устройство для очистки изделий

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ИЗДЕЛИЙ, содержащее ванну для моющей жидкости с герметично подстыковываемой крышкой, установленную на упругом основании с возможностью вертикальных колебаний, и вибропривод, отличающееся тем, что оно имеет стержень с размещенными на нем цилиндрической пружиной и дисковым инерционным элементом, в крышке ванны выполнено центральное отверстие, стержень установлен вертикально в верхней части ванны посредством заглушки под центральное отверстие, подсоединенной к крышке ванны, при этом пружина расположена в верхней части стержня и закреплена на нем своим верхним концом, нижний конец стержня имеет кольцевой упор, а дисковый инерционный элемент размещен на стержне подвижно с возможностью контактирования с кольцевым упором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для очистки изделий в моющей жидкости при вибровоздействиях и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для очистки изделий, содержащее ванну для моющей жидкости и размещенную под ней камеру для моющей жидкости, разделенные эластичной диафрагмой, на которой жестко смонтирована вертикальная заборная труба, концы которой сообщены с полостями ванны и камеры, причем нижняя часть заборной трубки помещена внутри электромагнитной катушки вибропривода, установленной в камере во влагонепроницаемом кожухе, а ванна снабжена сеткой для размещения изделий [1]. При включении в сеть электромагнитной катушки заборная трубка и связанная с ней диафрагма начинают совершать колебательные движения, что вызывает колебания жидкости в ванне и создает микротечения вокруг промываемых изделий. Недостатком известного устройства является низкая интенсивность процесса очистки изделий вследствие очень большого гидросопротивления при колебаниях диафрагмы и попеременном перетекании моющей жидкости в ванну и камеру по заборной трубке, существенно ограничивающего рабочую частоту и амплитуду колебаний при вибровоздействии. Кроме того, размещение электромагнитной катушки в жидкости усложняет конструкцию известного устройства и снижает его надежность.

Наиболее близким к предложенному является устройство для очистки изделий, содержащее ванну для моющей жидкости с крышкой и электромагнитную катушку вибропривода, причем ванна выполнена из электромагнитного материала или имеет обойму из него и размещена внутри электромагнитной катушки с возможностью вертикальных колебаний и подпружинена относительно нее [2].

В ванну загружаются очищаемые изделия и заливается моющая жидкость с оставлением газовой "подушки", позволяющей жидкости совершать колебания при колебаниях ванны. При подаче импульсного тока на электромагнитную катушку вибропривода ванна начинает совершать вертикальные колебания, при этом в моющей жидкости возбуждается переменное (динамическое) давление и происходит турбулизация жидкости с образованием потоков, омывающих находящиеся в ванне детали. Известное устройство позволяет повысить рабочую частоту колебаний до десятков герц, что увеличивает турбулизацию моющей жидкости в ванне, и интенсифицировать процесс очистки. Кроме того, изделия, находящиеся в колеблющейся ванне, также совершают колебания и непрерывно переориентируются в пространстве, что улучшает их омываемость жидкостью и повышает качество очистки.

Однако свободные колебания жидкости в герметичной ванне, совершающей периодические колебания даже при высоких амплитудно-частотных характеристиках (частоте 30-50 Гц и виброускорении 5-7 д), не могут привести к созданию значительного динамического давления в жидкости, обеспечивающего высокую степень ее турбулизации с образованием мощных потоков, интенсивно омывающих поверхность очищаемых изделий. Значительное повышение динамического давления и усиление турбулизации моющей жидкости в ванне может быть достигнуто лишь в случае возбуждения резонансных колебаний нелинейной колебательной системы, включающей упругий и инерционный элементы, одним из которых является моющая жидкость. В известном устройстве можно говорить лишь о наличии гидромеханической колебательной системы, в которой моющая жидкость является инерционным элементом, а роль упругого элемента выполняют стенки ванны. Однако вследствие очень большой жесткости стенок ванны собственная частота такой колебательной системы лежит в диапазоне 200-300 Гц, а возбуждение резонансных колебаний ее связано с необходимостью очень интенсивного вибровоздействия при виброускорении 20-25 g, что требует больших затрат энергии на осуществление процесса очистки. Кроме того, для осуществления данного режима вибровоздействия требуется специальный вибропривод типа сложного электродинамического вибростенда (ВЭДС), тогда как вибропривод известного устройства не может обеспечить требуемый режим работы. При этом вследствие очень низкой добротности (чувствительности) этой колебательной системы, даже при больших энергозатратах и сложном виброприводе резонансный режим не обеспечивает степени турбулизации моющей жидкости в ванне, позволяющей качественно интенсифицировать процесс виброочистки изделий. В то же время увеличивается нагрузка на стенки ванны вследствие их упругих деформаций, что снижает надежность работы устройства.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса очистки изделий за счет повышения турбулизации моющей жидкости.

