Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение
В настоящее время руководство ОАО «РЖД» много внимания уделяет внешнему виду железнодорожной техники, что делает актуальным совершенствование технологии очистки и обмывки подвижного состава. По выражению президента АО «РЖД» В.И. Якунина: «У нас замечательный подвижной состав, но внешний вид такой, что бежать от него хочется…». Данное положение является результатом как отсутствия установок для мойки подвижного состава, так и несовершенством технологии моечного процесса. Зачастую, при мойке просто размазывается грязь по вагону. Также внедрение моечных машин сдерживается экологическими проблемами, возникающими при необходимости слива загрязненной воды и усугубляющимися тем, что для мойки используются химически активные вещества, не все из которых можно сливать в канализацию, тем самым необходимо устанавливать специальные очистные сооружения или емкости разведения растворов.
Другой проблемой является то, что многие моющие растворы вредны при попадании в природу, а эффективные и безопасные моющие вещества достаточно дороги, что ставит проблему из многократного использования.
Поэтому в настоящем дипломном проекте поставлена задача разработать экологически чистый комплекс мойки, обеспечивающий производительность 400 вагонов в сутки с полным циклом мойки и сушки. Вагон должен выходить из комплекса обмытым, очищенным полностью высушенным.
Второй поставленной задачей является исключение разрушения лакокрасочных покрытий вагонов в процессе мойки, а также провоцирования коррозии кузова моющим раствором.
1 Обзор и анализ существующих вагономоечных комплексов.
В результате рассмотрения некоторых вагономоечных комплексов, имеющих различные технологические параметры, габариты и мощности был выделен ряд недостатков.
Например, если рассмотреть действующий моечный комплекс, находящийся в ремонтно-экипировочном депо г. Санкт-Петербурга, то можно выделить множество отрицательных моментов как в его работе, так и в конечном результате его деятельности (качестве помытых вагонов). Первым недостатком данного комплекса стало нерациональное расположение технологических постов, а именно недостаточное расстояние между подачей химических составов и ополаскиванием кузова чистой водой. В следствие этого химическому моющему веществу не хватает времени для полного растворения загрязнения и большая часть продуктов загрязнения с въевшимися в него химическими реагентами остается на поверхности кузова вагона. Второй недостаток – это некачественная сушка вагонов после мойки. Плохо высушенные поверхности вагонов склонны к разрушению лакокрасочного покрытия и быстрой коррозии. Еще одним недостатком данной мойки является необходимость в тяговой силе в виде локомотива. Использование локомотива для протягивания вагонов через моечный комплекс не обеспечивает равномерную скорость движения, что снижает качество мойки и сушки, а также приводит к необходимости устройства контактных проводов.
Другим примером для рассмотрения стал моечная установка RBR6000 для пассажирских вагонов и электропоездов фирмы Karher.
Как излагается в журнале «Железные дороги мира» установка RBR 6000 включает в себя систему управления, моечное оборудование, а также системы подачи воды, моечного раствора, очистки и нейтрализации воды. В состав моечного оборудования входят нагревательный тоннель, арка предварительного нанесения моющего средства, щетки для нанесения моющего средства на боковые поверхности вагонов и области крыши, две щеточные станции для мытья боковых поверхностей и крыши, арки обмыва повторно используемой и чистой водой, а также станция вентиляторной сушки. Система подачи и рециркуляции воды включает в себя баки разной емкости, насосы, песчано-гравийный фильтр и отстойники с маслоуловителями. Между песчано-гравийным фильтром и баком для использованной воды размещается система нейтрализации, обеспечивающая на выходе водородный показатель воды 6,5- 7,5 рН. В системе подачи моющих средств предусмотрены станции дозирования щелочных и кислотных моющих средств.
В зависимости от температуры наружного воздуха возможны несколько режимов мойки пассажирских составов.
