СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2009 года по МПК B24C3/32 B08B9/38 

Изобретение относится к способам очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда), в частности к способам очистки наружных поверхностей и внутренних полостей электрических двигателей железнодорожного подвижного состава.

Широко известны способы для поверхностной обработки деталей дробью, песком, косточковой крошкой и другими гранулоподобными материалами с целью упрочнения, наклепки, очистки поверхностей деталей (см., например, авт. свид-ва СССР: №887145, кл. В24С 5/06, 1981; №1038213, кл. В24С 5/06, 1983; патент РФ №2008182, кл. В24С 5/06, 1994).

Общим недостатком известных способов является наличие отработанных гранул в снятом с поверхности шламе, а также излишнее абразивное воздействие, наклеп и внедрение в поверхность материала обрабатывающих гранул, что может изменить физико-химические свойства поверхности в нежелательную сторону. Кроме того, если известные способы использовать для очистки внутренних полостей электрических машин, то будет достигнут обратный эффект - все полости будут забиты гранулами.

Известен также способ очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда), который является наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (см. Новейшие современные технологии в области очистки сухим льдом. DEMETRA - 2000М. Компания COLD JET Inc. Реклама на промышленных сайтах htpp:/www/co2blast.com/tech/elektro/phtml).

Известный способ заключается в том, что гранулы диоксида углерода (сухого льда) направляют на очищаемую поверхность в струе несущего газа, например воздуха, под избыточным давлением 2...8 бар, гранулы снимают загрязнение (смазку, старое лакокрасочное покрытие и т.п.) с поверхности без абразивного воздействия на нее, а затем сублимируются (испаряются), превращаясь в углекислый газ. При этом загрязнения снимаются с поверхности в виде сухого шлама.

Недостаток известного способа определяется физикой процесса, поскольку гранулы сухого льда, ударяясь о поверхность, взрываются и создают волну давления между поверхностью и загрязнением, отделяя и смывая его. Однако гранулы, не имея острых кромок, не могут срезать твердые покрытия, как, например, при пескоструйной обработке. Вследствие этого не всякое твердое покрытие возможно снять гранулами сухого льда, лишь увеличивая время обработки, подачу гранул и давление несущего газа.

Известны устройства для поверхностной очистки и обработки - различные пескоструйки, дробеметные аппараты и др., - содержащие насадку с направляющим соплом, дозатор обрабатывающего материала, источник избыточного давления воздуха (см., например, авт. свид-ва СССР: №887145, кл. В24С 5/06, 1981; №1038213, кл. В24С 5/06, 1983; патент РФ №2008182, кл. В24С 5/06, 1994).

Общим недостатком известных устройств является излишнее абразивное воздействие, наклеп и внедрение в поверхность материала обрабатывающих гранул, что может изменить физико-химические свойства поверхности в нежелательную сторону. Кроме того, если известные устройства использовать для очистки внутренних полостей электрических машин, то будет достигнут обратный эффект - все полости будут забиты гранулами.

Известно также устройство для очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда), которое является наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (см. патент FR №2837123 от 2002). Способ очистки поверхностей гранулами диоксида углерода - сухого льда - включает подачу гранул диоксида углерода в импульсном режиме в струе несущего газа под избыточным давлением на обрабатываемую поверхность, определение степени загрязнения поверхности датчиками степени загрязнения и автоматическое программирование избыточного давления струи несущего газа и расхода гранул диоксида углерода в зависимости от степени загрязнения поверхности путем обратной связи с упомянутыми датчиками.

Недостатки прототипа заключаются в том, что датчик степени загрязнения представляет собой оптический датчик. В зависимости от угла зрения и степени освещения визуальное изображение, которое датчик сканирует и передает на монитор, формирует достаточно субъективное мнение оператора о толщине подлежащего снятию лакокрасочного слоя, чистоте и цвету исходной поверхности. В результате система обрабатывает поверхность избыточно или, наоборот, оставляет некоторые участки, особенно внутренних поверхностей, не полностью очищенными.

Задача изобретения состоит в том, чтобы, сохранив преимущества обработки поверхности гранулами сухого льда, т.е. отсутствие абразивного износа, сублимирование гранул после обработки, обеспечить необходимую и достаточную обработку поверхностей, в частности внутренних поверхностей машин и механизмов.

