Актуальность темы работы обусловлена сложностью удаления объёмных и примёрзших загрязнений автомобилей известными техническими средствами.
Ключевые слова: мойка и очистка автомобилей, щёточная моечная установка, объёмные загрязнения, примёрзшие загрязнения, лабораторные исследования
При эксплуатации грузовых автомобилей внутренние и наружные поверхности подвергаются различным видам загрязнений. Рассматриваемые загрязнения автомобилей могут состоять как из частиц минерального, так и органического происхождения. В целом это сложные загрязнения, состоящие из жидких и твердых фаз. Отдельные элементы жидкой фазы загрязнений адсорбируются в загрязнения твердой фазы. Эти загрязнения обычно имеют различную дисперсность, что влияет на адгезионную силу сцепления частиц загрязнения с отмываемой поверхностью. Кроме этого загрязнения могут иметь значительный объём и быть примёрзшими в период низких температур.
Известны различные способы удаления загрязнений. Удаление загрязнений с помощью вращающихся щёток нашло применение во всех отраслях, в том числе и на автомобильном транспорте. Данный способ предполагает смачивание загрязнённой поверхности с последующей очисткой вращающимися щётками. Щёточные моечные установки позволяют очищать поверхности автомобилей от всех видов загрязнений. Щёточный способ очистки является самым эффективным по скорости очистки больших поверхностей и скорости удаления загрязнений. У этого способа очистки имеются следующие недостатки. Это загрязнение полов и воздушной зоны смываемыми с поверхности автомобилей загрязнениями как в мелкодисперсном виде в воздухе, так и в виде объёмных загрязнений на полах [1]. Кроме этого, использование щёточных моечных установок для удаления примёрзших или объёмных загрязнений не даёт достаточной эффективности. Примёрзшие загрязнения удаляются щетками лишь частично, при этом разлетаются крупные фрагменты замёрзших загрязнений с возможными повреждениями отчищаемого автомобиля, моечного оборудования и помещения зоны мойки. Объёмные загрязнения, как правило, разносятся щётками по поверхности отчищаемого автомобиля, моечного оборудования, полам и стенам зоны мойки, что создаёт дополнительные расходы на их очистку.
Поэтому перспективным способом мойки и очистки автомобилей с объёмными загрязнениями является способ очистки от объёмных загрязнений с применением водяных струй и вращающихся щёточных механизмов, позволяющий обеспечить выполнение максимальной очистки поверхностей автомобилей от загрязнений без применения реагентов, а также снижения влажности воздуха и загрязнений воздуха и полов в зоне мойки автомобилей.
В соответствии с вышеизложенным, предлагается конструкция для удаления загрязнений, позволяющая выполнять очистку автомобилей без вышеперечисленных недостатков. В основу принципиальной конструктивно — технологической схемы очистителя положены следующие технические решения:
− рабочим органом является цилиндрический щёточный барабан с капроновыми ворсинами, обеспечивающими высокую степень очистки;
− ворсины собраны в пучки и закреплены параллельными рядами на вертикальном валу;
− щёточный барабан расположен под прямым углом к направлению движения в передней части очистителя;
− позади щёточного барабана расположены приёмный лоток и бункер для сбора загрязнений;
− щёточный барабан, приёмный лоток, смонтированные на раме тележки;
− привод щётки осуществляется от электродвигателя, посредством прямой передачи от электродвигателя, имеющего влагозащищённость по IP 55.
Принципиальная конструктивно — технологическая схема конструкции для мойки и очистки автомобилей от объёмных загрязнений автомобилей представлена на рис. 1.
Моечная установка включает в себя тележку 1, бак для воды 2, электродвигатель 3, вертикальный щёточный барабан 4, коллектор с форсунками 5, форсунки 6, пульт управления 7, кабели 8, электронасос 9, трубопроводы 10, защитный экран 11, приёмный лоток 12, бункер для сбора загрязнений 13. Вал щётки соосно закреплён с валом электродвигателя. Щётку предлагается выполнить с четырьмя вертикальными щёточными узлами, закреплёнными на валу диаметром 100мм, с четырёх боковых сторон (угол поворота между щётками 90 градусов). Щетинки предлагается выполнить из капроновой нити толщиной 2,5 мм, длиной 250 мм. Перемещение тележки осуществляется слесарем за ручку. Скорость перемещения должна быть согласована со скоростью вращения щётки для исключения непромытых участков.