При температуре наружного воздуха выше +10°C состав проходит мойку за один цикл без использования нагревательного тоннеля (рисунок)
Рисунок 1 - Схема размещения оборудования в зале мойки пассажирских составов:
1- въездной световой барьер; 2- нагревательный тоннель; 3- станция нанесения моющего средства растирочными щетками; 4, 6, 8-арки нагрева при оттаивании; 5, 7— соответственно первая и вторая щеточные моющие станции; 9— ополаскивающие арки; 10— выездной световой барьер; 11— вентиляторная сушка
При этом состав маневровым локомотивом подается к въездным воротам 1 моечной установки, которые открываются автоматически, состав через тамбур и открытый лепестковый резиновый занавес следует на мойку со скоростью 3 км/ч. При пересечении въездного светового барьера в систему программного управления передается команда на включение моющей установки. После проследования последнего вагона состава по сигналу от светового барьера въездные ворота автоматически закрываются. Так же автоматически происходит отключение устройств, участвующих в работе моечной установки, по мере выхода из них последнего вагона состава. Состав продолжает движение и достигает станции 3, где на него наносится и растирается щетками моющее средство. В дальнейшем на станциях 5 и 7 боковые поверхности и верхние закругленные края вагонов обрабатываются моющими щетками. Станции включаются автоматически по сигналу от системы управления, отслеживающей прохождение моющего комплекса в соответствии с заданным технологическим режимом.
После прохода через щеточные моющие станции состав заходит на станцию ополаскивания 9, где ополаскивающие арки смывают остатки моющего средства, а затем завершают процесс ополаскивания обмывом свежей водой.
На завершающем этапе состав проезжает через вентиляторную сушку 11, где обдувается воздухом. При проследовании выездного светового барьера 10 перед вымытым и высушенным составом автоматически открываются выездные ворота. За последним вагоном ворота автоматически закрываются. Время мойки состава из шести вагонов составляет при таком технологическом режиме менее 20 мин.
При температуре наружного воздуха от -25 до -5°C требуются уже два цикла обработки: размораживание состава (длительностью 15- 30 мин) и собственно мойка (менее 3 мин). В течение первого цикла работают нагревательный тоннель 2 и арки нагрева при оттаивании 4, 6 и 8. Воздушные тепловые завесы в тамбурах мойки нагнетают теплый воздух и выравнивают температуру воздуха в тамбурах
до температуры в моечном зале. При выезде состава осуществляется сушка вагонов на станции 11. Для размораживания используется очищенная вода из системы рециркуляции. После завершения первого цикла состав выезжает из моечной установки и через второй путь обратным ходом возвращается на первый путь для прохождения второго цикла мойки.
При температуре наружного воздуха ниже -25°C мойка состава также производится в те же два цикла, однако длительность цикла размораживания возрастает до 30- 50 мин.
Как видно из описания данной установки в ее работе и устройстве имеется ряд недостатков. Во-первых, в процессе мойки используются кислотные моющие вещества, которые, растворяя загрязнение, разрушают лакокрасочное покрытие и провоцируют быструю коррозию. Во-вторых, в качестве протяжного устройства используется локомотив. Это вызывает те же самые недостатки, которые рассмотрены в предыдущем моечном комплексе. В третьих, данная установка способна мыть вагоны за время 20 мин. только при температуре окружающей среды от - 5 до +10 0С, что не актуально при российских погодных условиях. При снижении температуры окружающей среды значительно увеличивается время помывки вагонов, а значит в зимнее время график помывки вагонов будет изменен, что приведет к существенным экономическим и социальным издержкам.
Как видно из описания вышерассмотренных моечных комплексов, действующих в настоящее время, в их устройстве и эксплуатации имеется много недостатков. Исключение данных недостатков является главной задачей настоящего дипломного проекта.
2 Влияние механического воздействия поверхностно активного моющего вещества на свойства поверхности
Изготовление, хранение и эксплуатация пар трения совершаются в средах, содержащих смазочный материал, воду, воздух, каждая из которых представляет собой, отнюдь, не однородную систему и содержат не скомпенсированные положительные и отрицательные заряды. В жидкостях и газах могут находиться молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ). К ним относятся, например, органические вещества, имеющие полярные группы ОН, СООН и NH2, хорошо растворимые в воде, и неполярные группы – состоящие из углеродных цепей типа СН2, не смачивающиеся водой (рис.1). Примером жидкости, содержащей гидрозоли и ПАВ, является современный смазочный материал.