Этот результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки изделий, содержащем ванну для моющей жидкости с герметично подстыковываемой крышкой, установленную на упругом основании с возможностью вертикальных колебаний, и вибропровод, в крышке ванны выполнено центральное отверстие, в котором установлен вертикальный стержень с размещенными на нем цилиндрической пружиной и дисковым инерционным элементом, расположенный в верхней части ванны и закрепленный на заглушке, подсоединенной к крышке ванны, при этом пружина расположена в верхней части стержня и закреплена на нем верхним концом, а дисковый инерционный элемент размещен на стержне подвижно и контактирует с кольцевым упором, выполненным на нижнем торце стержня.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит вертикальную ванну 1 для моющей жидкости с герметично закрывающейся крышкой 2, выполненную из электромагнитного материала, которая размещена с возможностью вертикальных колебаний внутри электромагнитной катушки 3 и подпружинена снизу пружиной 4. Электромагнитная катушка 3 размещена в каркасе 5, жестко закрепленном на неподвижном основании 6. В крышке 2 ванны выполнено центральное отверстие 7, в котором установлен вертикальный стержень 8 с размещенным на нем инерционным элементом 9, расположенный в верхней части ванны. Снаружи отверстия 7 к крышке 2 ванны подстыкована герметичная заглушка 10, на которой жестко закреплен верхний конец вертикального стержня 8. Инерционный элемент 9 выполнен в виде толстостенного кольцевого диска, размещенного подвижно (с возможностью скольжения) на стержне 8, в нижней части которого выполнен кольцевой упор 11, а в верхней расположена наружная цилиндрическая пружина 12, закрепленная верхним концом на заглушке 10. Длина центрального стержня 8 составляет 0,1-0,15 высоты ванны 1. Пружина 12 свободно (с кольцевым зазором) расположена на стержне 8, что обеспечивает ей возможность свободных упругих деформаций (сжатия и расширения) под воздействием механических нагрузок, прикладываемых к ее нижней части. При этом длина пружины 12 составляет ориентировочно 1/4-1/2 длины стержня 8.

Устройство работает следующим образом.

В ванну 1 заливается моющая жидкость и загружаются очищаемые изделия, после чего к ней герметично подстыковывается крышка 2. Заглушка 10 со стержнем 8 может быть заранее закреплена на крышке 2 или закреплена на крышке после ее подстыковки к ванне 1. При этом дисковый инерционный элемент 9 находится на нижнем конце стержня 8, жестко контактируя с кольцевым упором 11, удерживающим его в нижней части стержня. Моющая жидкость заливается до заданного уровня, составляющего примерно 0,85-0,9 объема ванны 1, с таким расчетом, чтобы нижняя плоскость дискового инерционного элемента 9 находилась на 10-15 мм ниже уровня поверхности жидкости. Затем включается подача импульсного тока на электромагнитную катушку 3, в результате чего ванна 1 начинает совершать вертикальные периодические колебания. Колебания ванны 1 передаются моющей жидкости, возбуждая в ней волны динамического (переменного) давления. Одновременно происходят колебания центрального стержня 8, на котором размещен инерционный дисковый элемент 9, жестко контактирующий с нижним концом стержня через кольцевой упор 11 и имеющий свободу перемещения вверх. Совершающий высокочастотные колебания (кольцевой) упор 11 оказывает направленное ударное воздействие на инерционный элемент 9, периодически подбрасывая его вверх в сторону пружины 12. При частоте колебаний ванны 30-50 Гц и амплитуде 3-5 мм амплитуда перемещения инерционного элемента 9 превышает расстояние до пружины 12 и инерционный элемент (груз) 9 ударяется в пружину, которая, сжимаясь, отбрасывает его вниз, т.е. возбуждаются колебания механической колебательной системы "груз-пружина". Собственная частота данной системы зависит от массы инерционного элемента, жесткости пружины и расстояния между ними. Предварительной тарировкой за счет соответствующего подбора этих элементов устанавливается собственная частота колебаний системы, равной частоте колебаний ванны 1, лежащей в диапазоне 40-50 Гц. Это легко осуществляется, например, с помощью вибростенда типа ВЭДС-10, ВЭДС-100, обеспечивающего в широком диапазоне изменение частоты и амплитуды вибровоздействия.

