【文章內(nèi)容簡介】 生相變，碳氫蒸汽因相變產(chǎn)生的熱量使軸承溫度升高。由于不斷的提供碳氫蒸汽，軸承和碳氫液的溫度不斷升高，碳氫液對污垢的溶解力也隨溫度的升高而不斷增強，而且總是潔凈的碳氫溶劑在進行蒸汽清洗，所以一般經(jīng)過蒸汽清洗后的軸承潔凈度會達到很高的水平。并且蒸汽清洗在真空槽內(nèi)進行，隔絕了氧氣，安全系數(shù)高。蒸汽清洗同真空干燥在同一槽內(nèi)進行，對軸承進行蒸汽清洗的過程，同時也是對軸承加熱的過程，蒸汽清洗在低真空狀態(tài)下進行，根據(jù)清洗軸承類型的不同，清洗到達一定時間后，停止對干燥槽通碳氫蒸汽，排出槽內(nèi)液體，然后對干燥槽抽高真空，干燥槽內(nèi)的真空度急劇下降，而溫度卻依然較高，殘留的碳氫溶劑便會在瞬間進入崩沸狀態(tài)，成為碳氫蒸汽被真空泵吸走，從而實現(xiàn)軸承的完全干燥。與其他干燥工藝相比，真空汽相干燥過程較為復雜，比如常用的真空熱風干燥，只分為升溫預熱和抽真空兩個階段，但是真空熱風干燥的預熱階段是有氧條件下進行的，預熱慢，并且經(jīng)常出現(xiàn)預熱不均勻等現(xiàn)象，干燥周期長，工作效率低下。并且就干燥質(zhì)量而言，真空汽相干燥的干燥質(zhì)量最好。如表所示，為幾種常用干燥方式的比較。根據(jù)上述原理可知碳氫溶劑在整個過程中的變化過程:氣化(蒸餾裝置)→液化(真空干燥室，蒸氣加熱)→二次氣化(真空干燥室，真空干燥)→二次液化(冷凝裝置，回收利用)。 碳氫蒸汽一般由蒸餾機蒸餾產(chǎn)生，在常壓狀態(tài)下，碳氫溶劑的沸點比較高(150190℃)，但是如果對密閉的儲液槽抽真空，碳氫溶劑的沸點會顯著降低，真空泵將蒸餾罐內(nèi)的壓力降到10mmHg時，將其加熱到80℃左右碳氫溶劑便會崩沸而產(chǎn)生大量蒸汽。，為真空工藝的研究提供了依據(jù)。一部分碳氫蒸汽可用于蒸汽清洗，其余的碳氫蒸汽可以通過冷卻系統(tǒng)，使之冷凝后重復使用從而實現(xiàn)綠色清洗，而沸點高的油污和雜質(zhì)則存留在蒸餾裝置內(nèi)，定期清理即可。而用于蒸汽清洗的碳氫蒸汽，也可通過真空泵抽入到汽液分離裝置進行冷凝后重復使用。 清洗工藝流程設計通過以上對碳氫溶劑、超聲波清洗和真空干燥的分析可以得到結(jié)論，對于汽車軸承清洗采用上述碳氫清洗工藝是可行的。本文軸承零件的清洗工藝可以實現(xiàn)以下作用:(l)真空脫氣使得碳氫溶劑中氣體對超聲波的削減大大減少，提高超聲清洗效果。(2)在真空狀態(tài)下，溶劑沸點下降，使得碳氫溶劑可以蒸餾，實現(xiàn)了清洗劑的循環(huán)再利用，節(jié)省運行成本。(3)真空狀態(tài)下隔絕氧氣，使碳氫溶劑失去燃燒的條件，消除了工藝的安全隱患。(4)實現(xiàn)蒸氣清洗，提高了碳氫溶劑的清洗效果，實現(xiàn)了對ODS清洗劑的有效代替，真正實現(xiàn)安全環(huán)保清洗。根據(jù)上述原理和特點，本文為汽車軸承零件的清洗設計了環(huán)保、高效的清洗干燥工藝，其工藝流程為:真空脫氣超聲波粗洗—真空脫氣超聲波精洗—粗漂洗—精漂洗—蒸氣清洗+真空干燥。具體的設計內(nèi)容將在第三章中予以論述。