СН2
СН2
СН2
СН2
СН2
ОН
Рисунок 2.1- Структурная схема молекулы поверхностно-активного вещества
Наличие не скомпенсированных молекулярных связей на границе раздела фаз, а также внутри материала создает условия для поглощения твердыми и жидкими телами молекул частиц из прилегающих к ним сред (газов и жидкостей). В общем случае процесс поглощения инородных атомов и молекул жидкими и твердыми веществами получил название сорбции. Сорбция включает процесс адсорбции – процесс, происходящий на границе раздела (таких как, например,
твердое тело – газ, твердое тело – жидкость и жидкость – газ). Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом, а поглощенное из прилегающего объема вещество – адсорбатом. Молекул адсорбата, приближаясь из объема газа или раствора к поверхности раздела фаз, испытывают притяжение о стороны этой поверхности. При соприкосновении с ней притяжение приближающихся молекул уравновешивается силами отталкивания, возникающими между молекулами и частицами, составляющими раздел фаз. Таким образом, поверхность адсорбента постепенно покрывается адсорбированным слоем молекул адсорбата. Пропорционально заполнению молекулами адсорбата поверхности и уменьшению ее свободной поверхностной энергии выделяется теплота адсорбции. Она зависит от природы и строениия молекул адсорбата и их ориентации у поверхности, а также от природы и структуры поверхности.
Процесс, обратный адсорбции, получил название десорбции. Для его проведения требуется подведение извне энергии пропорциональной теплоте адсорбции.
Различают два вида адсорбции:
физическую – обратимую, обусловленную действием относительно слабых Ван-дер-Ваальсовых сил;
хемосорбцию – необратимую, обусловленную проявлением достаточно больших по величине химических связей (валентных сил).
Теплота физической адсорбции бывает близкой к 4…24 кДж/моль для простых молекул и 40…80 кДж/моль – для больших молекул. При хемосорбции она составляет 40…400 кДж/моль.
Поверхность твердого тела имеет разную удельную поверхностную энергию (гетерогенную), поэтому не все участки поверхности обладают одинаковыми адсорбционными свойствами. Кроме того, различные микродефекты поверхности обладают значительно большей способностью к адсорбированию, чем гладкие участки. Их называют обычно активными центрами.
Рисунок 2. 2 - Изотермы мономолекулярной адсорбции на однородной поверхности:
1 - сильная адсорбция; 2 - слабая адсорбция;
3 - промежуточный слой; константы равновесия
k1 >k3 > k2
Оценить интегральное заполнение поверхности молекулами адсорбата позволяют изотермы адсорбции – графические зависимости качества адсорбированных молекул на плоской поверхности твердого тела от равновесного давления газа (или равномерной концентрации растора) при постоянной температуре (рисунок 2.2). В зависимости от интенсивности силового поля на поверхности адсорбента и при различных внешних условиях могут образовываться адсорбционные слои в одну (молекулярная адсорбция), две, три или несколько молекул (полимолекулярная адсорбция). Простейшим уравнением изотермы молекулярной адсорбции является уравнение Ленгмюра для адсорюции на однородной поверхности:
Θ; р; (1)
где q=a/am – степень заполнения поверхности;
а - адсорбция;
ат - предельная величи на адсорбции в плотном монослое;
р - давле ние адсорбата;
к - константа равновесия взаи модействия адсорбат - адсорбент, во многом зависящая от свойств и состояния поверхности адсорбента, например, свободной поверхност ной энергии, характеризующейся углом смачи вания ее адсорбентом.
Адсорбционный процесс на поверхности раздела происходит с очень большой скоро стью, измеряемой долями секунды, и только в пористых телах он завершается за 1 мин. Хе-мосорбция определяется как скоростью проте кания химической реакции, так и диффузией вещества через окисленный слой, поэтому ско рость процесса хемосорбции колеблется в очень широких пределах. В ряде случаев коли чество адсорбированного вещества оценивают по массе адсорбата, отнесенной к единице по верхности адсорбента.
При контактировании твердых пористых тел часто необходимо учитывать количество влаги, которое сконденсировано в этих порах. Для этого обычно используется уравнение Ду бинина - Радушкевича, которое имеет вид
(2)
где R - универсальная газовая постоянная;
– температура, К;
ps - давление насыщен ных паров адсорбата;
pg - парциальное дав ление адсорбата; k = V/Vбен ;
V - мольный объем жидкого адсорбата;
Vбен - мольный объем жидкого бензола; А=12/х;
х -по луширина поры.
Это уравнение может быть использовано также для оценки количества жидкого смазоч ного материала в твердых пористых телах при трении.
Для твердых тел (жидкостей) свойствен на внутренняя сорбция (атомов, ионов, моле кул), протекающая на внутренних поверхно стях твердых тел (на границах зерен и дефек тов его структуры, обладающих свободной поверхностной энергией) и т.п. Возможен про цесс внутреннего поглощения веществ в газах, жидкостях и твердых телах (абсорбция). Жид кость или твердое тело, поглощающее газ или растворенное вещество, называют абсорбатом. Этот процесс обусловлен как диффузией абсорбатов в абсорбентах, так и процессами их растворения.