Принцип работы предлагаемой конструкции заключается в следующем: при движении очистителя вдоль автомобиля с включёнными рабочими органами из форсунок коллектора вода распыляется на загрязнения с целью повышения их отделения. Щёточный барабан сметает загрязнения на приёмный лоток, через который загрязнения попадают в бункер. При наполнении бункера привод рабочих органов выключается, и установка транспортируется к месту выгрузки загрязнений. Скорость вращения щётки определялась эмпирически на лабораторных установках, приведённых на рис. 2. Основным критерием для принятия скорости вращения щеточного барабана было полное поднятие в горизонтальном уровне щетинок, отсутствие скручивания щетинок на валу, высокий уровень очищения поверхности от загрязнений. В результате исследований была принята скорость вращения щётки 900 оборотов в минуту. Предлагаемая скорость перемещения тележки не более 0,5 м/с. Скорость вращения изменялась с помощью регулятора ударной дрели «Интерскол ДУ-650 ЭР». Скорость вращения барабана измерялась контактным тахометром «Мегеон-18002» с насадкой для бокового прижатия к валу.
Рис. 1. Принципиальная конструктивно-технологическая схема конструкции для мойки и очистки автомобилей от объёмных загрязнений
Использование данной конструкции позволяет удалять объёмные загрязнения с помощью щётки, которая смахивает их в бункер, тем самым снижая загрязнения полов зоны мойки, а также запылённость и влажность в помещении мойки. Запылённость и влажность снижается за счет оседания взвешенных частиц при столкновении с мокрыми стенками бункера.
Учитывая особенности объёмных загрязнения в период низких температур, а также выявленные возможности их устранения, предлагается перед проведением щёточного воздействия разрабатываемой установкой выполнять смачивание из форсунок водой боковых поверхностей очищаемого автомобиля с целью резкого снижения адгезионных свойств примёрзших объёмных загрязнений. Для решения этой задачи к корпусу лабораторной установки была прикреплена Г-образная труба с форсунками, выступающая на регулируемое расстояние перед тележкой (для исследования это расстояние изменялось от 0,5 до 3 метров) рис. 2. Длина вертикальной части трубы должна позволять обрабатывать водой по всей высоте боковую поверхность грузового автомобиля и находящихся на автомобиле объёмных, примёрзших и других загрязнений. Для распыления воды на вертикальной части трубы были установлены несколько форсунок (количество форсунок при проведении эксперимента изменялось от 1 до 3 штук), позволяющих эффективно смачивать обрабатываемую поверхность и загрязнения по всей высоте автомобиля.
Рис. 2. Лабораторные установки со щёточными барабанами
Для определения параметров конструкции, позволяющей удалять объёмные загрязнения в зимний период с поверхностей грузовых автомобилей с использованием особенностей сползания и таяния льда, были проведены дополнительные экспериментальные исследования с целью определения следующих параметров:
− температуры воды в трубе предварительного смачивания загрязнений;
− расстояние от тележки до вертикальной части трубы с форсунками;
− количество форсунок.
Заданными условиями при проведении экспериментальных условий было скорость движения тележки, обороты вращения щётки, диаметр щётки, длина ворсин, количество рядов ворсин. Кроме этого, следует отметить, что объёмные загрязнения были выполнены искусственно путём наращивания на борт грузового автомобиля. Искусственные загрязнения состояли изо льда, глины и грунта. Вес каждого загрязнения составлял от 70 до 80 граммов. Загрязнения создавались искусственно в форме ледяной шишки рис. 3.
Рис. 3. Примёрзшие загрязнения на листе и в бункере после отчистки
Для определения равномерности нанесения воды при предварительном смачивании на очищаемую поверхность (из трубы с форсунками, расположенной перед тележкой с целью отделения ледяных шишек) на поверхности грузового автомобиля закреплялись смоченные в воде и отжатые пластины из войлока размером 7х7 см, толщиной 1 мм на высотах от 10 до 180 см, через каждые 10 см высоты. Форсунки устанавливались на разной высоте. В первом опыте устанавливалась одна форсунка на высоте 100 см. Во втором опыте устанавливалось 2 форсунки на высоте 60 см и 150 см. В третьем опыте устанавливалось 3 форсунки на высоте 30 см, 90 см и 150 см. Критерием оценки являлось изменение веса войлочных пластин при попадании на них воды. Вес пластин измерялся до нанесения воды из форсунок и после нанесения воды с помощью весов POCKET SCALE МН-100 с точностью измерения до 0,01 грамма.
