自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備在動(dòng)車檢修過(guò)程的應(yīng)用研究

摘 要：針對(duì)動(dòng)車組牽引變流器、輔助電源裝置的柜體底蓋板、濾網(wǎng)等部件在檢修過(guò)程中的清洗方式進(jìn)行了研究。通過(guò)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、清洗工藝設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車檢修過(guò)程部件清洗自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：超聲波；清洗設(shè)備；自動(dòng)化過(guò)濾循環(huán)；牽引變流器

中圖分類號(hào)：U269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.157

2008年，CRH2型動(dòng)車組進(jìn)入四級(jí)修以來(lái)，牽引變流器、輔助電源裝置柜體底蓋板、濾網(wǎng)等部件均采用人工清洗的方式進(jìn)行清潔，人工清洗效率低、消耗的勞動(dòng)力成本相對(duì)較高，清洗的質(zhì)量需人為把控，清洗的標(biāo)準(zhǔn)很難統(tǒng)一，清洗方式的安全系數(shù)低。為了解決這一系列難題，對(duì)自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備和除毛絮設(shè)備在動(dòng)車檢修過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 自動(dòng)化超聲波清洗的原理以及優(yōu)點(diǎn)

1.1 電熱除毛絮原理

去毛絮的原理是利用電加熱濾網(wǎng)去除毛絮，利用電加熱管產(chǎn)生的熱量將濾網(wǎng)上的毛絮炭化、燒焦、燒斷，使之不能纏繞在一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清洗。

1.2 超聲波清洗原理

超聲波清洗的原理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)，清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡；存在于液體中的微小氣泡（空化核）在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增大，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力，破壞不溶性污染物而使它們分散于清洗液中。當(dāng)團(tuán)體粒子被油污裹著而黏附在需清洗部件的表面時(shí)，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達(dá)到清洗件表面凈化的目的。

1.3 清洗介質(zhì)

超聲波清洗一般采用兩類清洗介質(zhì)，即化學(xué)溶劑和水基清洗劑。超聲波清洗是物理作用，清洗介質(zhì)是化學(xué)作用，可以加速超聲波清洗效果，兩種作用相結(jié)合，可以對(duì)底板等部件進(jìn)行徹底清洗。

1.4 功率密度

超聲波的功率密度越高、空化效果越強(qiáng)、速度越快、清洗效果越好，但對(duì)于精密、表面光潔度較高的物件，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對(duì)物件表面造成空化和腐蝕。

1.5 超聲波頻率

超聲波頻率越低，在液體中產(chǎn)生的空化越容易，產(chǎn)生的力度越大，作用也越強(qiáng)。

1.6 清洗溫度

一般而言，超聲波在30～40 ℃時(shí)空化效果最好，清洗劑溫度越高，作用越明顯，通常采用40～60 ℃。

2 超聲波清洗的優(yōu)點(diǎn)

超聲波清洗的優(yōu)點(diǎn)有以下3個(gè)：①部件自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備具備掃頻功能。清洗工件被多種頻率的超聲波同時(shí)清洗，避免單一頻率超聲的波峰和波谷，使被清洗工件清洗的更徹底，不留死角。單面波清洗的效果可以延伸到1 000 mm以上，解決了槽體大、波長(zhǎng)短達(dá)不到理想清洗效果的傳統(tǒng)問(wèn)題。②由于水位與水流速度均對(duì)超聲效果影響較大，部件自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備實(shí)現(xiàn)了不同水位、水流速度下頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保證了超聲的效果和頻率匹配。③部件自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備由自動(dòng)燒毛機(jī)和自動(dòng)清洗槽組成，檢修部件通過(guò)自動(dòng)燒毛后進(jìn)行超聲自動(dòng)清洗，提升了清洗的效率和質(zhì)量。

3 自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 清洗設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備分為兩大部分組成：①濾網(wǎng)去除毛絮燃燒機(jī)。采用特制的燒毛機(jī)對(duì)動(dòng)車組牽引變流器、輔助電源裝置鋁合金濾網(wǎng)邊框的毛絮進(jìn)行去除，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。②超聲波清洗、漂洗、烘干等部分。電熱除毛絮機(jī)主要由傳送帶、燒毛室、電加熱管、冷卻風(fēng)機(jī)、滑板以及接料盒組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電熱除毛絮機(jī)結(jié)構(gòu)圖