Порой поглощение абсорбата может ос ложняться протекающими хемосорбционными процессами в самом абсорбенте. Они во мно гом связаны с градиентами и абсолютными значениями температур, реализуемыми в зоне трения на микро- и макроуровнях, свойствами материалов и режимами их нагружения.
Кристаллическое состояние металлов термодинамически является неустойчивым и постепенно стремится перейти в более устой чивое аморфное (ионное) состояние. Этому процессу способствуют адсорбированные мо лекулы газов и паров и появление на наиболее активных участках поверхностей твердых тел молекул кислорода, воды, растворов электро литов и поверхностно-активных веществ. Тем самым на границе раздела фаз, например металл - окружающая среда создаются условия для возникновения химических процессов, приводящих к разрушению металла Процесс самопроизвольного разрушения металлических материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой по учил название коррозии металлов. Коррозия металлов в основном характеризуется его окислением.
По механизму процесс окисления металлов делят на химический и электрохимиче ский.
Химический тип окисления и восста новления окислительного компонента, кор розионной среды происходит в одном акте. В этом случае окислитель, например адсорбиро ванный атом кислорода О (адс), отнимает у металла находящегося в твердом состоянии Me (T), валентные электроны и одновременно вступает с ним в химическое взаимодействие типа
(3)
В результате этого на поверхности ме талла образуется слой нового материала (чаще всего оксида), который обычно значительно отличается по свойствам от исходного металла.
Электрохимический тип окисления металлов обусловлен переносом ионов метал ла под действием электрохимического поля, источником которого могут быть как внешние поля, так и контактная разность потенциалов, имеющаяся на поверхности твердого тела обу словленная, например, включением инородных атомов и аномалиями в структуре основного материала. Непременным условием для этого типа окисления металлов должно быть наличие электропроводящей среды (например, обра зующейся из сконденсированной влаги и осевших в нее аэрозолей и гидрозолей из ок ружающей среды).
Рост оксидных пленок на металлах обыч но начинается очень быстро и постепенно с нарастанием толщины h слоя оксида и за труднением подвода кислорода к металлу за медляется (рисунок 2.3)
Рисунок 2.3 - Динамика роста толщины h оксидной пленки на поверхности металла за время t
Рисунок 2.4 - Оксидные пленки на металлах:
а - внутренние напряжения, возникающие при росте оксидной пленки; б - типы разрушения оксидных пленок
Пленки оксида обычно различают по толшине: от 0,1 до 40 нм - тонкие; от 40 до 500 нм - средние (дающие цвет побежалости); свыше 500 нм - толстые (видимые).
На чистых поверхностях углеродистых сталей, покрытых слоем воды, толстые пленки оксида становятся заметными на глаз уже через 20...40 мин. На тех же металлах, но покрытых слоем органики, коррозионные процессы су щественно замедляются.
На прочность соединения оксидных пле нок с металлом, их сплошность и изменение микрорельефа поверхностных слоев твердых тел оказывают толщина образующихся слоев и плотность оксида. На сплошность оксидных пленок большое влияние оказывает соотноше ние между объемом оксида Vок , возникающе го из металла и кислорода, и объемом металла Умe, израсходованного на его образование.
Если Vок ~ Vме. например, у таких бла городных металлов, как серебро, золото и пла тина, то на их поверхности образуются плот ные и прочно удерживающиеся оксидные пленки, во многом тормозящие дальнейшее окисление металла.
Если Vок < Vме, то в поверхностных ок сидных слоях возникают сильные растягива ющие напряжения и слой разрывается (рис. 4, а).
Если Vок > Vме, то в поверхностных слоях возникают сжимающие силы, величина которых возрастает прямо пропорционально толщине пленки оксида. Под действием этих сил может происходить вспучивание, а также разрушение слоя оксида. Наиболее характерные типы разрушения поверхностных оксид ных слоев представлены на рисунке 2.4, б.
Образующиеся на поверхностях твердых тел оксидные слои приводят к существенному (в 10 и более раз) уменьшению сил межмоле кулярного взаимодействия между телами. Именно поэтому эффективность ряда смазоч ных материалов может резко ухудшаться, ко гда они начинают работать в средах, в которых отсутствует кислород.
