. Материал очищаемой поверхности, степень его шероховатости и т.д. также влияет на способ нанесения МЗ. В рассматриваемом случае в качестве загрязнения полагается металлическая стружка, прилипшая к сплаву АМг-6 из которого изготавливают топливные магистрали жидкостных ракет и самолётов. В процессе экспериментов модели загрязнений могут существенно меняться.
В качестве жидкости могут использоваться различные моющие составы, с поверхностно-активными веществами, различные хлор фторуглеродные жидкости для обезжиривания и промывки деталей и т.д.
2) осуществляют УЗВ, через интервал времени ΔТ
прекращают эксперимент, вынимают ЭО, проверяют степень очистки взвешиванием, определяют энергетические затраты и удаляют остатки МЗ, сливают техническую жидкость из ОВ
1
Проверка степени очистки ЭО осуществляется различными традиционными методами, например, взвешиванием образца и т.д.
3) после этого наносят МЗ на очищенную поверхность ЭО, заливают заданный объём жидкости в ОВ с последующим подогревом до заданной температуры и погружают ЭО с нанесённым МЗ в ОВ
Нанесение МЗ аналогично п. 1), меняют жидкость в ОЧ, сохраняют режим нагрева жидкости.
4) прикладывают УЗВ и кратковременное периодическое механическое воздействие в интервале времени ΔТ
, приводящее к колебанию ЭО на различных частотах, и через интервал времени ΔТ
прекращают эксперимент
2
1
Т
2
Режим УЗВ, параметры механического воздействия: интервал времени Δв каждом эксперименте соответствует программе эксперимента.
5) после каждого эксперимента вынимают ЭО, проверяют степень очистки, определяют энергетические затраты и сравнивают с предыдущим результатом без механического воздействия
.
Проверка степени очистки ЭО аналогично п. 2)
Т
, ΔТ
1
2
Интервалы времён Δ определяют экспериментально из условия динамики очистки, оценки энергетических затрат и т.д.
Устройство для реализации способа.
В качестве прототипа принимается устройство, приведённое в [1] рис. 98 на стр. 272, включающее в свой состав УЗ-излучатель, очищаемый ЭО, очистную ванну с технологической жидкостью, регулятор высоты установки ЭО. Основное назначение данного устройства - исследование режимов ультразвукового травления металлических поверхностей, т.е. без учёта возможных механических колебаний ЭО.
Предлагаемое устройство включает УЗ - генератор 1, осциллограф 2, источник питания подогревателя жидкости 3, УЗ - излучатель 4, устройство фиксации излучателя 5, очистную ванну 6, выполненную из стекла в виде стакана, очищаемый ЭО 7, подогреватель 8, такжев его состав введены импульсный генератор 10, электромагнитный ударный вибратор 11, подвижный магнитный шток 12, жестко связанный с ЭО 7, устройство для перемещения 13 столика 14. Выход УЗ - генератора 1 подсоединен к контактам возбуждения УЗ - излучателя 4, который закреплен на устройстве фиксации 5. Очистная ванна 6 с технической жидкостью 9 расположена на рабочей поверхности подогревателя 8, который вместе со столиком 14 может перемещаться с помощью устройства для перемещения столика 13. Подогреватель 8 подсоединен к выходу источника питания подогревателя 3. Над УЗ - излучателем 4 с помощью устройства фиксации 5 установлен электромагнитный ударный вибратор 11, вход которого подсоединен к выходу импульсного генератора 10, а подвижный магнитный шток 12 жестко связан с ЭО 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: включают УЗ - генератор 1, работа которого контролируется осциллографом 2. С помощью источника питания 3 осуществляется подогрев технической жидкости 9 с помощью подогревателя 8, УЗ - излучатель 4 погружен в техническую жидкость 9 и фиксируется на заданном расстоянии от ЭО 7 в очистной стеклянной ванне 6 с помощью устройства для перемещения столика 13.
Импульсный генератор 10 предназначен для генерирования частоты с помощью которой электромагнитный ударный вибратор 11 (механический возбудитель колебаний ЭО) через подвижный магнитный шток 12, жестко связанный с ЭО 7, обеспечивает механические колебания ЭО на различных частотах.
Технический эффект предлагаемой группы изобретений позволяет определить эффективность введения механических колебаний в процессе ультразвуковой очистки различных загрязнений.
Данное техническое решение создано в рамках выполнения научно-исследовательских работ по ГЗ № 2019-0251 от 02.03.2020 г.