底蓋板超聲波清洗機(jī)主要由上、下料臺(tái)、碳鋼骨架、不銹鋼清洗槽體、機(jī)械臂、過(guò)濾循環(huán)裝置、控制系統(tǒng)等組成。

3.2 清洗設(shè)備過(guò)濾循環(huán)設(shè)計(jì)

清洗設(shè)備水過(guò)濾循環(huán)，包括儲(chǔ)液槽、水泵、過(guò)濾器、管路等組成。水路流向?yàn)閲娏鼙谩^(guò)濾器→噴頭→溢流→儲(chǔ)液槽。該循環(huán)通過(guò)對(duì)儲(chǔ)液槽清洗液的過(guò)濾實(shí)現(xiàn)了循環(huán)使用，降低了水資源消耗及清洗液的排放，更加節(jié)能環(huán)保。

3.3 超聲波自動(dòng)化清洗設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

電源采用AC380 V 50 Hz，為三相五線制。裝機(jī)功率約為140 kW ，其中，超聲波設(shè)備約30 kW。設(shè)備占地要求設(shè)備預(yù)估外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）6 650 mm×3 000 mm×2 950 mm，橫向運(yùn)行速度為4～6 m/min，縱向提升速度為4～6 m/min，提升剎車馬達(dá)功率為2 HP，額定提升質(zhì)量為150 kg，最大提升質(zhì)量為170 kg。

機(jī)械手分自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制方式，定位采用無(wú)接觸的接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)，限位采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)。每個(gè)循環(huán)后機(jī)械手自動(dòng)歸零位機(jī)械手立柱、導(dǎo)軌及掛具皆采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作。

4 超聲波清洗工藝設(shè)計(jì)

通過(guò)人工將濾網(wǎng)等放入去毛絮機(jī)，將燒過(guò)毛絮的工件放進(jìn)工裝籃內(nèi)推入超聲波清洗機(jī)上料工位，超聲波清洗機(jī)清洗全程由PLC全自動(dòng)控制，輸送料臺(tái)自動(dòng)將工裝籃傳至上料工位，機(jī)械手將清洗籃搬送到各功能槽中，依次經(jīng)過(guò)超聲波清洗拋動(dòng)、超聲波清洗拋動(dòng)、超聲波漂洗拋動(dòng)、鼓泡漂洗拋動(dòng)、烘干后，機(jī)械手將工裝籃吊到下料處，人工在工件籃框中取出即整個(gè)清洗完成。

4.1 濾網(wǎng)去除毛絮工藝

濾網(wǎng)去除毛絮利用電加熱管產(chǎn)生的熱量，將濾網(wǎng)上的毛絮炭化、燒焦、燒斷，使之不能纏繞在一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清洗。濾網(wǎng)去毛絮工藝流程：放料→燒毛→風(fēng)冷→下料。

4.2 清洗工藝流程

清洗工藝流程：上料→去毛絮→超聲波清洗→超聲波清洗→超聲波漂洗→鼓泡漂洗→烘干→下料。

5 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備的成功運(yùn)用，替代了傳統(tǒng)的人工燃?xì)鉄秊V網(wǎng)、手洗的清洗方式，消除了人工廠區(qū)內(nèi)使用燃?xì)馊紵陌踩[患，預(yù)計(jì)提升清洗效率至100%，并使清潔質(zhì)量能夠通過(guò)工藝管控控制。這是實(shí)現(xiàn)降本增效、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)模式的重要部分。此外，清洗設(shè)備可以通過(guò)增加信息化接口，將清洗狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的信息化管理。由此可見(jiàn)，自動(dòng)化清洗設(shè)備的應(yīng)用是未來(lái)軌道車輛檢修發(fā)展的新趨勢(shì)。

作者簡(jiǎn)介：李燕德（1986—），男，湖南汨羅人，畢業(yè)于湖南商學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向?yàn)閯?dòng)車組牽引電氣系統(tǒng)檢修維保與運(yùn)用研究。

〔編輯：張思楠〕