Помимо кислорода на свойства поверх ности металлов сильное химическое воздейст вие может оказать водород. Так, химическое сродство водорода к углероду может привести, например, к восстановлению карбидных фаз сталей. При высоком давлении водорода и температуре 200...600 °С создаются благопри ятные термодинамические условия реакций диссоциации цементита и обезуглероживания стали:
Fe3C = 3Fe + С + (24,3 ± 2,01) кДж;
С + 2Н2 =СН4+(75,42±0,84) кДж;
в общем случае
Fe3C + 2H2 =3Fe + CH4.
Разложение цементита водородом при атмосферном давлении в сталях может проис ходить и при температуре 300 °С. Этот процесс идет с уменьшением объема, что приводит к дополнительным напряжениям на границах зерен. Толщина слоя, подвергающегося обез углероживанию и существенно меняющего свои свойства, уменьшается с увеличением содержания углерода в сплаве. Так, при содержании 1 % углерода толщина слоя, в котором мог наблюдаться этот процесс, достигала 1.5 мм. а при содержании 4 % углерода она уменьшилась до 1 мм.
Помимо металлов коррозионному и хи мическому воздействию подвергаются поверх ности других материалов (порошковых, компо зиционных, стекла, полимеров и др.).
2.3 Физические механизмы
Поверхностно-активные вещества -вещества, способные концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать поверхно стное (межфазнос) натяжение. ПАВ по отно шению к конкретным материалам могут быть твердыми, жидкими и газообразными как, на пример, ртуть по отношению к цинку, жидкая медь к стали, вода к стеклу.
Адсорбционные слои ПАВ приводят к тому, что, например, поверхностный слой жид кости покрывается молекулами других ве ществ, которые обладают своей поверхностной энергией и поверхностным натяжением (рисунок 2.5). Даже небольшое количество ПАВ оказывается способны существенно воздейст вовать на свойства жидкости.
Находящиеся в объеме жидкости молеку лы ПАВ активно высаживаются на поверхно сти сосуда, в котором находится жидкость, и на поверхности гидрозолей и частиц износа и образуют на них электрические поля одного знака. В результате частицы, электрические поля которых притягивали их к стенкам сосу да, после появления на их поверхности моле кул ПАВ начинают отталкиваться друг от дру га. На этом основан, например, эффект мою щего действия молекул ПАВ. а также эффект стабилизации гидрозолей за счет появления сил, препятствующих их слипанию (коагуля ции) и выпадению в осадок (седиментации). Этот эффект используется при разработке сма зочных материалов.
Опыты на серебре (рисунок 2.6) показали, что до момента образования на поверхности трения мономолекулярного слоя воды (h = 3 А ) коэффициент статического трения может оставаться достаточно высоким и неиз менным (fт = 0,8). В момент образования на поверхностях трения монослоя жидкости он резко падает до fТ = 0,42, и последующее увеличение слоя воды на него не влияет.
Рисунок 2.6 - Схема изменения свойств поверхности частиц гидрозолей в жидкости и моющий эффект за счет введения молекул ПАВ:
а- до введения ПАВ; б - после введения ПАВ
Рисунок 2.7 - Изменение (на серебре) коэффициент статического трения fT и толщины h адсорбированного слоя молекул воды (в ангстремах) в зависимости от упругости водяного пара p/ps.
Рисунок 2.8 - Зависимость коэффициента трения fт
от характера ориентации поверхностно-активных молекул на поверхности пар трения (h - концентрация ПАВ в нейтральной окружающей среде)
На уровень статического трения твердых тел важное влияние оказывает характер ориен тации поверхностно-активных молекул на по верхности твердого
тела (рисунок 2.8). Наиболь ший коэффициент трения покоя /т имеет ме сто на поверхностях, свободных от адсорбиро ванных полярных молекул (фаза 0).
По мере заполнения поверхности моле кулами ПАВ трение между твердыми телами падает и становится минимальным, когда мо лекулы плотно упакованы в лежачем положении на поверхностях трения (фаза I). При по следующем увеличении концентрации n ПАВ часть молекул поднимается, а часть продолжа ет лежать на поверхностях трения (фаза II). В этом случае трение между телами увеличива ется.