本章首先對常用的軸承清洗劑從清洗能力、干燥性、可回收性等方面做出詳細的分析，并針對軸承污物對碳氫溶劑的清洗能力作出分析，并確定本設備采用碳氫溶劑(MD10非水溶性洗凈劑)。其次，本章對碳氫清洗工藝作出分析，制定了清洗工藝流程，并確定在超聲波清洗工藝中采用真空脫氣技術。并根據(jù)工藝流程著重分析了超聲波清洗與真空脫氣工藝、漂洗工藝、蒸汽清洗和真空干燥工藝。最后分析了真空干燥的原理在軸承零件清洗工藝中的可行性，為設備的研制提供了保障。針對軸承零件的特點確定清洗工藝，并制定了初步的清洗工藝流程。3 汽車軸承清洗機的設計 清洗機的基本要求設計制造軸承碳氫清洗機要保證滿足以下幾點要求:(1)必須滿足軸承的潔凈度要求，清洗后的軸承不能含有任何油污等污物，保證軸承達到規(guī)定的潔凈度要求，以滿足后續(xù)滲硫工序的要求。(2)必須滿足軸承生產(chǎn)進度的要求，具有較高的清洗效率，設備運行穩(wěn)定可靠:(3)工作場所容許的碳氫氣體濃度符合規(guī)定要求，必須有清洗液溫度和可燃氣體濃度控制裝置以及一定的消防措施，緊急情況下有報警和緊急停車裝置，保證操作者的安全。(4)設備的運行、清洗液的回收或者處理符合環(huán)境保護法規(guī)的要求。(5)操作簡單實用，運行成本經(jīng)濟合理，性能價格比好。(6)布局合理，造型美觀，色彩協(xié)調(diào)。 清洗機總體設計方案根據(jù)碳氫軸承清洗機的設計要求、工藝流程，以及碳氫溶劑的使用要求和實際運行條件等，確定風電軸承碳氫清洗機的設計方案。(l)清洗和干燥裝置本設備清洗和干燥裝置主要包括超聲波清洗裝置、漂洗裝置、真空干燥裝置，是本設備的主體裝置，用于進行風電軸承零件的超聲波清洗、漂洗、蒸汽清洗、真空干燥。(2)輸送裝置輸送裝置主要包括入料裝置、出料裝置，還有內(nèi)部的傳送系統(tǒng)。主要作用是用于被清洗軸承零件的傳輸。入料和出料裝置主要是由頂板鏈輸送的。而內(nèi)部的傳送系統(tǒng)主要是氣動系統(tǒng)，主要在第四章進行闡述。(3)蒸餾系統(tǒng)蒸餾系統(tǒng)的主體是蒸餾機，用管道同主機相連。主要作用是進行碳氫溶劑的蒸餾，蒸餾過程中產(chǎn)生的碳氫蒸汽一部分用于蒸汽清洗和真空干燥，剩余的部分進行冷卻，用于循環(huán)利用。(4)安全系統(tǒng)碳氫溶劑是可燃性溶劑，所以采取必要的安全措施非常重要。安全系統(tǒng)主要包括冷水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及其他安全裝置。主要用于控制碳氫溶劑的溫度、碳氫氣體的排放、火災的防治及可燃氣體濃度的監(jiān)控報警等。(5)控制系統(tǒng)主要包括氣動控制系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)。用于設備氣動件和設備操作運行的控制。本文將在第四章對控制系統(tǒng)進行著重闡述。 清洗機工藝流程設計在前面章節(jié)己經(jīng)介紹汽車軸承上的污染物主要包括鐵屑、油污和灰塵等。