Рис. 1. Схема ультразвуковой моечной установки:
1 — кассета с очищаемыми деталями; 2 — моющий раствор: 3 — ванна; 4 — мембрана; 5 — магиитострикционный преобразователь; 6 — ультразвуковой генератор

В зависимости от вида загрязнения (твердое или жидкое) и вида моющей среды (растворитель или водный раствор щелочных CMC) определяется механизм очистки. Так, при очистке твердых загрязнений в водной среде загрязнения разрушаются силами, возникающими при захлопывании пузырьков. При очистке в растворителе или в водной среде растворимых или вязких загрязнений наиболее важной является циркуляция жидкости, большую роль в которой играет незахлопывающиеся, пульсирующие пузырьки. Основными факторами, определяющими процесс очистки, являются: частота и интенсивность ультразвуковых колебаний, свойства и температура очищающей жидкости, расположение очищаемых деталей в ультразвуковом поле.

Частота ультразвуковых колебаний определяет интенсивность захлопываний кавитационных пузырьков. Чем ниже частота, тем больше интенсивность каждого отдельного акта захлопывания, так как при низкой частоте пузырек имеет больше времени для формирования и достигает большей величины. Кроме того, при низких частотах звуковая волна имеет большую глубину проникновения, что особенно выгодно при очистке сложных деталей, имеющих отверстия и каналы. Под воздействием низкочастотных ультразвуковых колебаний возможна вибрация самих деталей, что также способствует очистке. Однако при частотах ниже 20 кГц звук становится слышимым. Пронзительный шум и свист, сопровождающие работу ультразвуковых установок на этих частотах, неприятны для слуха человека и оказывают болезненное воздействие. Исходя из вышеуказанных предпосылок, частоты 20—25 кГц являются наиболее приемлемыми для очистки.

От мощности звуковой волны зависит количество кавитаций, возникающих в объеме жидкости. Указывается, что в диапазоне частот 20—50 кГц хорошее, качество очистки в водных растворах достигается при плотности ультразвуковой энергии 2—3 Вт/см2, а при использовании растворителей — 1—2 Вт/см2.

Большое влияние на эффективность ультразвуковой очистки оказывают физико-химические свойства моющей среды (поверхностное натяжение, упругость паров, вязкость) и ее температура. Эффективность очистки увеличивается при уменьшении поверхностного натяжения на границе моющая среда — поверхность детали, уменьшении упругости паров и вязкости жидкости при данной температуре. Водные растворы моющих средств в связи с низким давлением пара имеют лучшие кавитациониые свойства, чем различные органические растворители. Кавитациониые процессы в водных растворах наиболее интенсивно происходят при температуре 40—70 °С. Для Моющих средств на основе хлорированных углеводородов и нефтяных растворителей наиболее благоприятные условия для кавитации создаются соответственно при температуре 30—50 и 20—40 °С. Увеличение температур ры в большинстве случаев нецелесообразно, так как с повышением температуры возрастает давление паров и газов в кавитационных пузырьках и уменьшается сила гидравлических ударов при их захлопывании.

Расположение деталей относительно излучателя ультразвуковых колебаний существенно влияет на эффективность очистки. Интенсивнее очищаются те поверхности деталей, которые расположены ближе и обращены к излучателю. Обычно детали загружаются в решетчатый контейнер, изготовленный из проволочной сетки или перфорированного листового материала. В этой связи следует отметить целесообразное использование излучателей с фокусирующими системами.

Оборудование, применяемое при ультразвуковой очистке, обычно состоит из генератора тока высокой частоты (т. в. ч) и излучателя (преобразователя т.в.ч., в ультразвуковые колебания), смонтированного в ванне для моющей среды. В качестве излучателей ультразвуковых колебаний низких частот 16—25 кГц в основном применяют магнитострикционные преобразователи. Маг-ннтострикционный эффект характеризуется способностью ферромагнитных материалов и их сплавов (никель, кобальт, пермендюр, пермаллой) изменять линейные размеры в магнитном поле. Так, при прохождении тока высокой частоты через катушку под действием возникающего магнитного поля стержень из магниатострикционного материала изменяет свои размеры. При изменении размеров в окружающей жидкой среде возникают ударные волны, вызывающие кавитационные явления.

Промышленностью выпускаются установки для ультразвуковой очистки в основном двух моделей — УЗВ и ВМ. Установки предназначены для очистки; узлов и деталей из металлических и неметаллических материалов от различных видов загрязнений. В качестве моющих средств могут быть использованы водные растворы щелочных CMC и различных растворителей..

Источником тока для питания преобразователен. установок служат ультразвуковые генераторы. Мощ-и ность генераторов выбирают в зависимости от количества установленных в ванне излучателей.

Для улучшения условий труда обслуживающего персонала — уменьшения вредного влияния ультразвукового поля и паров моющих средств — ванны установок 1 УЗВ заключены в звукоизоляционные кожухи и имеют бортовые вентиляционные отсосы. Для обеспечения необходимого режима работы имеются змеевики для подогрева или охлаждения. Генератор монтируется в отдельном шкафу, что позволяет устанавливать его в месте, наиболее удобном для обслуживания.