При последующем увеличении концен трации молекул n они выстраиваются плотно вертикально (фаза III) и коэффициент трения вновь снижается до минимума. Он не меняется и в случае, когда молекулы выстраиваются во второй ряд (фаза IV) и образуют последующие полимолекулярные слои. Характерным являет ся то, что наименьшее трение наблюдается лишь в том случае, когда на поверхностях пар трения образовывались слои с плоскостями легкого скольжения, направленными вдоль действующей внешней силы (фазы I, III и IV).
ПАВ, адсорбированные на поверхность твердого тела, оказываются способными суще ственно изменять характер ее смачивания жид костью (рисунок 2.9) гидрофилируя или гидро-фобируя ее. Следует обратить внимание на то, что для достижения желаемого эффекта необ ходимо тщательно подбирать к свойствам под ложки и жидкости определенные ПАВ с харак терными для них свойствами. Используя их, можно направленно управлять капиллярными эффектами в смазочных системах, фильтраци ей веществ и др.
Особое место среди физических методов воздействия на свойства взаимодействующих тел занимает адсорбционное понижение проч ности твердых тел, подробно изложенное выше и получившее название эффекта Рвбиндера. В основе его лежит понижение свободной по верхностной энергии S как на внешней по верхности твердого тела, так и на внутренних поверхностях, возникающих и
развивающихся в процессе деформации по дефектам структуры или в результате скопления дислокаций.
Рисунок 2.9 - Изменение характера смачивания поверхности твердого тела в зависимости от выбранного ПАВ, определяющего ее состояние:
/ - исходная поверхность; // - гидрофобная поверхность; /// - гидрофильная поверхность; Θ3< Θ1< Θ 2
Понижение прочности, вызванное уменьшением напряжения а на внешней по верхности тела, обусловливает обширную группу явлений, связанных с пластифицирова нием твердого тела в процессе его деформации, т.е. со снижением предела его текучести (рисунки 2.10 и 2.11).
Известно, что наиболее неблагоприятны ми для разрушения твердых тел являются рас тягивающие силы. При наличии крупной поры (или подреза) поверхности при наложении растягивающих сил Т максимум напряжений сосредотачивается вблизи устья поры. Если энергия, создаваемая растягивающими силами, превосходит энергию связи между атомами твердого тела то трещина быстро растет и приводит к резкому снижению прочности и разрушению твердого тела.
Рисунок 2.10 - Диаграмма растяжения монокристалла олова в координатах напряжение σр- относительная деформация ε:
1 - в неактивной среде (вазелиновое масло или воздух); 2 - в активной среде (вазелиновое масло + 0,2 % олеиновой кислоты)
Рисунок 2.11 - Диаграмма растяжения монокристалла цинка в координатах напряжение σр -относительная деформация Z:
I - чистый монокристалл; 2 - монокристалл, покрытый тонким слоем ртути
Иное дело обстоит с мелкими порами. При обработке твердого тела под действием сил трения, окислительных процессов и межкристаллитной коррозии в его поверхностном слое образуется множест во разветвленных мелких пор с выходом на поверхность. Их моделью может быть клино вая пора глубиной h .
По глубине поры можно выделить два принципиально отличных участка:
верхний h1, на котором поля свободной поверхностной энергии одной стороны поры и другой не перекрываются, а силы молекуляр ного притяжения между ними не проявляются; нижний h2, на котором молекулярные поля одной и другой стороны поры перекры ваются, и в результате этого между противо лежащими стенками поры на этих ее участках проявляют сжимающие действия силы молекулярного притяже ния, постепенно возрастающие ближе к устью поры.
В общем случае интегральную величину сжимающей эту часть поры силы F2 можно представить как:
; (4)
где b - ширина поры ;
σсв - удельная свободная поверхност ная энергия твердого тела.
В этом случае в устье пор при тех же рас тягивающих твердое тело силах T1 и под дей ствием сжимающих сил T2 результирующая сила приложенная к участку h2, снижается.
Это приводит к существенному уменьшению напряжения в объеме устья поры. В этом слу чае тонкая трещина не развивается, и деталь при этих нагрузках не разрушается.
В случае проникновения в полость поры ПАВ они «садятся» на участки поверхности поры и преимущественно замыкают на себя ранее некомпенсированные электрические поля твердого тела тем самым, исключая или существенно снижая действующую сжимающую силу Т2, которая действует между противоле жащими участками поверхности поры. Напря жения, создаваемые в устье поры от тех же внешних сил F1, могут разрушить связи
между элементами кристаллической решетки твердого тела и трещина разовьется в глубь тела вследствие чего произойдет пластифицирова ние его поверхностного слоя.