附著在軸承外表面和內(nèi)部，形成對軸承傷害很大的污垢塊，其中部分污物僅輕輕附著在軸承的表面，而有些污物則是膠著在內(nèi)外環(huán)及滾珠上的頑固污漬會對軸承造成不良影響。碳氫溶劑屬非極性有機溶劑，對油污清洗能力強，滲透性好，不會造成金屬生銹腐蝕，是替代ODS物質(zhì)清洗殼體和轉(zhuǎn)子的理想清洗劑。根據(jù)清洗工藝流程，對其進行超聲波清洗和真空干燥。將零件定量裝入清洗筐中進行批次式清洗，為保證零件清潔度要求，確定本設備的清洗工藝流程為:真空脫氣后的超聲波粗洗—真空脫氣后的超聲波精洗—粗漂洗—精漂洗—蒸氣清洗+真空干燥。 清洗機裝置設計汽車軸承清洗系統(tǒng)采用超聲波清洗和漂洗方式，為了更好的發(fā)揮超聲波碳氫清洗技術的優(yōu)勢，降低超聲波傳播中能量的損失，在清洗系統(tǒng)循環(huán)中使用真空脫氣裝置。漂洗的目的是去除零件表面被污染了的清洗液以達到一定的清潔度。漂洗一般要進行多次，潔凈程度一次次地提高。例如，設清洗后殘留在工件表面被帶出的污染液量為C，漂洗槽容量為X，則一次漂洗后，污染液的濃度變?yōu)镃/X+C，如果工件表面一次帶出污液量占漂洗槽液量為1%的話，那么漂洗一次相當于稀釋100倍。但是漂洗次數(shù)多會增加生產(chǎn)面積，增加漂洗液使用量，增加成本等，一般情況下漂洗2~3次就可以。 清洗裝置的總體設計清洗系統(tǒng)中管路是聯(lián)系各工序的紐帶，是保證軸承零件清潔度要求的關鍵，因此管路設計是整個清洗機的設計重點，也是結(jié)構設計的依據(jù)。管路設計包括對液泵、過濾器、閥門、壓力表等器件的選用，以及管道及相應組件將這些器件合理的連接。清洗機四槽式清洗依次為超聲波粗清洗槽、超聲波精清洗槽、粗漂洗槽和精漂洗槽，每個清洗槽有自循環(huán)系統(tǒng)。由連通器原理:四個清洗槽通過管道相連后液體總要保持在同一液面，而在設計中由四槽到一槽的管道是逐級下降的，因此由于液位差的原因存在由四槽至一槽的溢流，使得各槽清洗液存在著循環(huán)。在清洗系統(tǒng)中，清洗液的來源是各儲液箱，由一槽溢流出的清洗液最終進入蒸餾再生裝置進行蒸餾凈化。為實現(xiàn)清洗液循環(huán)凈化，管路上設計有:清洗液循環(huán)泵，Y型過濾器，U型過濾器，液位計，壓力表和球閥。其中U型過濾器是控制清洗精度的關鍵，其濾過精度的大小會影響到軸承零件的清洗質(zhì)量和清洗效率。濾過精度過大使得清洗液含污量較大，降低清洗零件的清潔度。濾過精度過小導致管路堵塞嚴重，濾芯更換頻率較大，影響設備運行，降低清洗效率。通過對實際清洗效果比較，最終確定U型過濾器的過濾精度，見表 。 液泵作為循環(huán)系統(tǒng)的動力源，關系到整個系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟特性，在整個清洗裝置中占有重要的作用。清洗液流速對超聲波會產(chǎn)生影響，在實際清洗過程中為避免污物重新粘在物件上，清洗液需要不斷流動更新，同時用以消除超聲波駐波的影響，此時清洗液的流動速度不能過快，以免降低清洗效果。 超聲波清洗裝置的設計超聲波清洗裝置主要由清洗液槽和超聲波發(fā)生器構成。清洗槽分為兩個超聲波清洗槽和兩個漂洗槽。