Ванны для ультразвуковых установок модели ВМ 4 выпускаются емкостью от 2,5 до 1000 л. Ванны емкостью 2,5—40 л представляют собой стальные каркасы, в которые вмонтированы фарфоровые сосуды соответствующей емкости. Ванны емкостью 60—1000 л предназначены для очистки крупных деталей. Каркас ванн изготовляется из нержавеющей стали. На ваннах предусмотрены устройства для загрузки и выгрузки деталей большой массы.

Ультразвуковую очистку целесообразно применять при ремонте точных малогабаритных деталей со сложной конфигурацией. Время очистки деталей зависит рт состава моющей жидкости, ее температуры и Степени загрязненности деталей. Наиболее целесообразно применять для ультразвуковой очистки водные растворы щелочных CMC типа МЛ, МС или Лабомид. В зависимости от вида деталей и их загрязненности концентрация раствора должна составлять 10—30 г/л. Температура раствора 55—65 °С. При очистке указанными растворами поверхность деталей одновременно с очисткой получает пассивирующую обработку. В качестве моющих средств также могут быть использованы растворители и средства на их основе — керосин, дизельное топливо, AM-15, «Термос», Эмульсин и др. Средство AM-15 используется при температуре 20 — 30 °С, а остальные составы — при 20—60 °С. Время очистки деталей в среднем составляет 1—10 мин. Исследования ультразвуковой очистки фильтров грубой очистки масла дизельных двигателей, проведенные в ГОСНИТИ, показали высокую эффективность этого способа очистки. Испытания проводились в установке УЗВ-17, питаемой генератором УЗГ-10У. В качестве моющей среды применялось средство AM-15 комнатной температуры. В среднем за время полной очистки (10—12 мин) с каждого фильтрующего элемента снимается 10—115 г загрязнений. Производительность процесса в указанной ванне — 30—50 фильтров в час.

Рис. 2. Схема конвейерной установки для ультразвуковой очистки деталей:
1 — ванна; 2 — электронагреватели; 3 — направляющие ролики; 4 — преобразователь ЦМС-8; 5 — выравнивающий цилиндр; 6 — цепь конвейера; 7 — электродвигатель; 8 — редуктор; 9 — натяжное устройство; 10— ведущие, направляющие и натяжные звездочки: 11 — накопитель

На кафедре «Ремонт машин» МИИСПа для ультразвуковой очистки деталей карбюраторов и фильтрующих элементов от асфальто-смолистых отложений и нагара сконструирована и изготовлена конвейерная моечная установка. Установка состоит из ванны, накопителя деталей, транспортирующего устройства, машинного генератора и пульта управления.

Моечная ванна емкостью 250 л сварена из листовой стали и имеет двойные стенки с теплоизолирующим слоем. Днище ванны имеет уклон, в конце которого установлен патрубок с вентилем для удаления отработанного раствора и донного шлама. Магнитострикционный преобразователь ЦМС-8 заключен в герметичный кожух и охлаждается проточной водой. Для нагрева моющего раствора в ванне установлены три электронагревателя общей мощностью 3 кВт. Система тепловой автоматики, собранная на базе теплового сигнализатора ТС-100, позволяет поддерживать температуру в пределах 20— 100 °С.

Транспортирующее устройство состоит из электродвигателя постоянного тока типа П-22, двухступенчатого червячного редуктора, втулочно-роликовой цепи и натяжного устройства. Цепь транспортера имеет шаг 19,2 мм. К ее соединительным планкам прикреплены кронштейны из полосовой стали для подвешивания на них деталей. Внутри ванны цепь опирается на направляющие рамки. Привод транспортера позволяет задавать ему скорость в пределах 0,5—5 м/мин. Для питания магннтострикционного преобразователя служит машинный генератор типа ВПЧ 30/2000.

Детали диаметром до 140 мм, подлежащие очистке, навешивают на цепь транспортера и после его включения входят в ванну с раствором. При прохождении деталей через раствор их загрязнения набухают и частично отмываются благодаря активности моющей среды. Далее при прохождении деталей через цилиндр магннтострикционного преобразователя происходит их окончательная очистка.

Большинство современных установок ультразвуковой очистки деталей изготовляют на основе плоских или стержневых излучателей, обеспечивающих очистку лишь тех поверхностей деталей, которые обращены к преобразователю и находятся вблизи него. Поэтому большой интерес представляют установки с фокусирующими системами, в которых происходит увеличение звукового Давления по мере удаления от излучающей поверхности.

В установке очищаются масляные фильтрующие элементы и детали карбюраторов двигателей ЗИЛ. Лучшим моющим средством для очистки фильтрующих элементов является дизельное топливо. Производительность Установки с дизельным топливом составляет 120 фильтров в час. При использовании щелочного раствора типа МЛ-52 в концентрации 35—40 г/л производительность установки снижается в 2 раза. При очистке деталей карбюраторов в щелочном растворе производительность установки составляет 20 комплектов.