Механизм пластифицирования заключа ется в облегчении выхода дислокаций на внешнюю поверхность в результате снижения энергетического барьера связанного с образо ванием новой поверхности, а также в повыше нии активности поверхностных источников дислокаций, имеющих одну точку закрепления.
Рисунок 2.12 - Внешняя ( Аа = аb) и внутренняя Aвн поверхности твердого тела
Рисунок 2.13 - Модель микротрещины на поверхности твердого тела и эпюра распределения растягивающих напряжений вблизи устья микротрещины:
1 - без ПАВ; 2-е ПАВ; 3 - допустимое напряжение на разрыв
Известно, что пластинка цинка легко многократно изгибается и не ломается. Однако если на эту поверхность, предварительно за чищенную от оксидов, капнуть ртуть, являю щуюся ПАВ по отношению к цинку, то при незначительных внешних изгибающих воздей ствиях она хрупко ломается на части.
При дозированном введении ПАВ можно добиться условий, когда легко станет разру шаться только поверхностный слой твердого тела что означает снижение затрат энергии на разрушение и деформацию тел. Это получило широкое распространение в мировой техниче ской практике.
2.4 Адгезия и когезия контактирующих тел
Наличие некомпенсированных молеку лярных сил на границе раздела фаз твердое тело - газ, твердое тело - жид кость, жидкость - газ обусловливает появление дополнительных сил притяжения (прилипания) между соприкасающимися телами. Образова ние молекулярной связи, нормальной к по верхности раздела тел, между поверхностями, соприкасающихся твердых или жидких тел (фаз), получило название адгезии. Обычно уро вень адгезии оценивают по силе отрыва одного тела от другого или по удельной адгезии, пред ставляющей отношение силы отрыва к площади отрыва (адгезионного шва) [I. 2, 9, II, 14, 16].
Термодинамической характеристикой ад гезии является убыль свободной энергии на 1см2 поверхности адгезионного шва в изотер мическом обратимом процессе. В общем слу чае работа адгезии (обратимого адгезионного отрыва).
; (5)
где σ12- поверхностное натяжение на грани це фаз 1 и 2, между которыми реализуется ад гезионное взаимодействие;
σ10 и σ20 - по верхностное натяжение каждой из фаз 1 и 2 с окружающей средой (воздухом).
Адгезия твердых тел в атмосферных ус ловиях обычно бывает небольшой, поскольку площади истинного контакта и участков по верхности, находящейся в поле действия моле кулярных сил. бывают незначительными и в реальных условиях оказываются покрытыми адсорбционными слоями. Предельные значе ния адгезии наблюдаются при горячей сварке, пайке, лужении и склеивании поверхностей, когда площадь истинного контактирования тел существенно увеличивается и десорбируются ранее находящиеся там поверхностные слои. Предельная адгезия возникает также при со прикосновении ювенильно чистых твердых тел в пластическом и эластичном состоянии, а также при образовании новой твердой фазы на поверхностях контактирующих тел.
Если соприкасающиеся тела одинаковы, то адгезия при полном их соприкосновении переходит в когезию (сцепление), которая ха рактеризует прочность тел - силу сцепления между молекулами, атомами или ионами веще ства в данном теле. Она во многом отражает особенность строения конкретного тела. По характеру разлома шва между телами часто сулят о характере молекулярного взаимодей ствия, существовавшего между ними. Если разрыв происходит по границе раздела между телами, то была адгезионная связь. Если раз рыв происходит по объему одного из тел. то это разрыв когезионной связи. Этот случай наблюдается в условиях, когда адгезионная связь оказывается прочнее когезионной связи более слабого материала. Примерами когезионного разрушения материалов бывают встре чающиеся задиры и. питтинговые повреждения пар трения.
2.5 Механохимические процессы при трении твердых тел
Высокие контактные сжимающие и рас тягивающие напряжения, концентраторы тем пературы, движение дислокаций, развитие внутренних и поверхностных дефектов, а так же образование свежих поверхностей сущест венно меняют химическую активность поверх ностей и связанных с этим явлений. Как пока зал в своих работах Т.Е. Лазарев, в узлах тре ния значительно возрастают скорости окисле ния материалов, электрохимических процес сов, термодиффузионных и др. Достаточно сказать, что в 20...30 раз ускоряется коррозия металлов. Значительно возрастает эффектив ность адсорбционного понижения прочности металлов. Учитывая это, разрабатываются спе циальные методы регулирования фрикционных свойств поверхностей трения.