清洗槽需要采用強度高、能抗一般化學腐蝕的不銹鋼材料制成，本設備采用材料 OCr19Ni9(SUS304)，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性。同時由于超聲空化腐蝕的問題，所以超聲槽的槽壁總是或多或少有一定的損耗，雖然這種損耗比較小，但長期以來是會影響超聲波清洗的一些參數(shù)變化，因此在設計中選用壁厚為3mm。對于超聲波清洗槽涉及到超聲波換能器的安裝問題。超聲波換能器在清洗槽中的安裝有兩種方式，一種是將單個換能器固定的粘貼在清洗槽的底部或側(cè)面，這種方式要求與清洗液接觸的槽面要拋光，以減少空化腐蝕。另一種是把多個換能器共同粘結(jié)在一塊輻射板上，并密封成為一個外形象盒子的換能器組合體，稱為振子，可以浸入裝有清洗液的清洗槽的任意位置，以取得最佳的清洗效果，這種方式稱沉浸式安裝，此時換能器是獨立的一個部件，沉浸式換能器維修比較方便，能快速更換。因此，在設計中采用沉浸式的安裝方式，根據(jù)對超聲波原理的分析結(jié)果，清洗機選擇功率 1500W，頻率為40KHz的必能信8500超聲波發(fā)生器，每臺超聲波發(fā)生器各帶有一個裝有18個換能器的盒裝振子。 (含三維圖與實物照片)，超聲波換能器振子安裝在清洗槽的底部。由于碳氫溶劑微帶氣味，為了保持良好的工作環(huán)境，在清洗槽上邊緣設計了通風槽，并通過末端通風口與清洗機風道相連，以便將空氣中的碳氫溶劑即時排走。漂洗槽結(jié)構與超聲波清洗槽相似，只是由于底部無超聲波換能器振子而高度減少。 真空脫氣裝置的設計第二章中已經(jīng)論述過真空脫氣在軸承零件清洗中的應用對提高超聲波清洗的作用，增加清洗效果，縮短清洗時間都有著重要的影響， 裝置組成:脫氣罐，氣動閥，真空表，循環(huán)泵和球閥。碳氫清洗液的脫氣過程是通過控制4個氣動閥來實現(xiàn)，其中氣動閥1的功能是控制清洗液入罐。氣動閥2的功能是控制真空系統(tǒng)對脫氣罐抽真空，脫氣裝置的真空系統(tǒng)采用干燥裝置中的真空泵:氣動閥2的功能是真空脫氣時泵的自循環(huán)，防止循環(huán)泵葉片損壞。氣動閥4的功能是控制清洗液排出脫氣罐進入超聲波清洗槽。當清洗機啟動運行后，脫氣罐開始對清洗液進行收集，此時氣動閥l、3開啟，清洗液在真空負壓下進入脫氣罐，此時液體中溶解的氣泡隨真空系統(tǒng)排除體外，循環(huán)泵處于自循環(huán)狀態(tài)，直到液位傳感器上限位發(fā)出信號，氣動閥4關閉進行延時，內(nèi)部壓力達到15KPa，脫氣后氣動閥1, 4開啟，2, 3‘關閉，清洗液經(jīng)循環(huán)泵進入超聲波清洗槽。當液位傳感器下限位發(fā)出信號時，氣動閥2, 3再次開啟，同時4關閉，進入下一脫氣循環(huán)。通過脫氣裝置，碳氫清洗液周期性進入超聲波槽，降低了清洗液對超聲波強度削減的同時，清洗液得到循環(huán)過濾，保證了清洗液的潔凈程度，還進一步消除了駐波的影響，使得軸承零件的清洗效果變得更加均勻。 