сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 73.31 Автомобильный транспорт
Рассмотрены основные проблемы, возникающие при мойке автомобилей. Приведены результаты экспериментальных исследований по применению ультразвуковых технологий в процессе получения моющих пен. Получены зависимости основных свойств пены от акустико-технологических параметров режима ультразвуковой обработки.
мойка, загрязнения, моющее средство, ультразвук, пена
Введение
Качественное оказание услуг на станции технического обслуживания требует поддержания автомобиля в чистом состоянии, поэтому автомобиль должен быть очищен от загрязнений, которым он подвергается в процессе эксплуатации. На данный момент посты мойки, где проводится очистка автомобиля от загрязнений, имеют ряд недостатков. Одним из недостатков является большой расход воды. Применение моющих средств позволяет сократить расход воды, но при этом увеличивается количество поверхностно-активных веществ, сбрасываемых в сточные воды после удаления загрязнений. В связи с этим повышение эффективности технологии мойки является важной и актуальной задачей.
Анализ процесса мойки автомобиля
Мойка является обязательной трудоемкой операцией, так как содержание автомобилей в чистом и опрятном виде - одно из обязательных условий соблюдения санитарных правил при пассажирских перевозках и при транспортировании различных грузов, особенно продуктов питания. Кроме того, на автомобиле с чисто вымытым шасси, прежде всего снизу, легче обнаружить неисправности и повысить качество контроля деталей, проводить регулировочные, крепежные и смазочные операции [1].
Процесс проведения моечных работ характеризуется следующими основными показателями [2]:
- давлением струи воды (сила удара);
- расходом воды;
- температурой воды;
- составом применяемых синтетических моющих средств (СМС).
Наиболее важными показателями с точки зрения эффективности удаления загрязнений являются давление струи воды и состав применяемых моющих средств. Давление струи воды определяет механическую составляющую процесса удаления загрязнений, а состав применяемых СМС - химическую составляющую, т.е. процесс расщепления связей между загрязнением и поверхностью автомобиля. Применение моющих средств позволяет снизить расход воды и время мойки автомобиля (простои) за счет использования низкого давления при нанесении моющего средства и небольшого времени реакции с загрязнениями, которое составляет 1,5-2 минуты.
Состав СМС влияет на эффективность взаимодействия СМС с загрязнениями. Расщепление связей происходит за счет химической работы, которую необходимо затратить на удаление загрязнителя, его перевод в раствор или устойчивую дисперсную систему. Основными свойствами моющих средств, определяющими эффективность взаимодействия СМС с загрязнениями, являются смачиваемость и пенообразующая способность. Смачиваемость является основополагающей характеристикой моющей способности. Пенообразование важно, поскольку при мойке автомобилей необходимо удерживать моющее средство на поверхностях различной формы, в том числе вертикальных.
Для повышения смачиваемости и пенообразующей способности используются различные методы, такие как добавление присадок в уже существующие СМС, разработка принципиально новых СМС или совершенствование технологий пенообразования и нанесения пен на очищаемую поверхность. Одним из таких методов является применение ультразвуковых колебаний на этапе пенообразования.
Основными механизмами, обусловливающими эффективность применения ультразвука, являются кавитация, заключающаяся в образовании и схлопывании парогазовых пузырьков [3; 4], и акустические потоки, возникающие при высокой интенсивности излучения, которые обеспечивают распределение кавитационных пузырьков по обрабатываемому объёму [5-7].
Ультразвуковая обработка смеси моющего средства с водой позволяет получать высокодисперсные пены низкой кратности [8]. При этом пена, полученная ультразвуковым способом, имеет шаровое строение, а не полиэдрическое, как полученная с помощью пеногенератора, что приводит к повышению смачиваемости [9].
В рамках продолжения рассматриваемых исследований были проведены эксперименты по влиянию ультразвуковой обработки на устойчивость получаемой пены.
Экспериментальные исследования
В качестве объекта исследования применялось средство для бесконтактной мойки Active Foam Eco (Grass), которое предназначено для удаления дорожных и масляных загрязнений. В состав, помимо очищенной воды, входят ПАВ, комплексообразователи и смягчители воды. Для приготовления пены средство разбавляется водой в соотношениях от 1:1 до 1:50, в зависимости от применяемого оборудования. В данной работе при проведении экспериментальных исследований применялись соотношения 1:2, 1:4, 1:10, 1:30, 1:50.
Для исследования влияния ультразвуковых колебаний на устойчивость пены использовалась магнитострикционная колебательная система. Схема проведения эксперимента показана на рис. 1. Излучатель 1 трехполуволновой магнитострикционной колебательной системы погружался в ёмкость 2 (цилиндрический мерный стакан), в которой находилась смесь моющего средства и воды заданной концентрации.
В ходе обработки частота колебаний f составляла 22 кГц. Режим обработки определялся амплитудой колебаний ξm, которая варьировалась от 20 до 28 мкм.