При решении поставленной задачи приемами, очевидными для среднего специалиста, обладающего знаниями в области ремонта железнодорожного подвижного состава, возникает техническое противоречие: с одной стороны, необходимо усилить интенсивность обработки поверхностей, с другой - довести очистку до требуемого качества.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки поверхностей гранулами диоксида углерода - сухого льда, включающем подачу гранул диоксида углерода в импульсном режиме в струе несущего газа под избыточным давлением на обрабатываемую поверхность, определение степени загрязнения поверхности датчиками степени загрязнения и автоматическое программирование избыточного давления струи несущего газа и расхода гранул диоксида углерода в зависимости от степени загрязнения поверхности путем обратной связи с упомянутыми датчиками, согласно изобретению в качестве датчиков степени загрязнения для измерения физических параметров поверхности используют датчики микрогеометрии, датчики отражения и датчики массы.

Способ может отличаться тем, что в струю несущего газа добавляют абразивные частицы.

Способ может отличаться тем, что струю несущего газа закручивают относительно продольной оси.

Способ может отличаться тем, что в струю несущего газа вводят цветные маркеры.

Способ может отличаться тем, что используют гранулы диоксида углерода различной твердости и формы.

Способ отличаться тем, что в качестве несущего газа используют воздух.

В качестве датчика микрогеометрии может быть выбран известный "игольчатый" датчик-преобразователь, контактное движение которого по шероховатой поверхности дает информативный сигнал о ее характеристиках (о форме и величине шероховатости). Обработка этого информативного сигнала с целью определения количественных частных характеристик шероховатости поверхности может проводиться различными способами (см. Васильков Д.В., Платонов А.В. Программная реализация комплекса контактно-щупового контроля микрогеометрии функциональных поверхностей. - Журнал «Инструмент и технологии», №23, выпуск 1, 2007, зарегистрировано 08.08.2006 под номером 0420600019/0026).

В качестве датчика отражения используются оптические датчики, применяемые в промышленном оборудовании: они обеспечивают контроль положения и расстояния, определяют контрастные и цветовые метки в различных технологических условиях (Интернет: 2008 Индустриальные Компоненты www.newic.ru/catalog/sensors/optical/).

В качестве датчиков массы применяют, например, широко известные виброчастотные датчики, которые применяются в электронных весах завода «ТВЕС» (Тулиновка) - модели ВР 4149, ВИТР, ВЭУ.

Такой набор датчиков позволяет достаточно точно определить, насколько очищена исходная поверхность: по величине шероховатостей, в случае если под слоем загрязнений находится «чисто» обработанная поверхность; по уменьшению массы, если необходимо снять достаточно толстый, грубый слой загрязнения; наконец, по оптическому отражению, если исходная поверхность была «очень чисто» обработана, например отшлифована.

Авторы утверждают, что из современного уровня техники им не известно применение этих датчиков для определения степени очистки поверхностей сухим льдом, что позволяет отнести заявляемый способ к техническим решениям, соответствующим условию патентоспособности «новизна».

Применение известных датчиков для определения степени очистки поверхностей сухим льдом неочевидно для специалиста в указанной области техники, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Дополнительные признаки интенсифицируют процесс очистки и позволяют регулировать его параметры в зависимости от вида снимаемого слоя. Введение цветных маркеров окрашивает обрабатывающую струю и обработанные участки, что облегчает контроль обработки.

Отличительные признаки в совокупности обеспечивают комплексную технологию очистки поверхностей от разнообразных загрязнений, старых лакокрасочных покрытий, смазки, расширяют область применения способа и устройства, в частности, для очистки внутренних полостей электрических двигателей железнодорожного подвижного состава и твердых загрязнений.

Изобретение поясняется чертежом, где показано устройство для очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда).

Способ очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда) заключается в следующем. Вначале на отдельном устройстве изготавливают гранулы сухого льда необходимой формы и размеров. Потом направляют гранулы на очищаемую поверхность в струе несущего газа в импульсном режиме отдельными порциями, причем избыточное давление потока и расход гранул программируют автоматически в зависимости от степени загрязнения поверхности, которую определяют за счет обратной связи с датчиками.

Устройство для осуществления заявляемого способа содержит насадку 1 с направляющим соплом 2, установленную на трехкоординатном манипуляторе 3, связанную гибким пневмопроводом 4 с дозатором гранул 5, источник избыточного давления Р_изб. несущего газа (воздуха) 6. Дозатор 5 гранул и источник избыточного давления 6 снабжены соответственно регуляторами расхода 7, 8, которые соединены управляющими связями 9, 10 с дополнительно введенным программатором 11, имеющим датчики 12 степени загрязнения, т.е. параметров очищаемой поверхности, например микрогеометрии, оптического отражения, массы, установленные на трехкоординатном манипуляторе 3.