干燥裝置的設計干燥裝置是清洗機的一個重要組成部分，其設計是否合理直接關系到清洗機的性能優(yōu)良，可靠性程度以及工作效率等問題，因此清洗機針對軸承零件的特點，基于真空干燥工藝來完成干燥裝置設計，并且利用真空干燥前的蒸氣清洗對其進行高效清洗，以保證清洗零件的清潔度要求。以往的清洗設備干燥工序要用較長的時間，根據(jù)實際調(diào)研和相關文獻報道，熱風干燥需要10min左右，因而清洗效率受到降低，本文在設計時為了提高軸承零件清洗機的清洗效率，清洗機設計了兩個真空干燥室，兩室交替工作，保證清洗工序和干燥工序在時間上的一致性，并根據(jù)真空干燥工藝對真空干燥裝置進行總體設計。整個系統(tǒng)由真空干燥室、排液箱、干燥真空系統(tǒng)、粗真空系統(tǒng)，冷卻裝置組成，下面具體做以說明。采用變壓法來使零件實現(xiàn)真空干燥，系統(tǒng)設計了干燥真空系統(tǒng)和粗真空系統(tǒng)。前者以羅茨泵為工作主泵，與液環(huán)式真空泵和大氣噴射器串聯(lián)組成，將在下一節(jié)進行講述。大氣噴射器的作用是利用大氣壓相對于真空泵的壓差，產(chǎn)生空氣射流，在噴射器內(nèi)獲得比真空泵更低的抽吸壓力，從而消除真空泵的極限壓力，防止真空泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，進而保護真空泵，同時降低羅茨泵的啟動條件。粗真空系統(tǒng)采用液環(huán)式真空泵，并在真空開始階段對干燥室進行粗真空操作。阻液器是真空系統(tǒng)的必備件，其作用相當于單向閥，但屬于無阻力的單向閥，如果沒有阻液器而液環(huán)真空泵意外停機或正常停機時因干燥室內(nèi)處于真空狀態(tài)，而液環(huán)真空泵在瞬間變?yōu)榇髿鈮?，此時液環(huán)真空泵內(nèi)的工作液會被反抽到系統(tǒng)中去，因此阻液器主要作用就是當液環(huán)真空泵意外停機時封閉真空泵與系統(tǒng)之間的管路。冷卻裝置由初級冷卻器和氣液分離器組成。真空干燥中配置冷卻裝置，一是工藝要求蒸發(fā)出來的溶劑回收利用，二是凝縮可凝性氣體。干燥室內(nèi)壓力是碳氫蒸氣壓力，因此當冷卻裝置凝縮液化時，因冷卻而使蒸氣的壓力急劇下降，因此蒸發(fā)部分的壓力與冷卻裝置內(nèi)壓力形成差值，使其可以起到泵的作用。依據(jù)真空干燥的原理，將漂清洗過后的零件進行蒸氣清洗和真空干燥的過程描述如下:當零件進入干燥室I后，上蓋封閉形成密閉系統(tǒng)，粗真空氣動閥啟動，真空泵II開始對干燥室I及其排液箱進行抽真空操作，直至室內(nèi)壓力降低至蒸氣加熱工作壓力13KPa(絕壓)，蒸氣氣動閥打開，來自蒸餾機的碳氫蒸氣由于壓差進入室內(nèi)，在遇到溫度較低的零件時發(fā)生液化，液體沿零件不斷流到干燥室底部形成沉積液，在高溫下對零件形成刷洗，同時液化熱將零件逐步加熱，粗真空氣動閥通過開啟和關閉維持真空室內(nèi)的壓力在13KPa左右。隨著干燥室中溫度的升高，干燥室中碳氫溶劑的蒸氣壓力隨之升高，液體分子在零件表面逐步獲得動能，在克服分子間的相互吸引力后，逃逸到真空系統(tǒng)的低壓空間，在加熱的最后階段氣液相變趨于平衡，蒸氣加熱階段完畢。在排液階段，打開干燥室排液氣動閥，干燥室I底部液體在壓差的作用下進