Рис. 1. Схема проведения эксперимента
Начальный объём обрабатываемой смеси V = 50 мл. Излучатель погружался в смесь до отметки 25 мл, т.е. до половины объёма. В процессе ультразвуковой обработки часть озвучиваемого объёма превращается в пену. При обработке оставшаяся смесь, как и пена, становится белого цвета, что, с учётом высокой дисперсности получаемой пены, препятствует визуальному определению границы раздела.
Время обработки моющего раствора составляет 20 секунд. При малых концентрациях моющего средства в воде за меньшее время не достигалось полного перемешивания СМС с водой, вследствие чего процесс пенообразования проходил не полностью.
В процессе проведения эксперимента измерялись следующие параметры:
1) высота столба образованной пены 
, мм;
2) время оседания половины объема образованной пены 
, с;
3) половина высоты столба образованной пены 
, мм;
4) скорость оседания пены 
, мм/мин.
Время конца обработки моющего раствора совпадает с началом оседания столба образованной пены.
Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице и на рис. 2-4.
Таблица
Результаты экспериментов
|
Параметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Концентрация Амплитуда |
1:2 |
1:4 |
1:10 |
1:30 |
1:50 |
||||||||
|
20 |
464 |
47 |
408 |
48 |
260 |
47 |
137 |
43 |
78 |
41 |
|||
|
22 |
498 |
50 |
465 |
49 |
363 |
47 |
243 |
44 |
165 |
41 |
|||
|
24 |
491 |
48 |
467 |
48 |
381 |
47 |
357 |
45 |
266 |
42 |
|||
|
26 |
555 |
49 |
466 |
48 |
396 |
47 |
396 |
46 |
356 |
45 |
|||
|
28 |
733 |
49 |
628 |
50 |
483 |
48 |
399 |
48 |
371 |
46 |
|||
Зависимость устойчивости пены от амплитуды колебаний и концентрации представлена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость устойчивости пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
Рис. 3. Зависимость высоты столба пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
С увеличением амплитуды колебаний повышается устойчивость пены (рис. 2) и снижается скорость её оседания (рис. 3). Это связано с ростом скорости пенообразования в результате эффекта выпрямленной диффузии [10], заключающегося в том, что в процессе кавитации при расширении пузырька его поверхность больше, чем при сжатии, поэтому количество газа, диффундирующего внутрь пузырька, при расширении больше, чем количество газа, выходящего при сжатии. В результате повышенного газонасыщения начинается активное пенообразование. Таким образом, с повышением амплитуды увеличивается количество пенных пузырьков и уменьшается их размер. Также процесс зависит от концентрации моющего средства, что подтверждается графиком (рис. 3): при всех концентрациях высота пенного столба составляет от 40 до 50 мм, т.е. при низких концентрациях образуется небольшое количество крупных пузырьков, а при высоких концентрациях - большое количество маленьких пузырьков.
Данные результаты коррелируют с ранее проведёнными исследованиями, результаты которых показали, что оптимальные условия пенообразования создаются при амплитудах 25-30 мкм.
Рис. 4. Зависимость скорости оседания пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
Заключение
В результате проведённых исследований показано положительное влияние ультразвуковой обработки на процесс образования пены. При введении колебаний высокой интенсивности повышаются скорость пенообразования и устойчивость полученной пены, при этом уменьшается средний размер пузырьков, что повышает смачивающую способность и ускоряет процесс взаимодействия с загрязнениями. Регулирование режимов ультразвуковой обработки обеспечивает возможность получения пен с заданными характеристиками для различных типов загрязнений.
1. Карагодин В.И., Митрохин Н.Н. Ремонт автомобилей и двигателей. 2-е изд., стер. М.: Академия, 2003. 496 с.
2. Коробейник А.В. Ремонт автомобилей. Ростов н/Д: Феникс, 2004. 288 с. (Серия «Б-ка автомобилиста»).
3. Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Сундуков С.К. Разработка технологических установок для ультразвуковой очистки изделий автотракторной техники // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 10 (52). С. 22-26.
4. Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Технология окрашивания изделий с использованием ультразвука // Вестник машиностроения. 2015. № 3. С. 38-43.
5. Казанцев В.Ф., Калачёв Ю.Н., Нигметзянов Р.И. [и др.]. Инструменты для ультразвуковой очистки: монография. М.: Техполиграфцентр, 2017. 181 с.
6. Конов С.Г., Котобан Д.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Перспективы применения ультразвуковых технологий в аддитивном производстве // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 9 (51). С. 28-34.
7. Ливанский А.Н., Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Ультразвуковая обработка дисперсных систем / Вестник машиностроения. 2017. № 9. С. 62-68.
8. Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Сухов А.В., Фатюхин Д.С. Ультразвуковой способ получения моющих пен // Вестник машиностроения. 2018. № 12. С. 78-82.
9. Гриб В.В., Лёвушкина Н.В., Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Сухов А.В. Применение ультразвука при получении пен, применяемых для мойки изделий машиностроения // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2017. № 1 (48). С. 43-49.
10. Казанцев В.Ф., Фатюхин Д.С. О механизме дегазации при высокоамплитудной ультразвуковой жидкостной обработке / Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2013. № 3. С. 37-42.