Таким образом, в совершающей колебания ванне 1 сразу же возбуждаются резонансные колебания системы груз-пружина с высокой амплитудой колебаний диска 9, который попеременно оказывается в жидкости или в воздухе над ее поверхностью. При этом при движении диска вниз его нижняя плоскость ударно воздействует на поверхность жидкости, что приводит к импульсному поступлению дисперсного воздуха в жидкость. Экспериментально установлено, что оптимальным является заглубление нижней плоскости диска 9 под уровень жидкости на 10-15 мм. При меньшем заглублении диска снижается эффективность поступления дисперсного (в виде пузырьков) воздуха под уровень жидкости, а при большем ухудшается жесткий контакт между диском и кольцевым упором 11 колеблющегося стержня и усиливается тормозящее действие на диск слоя жидкости, что может воспрепятствовать установлению резонансного режима колебаний механической системы груз-пружина. В результате высокочастотных возвратно-поступательных движений диска 9 происходит интенсивный ввод в жидкость воздуха, который в виде пузырьков насыщает значительную часть ее объема. Колебания давления жидкости, возбуждаемые колебаниями ванны, передаются дисперсному воздуху, вызывая его периодические объемные пульсации, что приводит к образованию в ванне 1 нелинейной колебательной системы жидкость-газ, обладающей высокой чувствительностью. В результате ее колебаний значительно возрастают динамическое давление в жидкости и вибрационная сила, действующая на пузырьки газа в направлении днища ванны. Одновременно усиливается турбулизация объема моющей жидкости, которая поверхностью захватывает весь свободный газ из верхней части ванны, поступающий под действием вибрационной силы вглубь жидкости. Жидкость мгновенно переходит в состояние гомогенного гидрозоля, заполняющего весь объем ванны, при этом происходят перестройка нелинейной колебательной системы жидкость-газ и изменение соотношения жидкости и газа. Заранее установленным соотношением количества жидкости и газа в ванне (получаемым при ее заполнении) собственная частота нелинейной колебательной системы устанавливается равной частоте колебаний вибропривода ванны, т.е. получаемая нелинейная колебательная система настроена в резонанс с механической колебательной системой. При резонансных колебаниях системы жидкость-газ обеспечивается максимальная амплитуда волн динамического давления, а в моющей жидкости образуются мощные турбулентные пульсирующие потоки, интенсивно омывающие подвергаемые очистки изделия. В положительные полупериоды колебаний давление в жидкости достигает 1,5-2,0 ати, а в отрицательные падает ниже значения упругости насыщенных паров жидкости, что вызывает в ней интенсивные кавитационные процессы. Схлопывание образующихся кавитационных пузырьков вблизи поверхности очищаемых изделий усиливает эффект очистки за счет создаваемых в жидкости микроударных волн, эффективно разрушающих загрязнения. В резонансном режиме достигается 100%-ное использование объема моющей жидкости за счет ее высокой обменности в ванне, что повышает эффект отмыва изделий. При этом оторвавшиеся твердые частицы загрязнений, захватываемые мощными турбулентными потоками жидкости, оказывают интенсивное абразивное воздействие на поверхность очищаемых изделий. Таким образом наличие в газовой части ванны вертикального стержня с упором и пружиной и подвижно размещенного на нем плоского инерционного элемента, образующих механическую колебательную систему, позволяет при периодических колебаниях ванны легко образовать в ней нелинейную газожидкостную систему. Плоская нижняя поверхность инерционного элемента обеспечивает при его резонансных колебаниях максимальное поступление дисперсного воздуха под уровень моющей жидкости. Резонансные колебания газожидкостной системы позволяют получить очень высокую степень гидродинамического возмущения объема моющей жидкости в ванне и качественно повысить эффект очистки изделий за счет резкого увеличения турбулизации моющей жидкости и повышения интенсивности ее динамического воздействия на очищаемую поверхность. При той же интенсивности вибровоздействия на ванну, что и в прототипе, в несколько раз сокращается время очистки изделий. Сокращение времени очистки в свою очередь позволяет существенно (на 30-50%) снизить удельные затраты энергии на вибрационную очистку изделий.