Результаты исследований показали, что результаты во втором и третьем опытах отличаются незначительно (рис. 4). Поэтому целесообразно оставить в конструкции две форсунки предварительного смачивания с целью эффективной работы с минимальным расходом воды.
Для определения влияния температуры воды на разрушение объёмных загрязнений выполнялись исследования с изменением воды в баке и трубах системы предварительного смачивания и мойки кузова. Температура воды искусственно изменялась на каждые 10°С, и проверялось количество удалённых загрязнений.
Результаты исследований показали, что при изменении температуры воды от 10 до 100°С (путём нагревания воды в баке моечной установки) изменение эффективности разрушения загрязнений наблюдалось только при повышении температуры воды от 10 до 50°С. При дальнейшем увеличении температуры воды значительных изменений не происходило (рис. 5).
Для определения эффективного расстояния от щётки до форсунки предварительного смачивания, от которого зависит время на отделение загрязнений от кузова автомобиля, выполнялись исследования, при которых форсунки устанавливались перед щёткой на расстоянии от 50 см до 3 м, с шагом 50см. При этом измеряли количество удалённых загрязнений. При изменении расстояния от щётки до форсунки с 0,5 до 2 м наблюдалось значительное увеличение удалённых загрязнений. При дальнейшем увеличении этого расстояния значительных изменений не происходило (рис. 6).
Рис. 4. Изменение массы намоченных образцов (пластин из войлока размером 7х7см) в зависимости от количества и высоты расположения форсунок
Рис. 5. Разрушение объёмных загрязнений в зависимости от температуры воды
Рис. 6. Разрушение объёмных загрязнений в зависимости от расстояния от щётки до форсунки
Для определения эффективного расстояния от щётки до форсунки предварительного смачивания, зависящего от количества загрязнений, которые будут собраны в бункер моечной установки или сами отпадут на пол, выполнялись исследования, при которых форсунки устанавливались перед щёткой на расстоянии от 50см до 3м, с шагом 50см. При этом измеряли количество загрязнений, собранных в бункер моечной установки. При изменении расстояния от щётки до форсунки с 0,5 до 2 м наблюдалось значительное увеличение собранных в бункере объёмных загрязнений (рис. 7). При дальнейшем увеличении этого расстояния количество собранных в бункере объёмных загрязнений постепенно снижалось за счёт самоотпадания.
Рис. 7. Изменение собранных в бункер моечной установки объёмных загрязнений в зависимости от расстояния от щётки до форсунки
Для сравнения процесса мойки с использованием моечного устройства фирмы KARCHER и конструкции установки для мойки и отчистки автомобилей с бункером для сбора загрязнений были проведены сравнительные испытания. Одними из важных показателей считались запылённость воздуха, степень отчистки, затраты электроэнергии и воды. Исследования запыленности воздуха в рабочей зоне оператора при работе моечного устройства фирмы KARCHER и экспериментальной передвижной струйно-щёточной установки с бункером для сбора загрязнений при мойке сильнозагрязнённых поверхностей грузовых автомобилей после рейса в условиях лесных и полевых работ показали, что содержание пыли в воздухе было превышено в несколько раз при использовании установки фирмы KARCHER в сравнении с предлагаемой щёточной установкой. При выполнении мойки передвижными струйными моечными установками фирмы KARCHER с насадками для акустико-кавитационной струи и для водо-абразивной струи запыленность воздуха составила 1,8...5,2 мг/м 3 , что не превысило предельно допустимую концентрацию пыли. В соответствии с санитарными нормами ведение таких работ при полученной запыленности допускается с использованием средств, индивидуальной защиты органов дыхания и зрения. Запылённость измерялась с помощью аспиратора для отбора проб воздуха Модели 822 с фильтрами АФА-ДП-3.
В то же время было установлено, что при необходимости удаления объёмных загрязнений установками фирмы KARCHER, занимающих площадь менее 25 см 2 , оператору было трудно контролировать качество очистки и соблюдать границы очищаемой поверхности из-за создаваемого пылевого облака. Поэтому оператор приближался к очищаемому объекту, вследствие чего попадал в зону с повышенной запыленностью.