Устройство работает следующим образом.

Манипулятор 3 подводят в ручном или автоматическом режиме к какому-либо участку очищаемой поверхности и включают источник давления 6. Поток воздуха захватывает в дозаторе 5 гранулы сухого льда, разгоняет их по гибкому пневмопроводу 4 и через сопло 2 под давлением мечет их на очищаемую поверхность. Под действием кинетической энергии гранул и мгновенного изменения их агрегатного состояния загрязнения отслаиваются от поверхности и опадают в шлам, гранулы сублимируются (испаряются) в виде углекислого газа, который оседает вниз и удаляется системой вентиляции.

Одновременно или по отдельности идет измерение физических и механических параметров поверхности - микрогеометрии, отражения и массы.

Например, микронеровности (шероховатость поверхности) определяются датчиком 12, контактное движение которого по шероховатой поверхности дает информативный сигнал о ее характеристиках (о форме и величине шероховатости). Сигналы поступают на программатор 11, который, считывая сигналы датчика 12, сравнивает величину сигналов с данными, заложенными в программе (определяет «грязно-чисто»), и, соответственно, по управляющим связям 9, 10 изменяет за счет управляющих сигналов, подаваемых на регуляторы расхода 7, 8, массовую подачу гранул и избыточное давление.

Аналогично в соответствии со своим назначением действуют датчики отражения и массы.

В процессе очистки гранулы подают в импульсном режиме отдельными порциями, что формирует скачки давления на поверхности и способствует интенсификации отслоения загрязнений.

В струю гранул могут добавляться цветные маркеры, облегчающие определение обработанных зон, а также в отдельных случаях абразивные материалы, снимающие особо стойкие загрязнения.

Направляющая поверхность сопла 2 может иметь спиральные направляющие канавки, способствующие закручиванию потока гранул и их воздействию на поверхность под разными углами, что улучшает съем загрязнений, имеющих сложную фактуру и заслонку для отклонения струи и воздействия ее на загрязнения, расположенные за изгибом канала (канавки и заслонка не показаны).

Сопло на выходе может иметь регулируемое сечение, что позволяет изменять форму струи гранул (более острая или распыленная) и регулировать тем самым интенсивность воздействия потока гранул на поверхность.

Зачистку, например, коллектора электродвигателя допускается осуществлять в рабочем режиме под напряжением, поскольку поток гранул и испарившийся углекислый газ не электропроводны.

Предложенный способ позволяет решить задачу изобретения - расширить область использования способа и устройства, в частности, для очистки внутренних полостей электрических двигателей железнодорожного подвижного состава и твердых загрязнений.

Промышленная применимость предложенного способа не вызывает сомнений, поскольку отдельные материальные средства освоены и применяются порознь промышленностью.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам очистки поверхностей гранулами диоксида углерода (сухого льда). Осуществляют подачу гранул диоксида углерода в импульсном режиме в струе несущего газа под избыточным давлением на обрабатываемую поверхность. Определяют степень загрязнения поверхности датчиками степени загрязнения. Осуществляют автоматическое программирование избыточного давления струи несущего газа и расхода гранул диоксида углерода в зависимости от степени загрязнения поверхности путем обратной связи с упомянутыми датчиками. В качестве датчиков степени загрязнения для измерения физических параметров поверхности используют датчики микрогеометрии, датчики оптического отражения и датчики массы. В результате чего расширяются технологические возможности способа, а также обеспечивается возможность обработки электрических машин. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки поверхностей гранулами диоксида углерода - сухого льда, включающий подачу гранул диоксида углерода в импульсном режиме в струе несущего газа под избыточным давлением на обрабатываемую поверхность, определение степени загрязнения поверхности датчиками степени загрязнения и автоматическое программирование избыточного давления струи несущего газа и расхода гранул диоксида углерода в зависимости от степени загрязнения поверхности путем обратной связи с упомянутыми датчиками, отличающийся тем, что в качестве датчиков степени загрязнения для измерения физических параметров поверхности используют датчики микрогеометрии, датчики оптического отражения и датчики массы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в струю несущего газа добавляют абразивные частицы.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что струю несущего газа закручивают относительно продольной оси.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в струю несущего газа вводят цветные маркеры.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гранулы диоксида углерода различной твердости и формы.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве несущего газа используют воздух.