Исследования предлагаемой щёточной установки показали, что использование дополнительного грязеуловителя с бункером для сбора загрязнений способствовало снижению концентрации пыли в воздухе рабочей зоны оператора до 0,07...0,18 мг/м 3 , не превышающей предельно допустимого значения 0,2 мг/м 3 . Это позволило проводить работы по очистке грузовых автомобилей на открытых площадках и в закрытых помещениях без применения специальных средств защиты органов дыхания и зрения. Применение предлагаемой установки сняло необходимость в приближении оператора к очищаемой поверхности в тех случаях, когда загрязнения занимали малую площадь на поверхности автомобиля.
Таблица 1
Сравнительные эксплуатационные показатели известной и экспериментальной моечной установки
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Режим работы |
||||
|
КАRCHER 10/25–4SХ с насадками |
Экспериментальная струйно-щёточная установка |
|||||
|
Водяная струя |
Акустико-кавитационная струя |
Водо-абразивная струя |
||||
|
1 |
Мощность электродвигателя, кВт |
2,2 |
||||
|
2 |
Напряжение, В |
220...230 |
||||
|
3 |
Производительность насоса, л/ч |
250–500 |
||||
|
4 |
Максимальное давление, МПа |
21,5 |
||||
|
5 |
Рабочее давление, МПа |
17 |
5,6...5,8 |
17 |
5,6...5,8 |
|
|
6 |
Расход воды, л/ч |
452 |
290 |
452 |
143 |
|
|
7 |
Расход абразитива, кг/ч |
- |
- |
110 |
- |
|
|
8 |
Запылённость воздуха, мг/м 3 |
1,8–3,9 |
2,3–4,7 |
3,1–5,2 |
0,14–0,19 |
|
|
9 |
Оценка качества очистки по снижению площади, занимаемой загрязнением, % — слабосвязанные — среднесвязанные — сильносвязанные |
94 21 4 |
99,5 82 11,4 |
99,1 92 82,2 |
99,2 91,6 63,9 |
|
Анализ полученных результатов сравнительных испытаний показал, что при мойке поверхностей автомобиля с объёмными загрязнениями с помощью установки КАRCHER 10/25–4SХ, имеющей моечный пистолет, оборудованный специальной насадкой по технологии очистки автомобиля струями высокого давления, акустико-кавитационной струёй, водо-абразивной струёй и предлагаемой щёточной установкой показал следующие результаты. Высокий уровень отчистки поверхности со слабо -, средне — и с частично сильно связанными загрязнениями, наблюдался при использовании водо-абразивной струи и предлагаемой щёточной установки. При этом на поверхности кузова автомобиля КамАЗ в среднем оставалось не более 2,5 г/м 2 загрязнений, что позволяет проводить ремонтные работы без загрязнения рук и спецодежды слесарем-ремонтником, и может отвечать технологическим требованиям для проведения операций по восстановлению лакокрасочного покрытия. При этом трудоёмкость работ при использовании установки фирмы KARCHER с водо-абразивной струёй была выше в 1,37 раза, в том числе и за счёт выполнения работ по удалению объёмных загрязнений с поверхности пола зоны мойки, на которые они были смыты с поверхности автомобилей. Также наблюдалось снижение расхода воды с 452 до 143 литров и разность затрат на абразивный материал.
Усовершенствование процесса удаления объёмных загрязнений за счёт использования предлагаемой конструкции передвижной щёточной установки вместо моечной установки фирмы KARCHER позволит снизить трудоёмкость выполняемых работ, расход воды и запылённость воздуха при высокой эффективности очистки поверхностей автомобилей, в том числе и с примерзшими загрязнениями. Это особенно актуально при эксплуатации автомобилей по полевым, лесным и другим грунтовым дорогам в осенне-весенний период и период затяжных дождей, а также при удалении примёрзших загрязнений.
Литература:
- Гончарук, А. И. Совершенствование процесса очистки днища кузова автомобиля и расположенных под ним агрегатов от сильносвязанных загрязнений при подготовке к выполнению окрасочных работ / А. И. Гончарук, О. В. Гончарук, В. Н. Ковалевский, Э. Р. Шангареев, Б. Д. Ашрапов // Молодой учёный: международный научный журнал. — 2019. — № 24(262). — 163 с., с.132–135.