Механохимические процессы при трении существенно влияют на физико-химическую механику (терминология ПА. Ребиндера) тре ния и износа и поэтому значительно изменяют процессы взаимодействия, изменения и разру шения (триада И.В. Крагельского), которые являются сущностью внешнего трения.
Большой интерес в этом направлении представляют работы А. Жервэ по трибомутации поверхностных и приповерхностных слоев материалов пары трения, особенно в период приработки, что, например, крайне важно для оптимизации состава материалов в цилиндропоршневой группе двигателей внутреннего сгорания.
2.6 Явление переноса
Явления, характеризующиеся общностью закономерностей протекающих процессов по переносу массы, количества движения и энер гии, получили название явлений переноса. Явления переноса в газах изучаются с помо щью кинетической теории газов, кинематиче ского уравнения Больцмана, в металлах - с помощью кинетической энергии электронов в металле, а переноса энергии в непроводящих кристаллах - с помощью кинетического урав нения для фононов
решетки. Общую феменологическую теорию явлений переноса, приме нимую к произвольной системе (газообразной, жидкой или твердой), дает термодинамика необратимых процессов. Из нее следует, что наиболее быстро при сравнимых условиях яв ления переноса протекают в газах, медленнее -в жидкостях и еще медленнее - в твердых те лах.
Диффузия - явление, связанное с посте пенным распространением в газе массы при месных молекул. Поток молекул примеси j, диффундирующих через единицу площади за единицу времени, прямо пропорционален гра диенту концентрации:
(6)
= (7)
где n1 и n2 - при месных молекул на расстоянии удвоенной длины среднего пробега молекул;
D - коэф фициент диффузии, численно равный потоку молекул, проходящих через единицу площади за единицу времени при градиенте концентра ции, равном единице.
Знак минус в этом уравнении указывает на направление перемещения примесных мо лекул в сторону уменьшения их концентрации.
Вязкость газа (внутреннее трение моле кул при ламинарном течении) связана с сопро тивлением относительному смешению слоев газа (жидкости), которое обусловлено перено сом молекулами от слоя к слою количества их движения. Это явление наблюдается, напри мер, при плоскопараллельном относительном смещении гладких твердых тел, удаленных друг от друга на некоторое расстояние в среде газа (жидкости). В этом случае закон И. Нью тона (1687 г.) гласит: сила внутреннего трения FT, возникающая в газе, прямо пропорцио нальна
коэффициенту внутреннего трения иди динамической вязкости ηГ и градиенту скорости :
(8)
Знак минус указывает на то, что сила трения направлена в сторону, обратную смещению слоев газа (жидкости).
Теплопроводность - явление, связанное с передачей энергии от более нагретых к менее нагретым молекулам. Поток количества тепло ты, проходящий через единицу площади в еди ницу времени, прямо пропорционален коэффи циенту теплопроводности λг и градиенту температуры :
; (9)
Знак минус указывает на то, что теплота рас пространяется от более нагретого к менее на гретому слою газовых молекул.
Теплоемкость молекул газа при посто янном объеме, кДж/(кмоль-К). определяется приращением количества теплоты dQ. необ ходимой системе для повышения ее темпера туры d на 1 К:
; (10)
На теплоемкость молекул газа оказывает влияние количество поступательного и враща тельного движения i:
; (11)
где R - универсальная газовая постоянная.
Между теплоемкостью идеального газа при постоянном объеме cV и теплоемкостьюпри постоянном давлении ср уравнением Майера устанавливается связь вида
(12)
или
(13)
В этом случае коэффициент Пуассона
; (14)
Численные значения этих величин приве дены в табл. 3.3.
Для решения ряда технических задач важной является зависимость динамической вязкости жидкости от температуры :
; (15)
где А - множитель, характерный для опреде ленной жидкости, в малой степени зависящий от температуры ;
W - энергия активации, необходимая для перемещения молекулы из одного положения в другое;
к - постоянная Больцмана.
2.7 Взаимодействие жидкости и твердого тела. Угол смачивания и капиллярные явления
Многие процессы, протекающие во фрикционном контакте и определяющие уро вень трения и износа узлов трения, зависят оттого, как смачивает жидкость (смазочный материал или вода) поверхность трения. При плохом смачивании пар трения смазочный материал подчас не попадает в зону трения, на поверхностях трения не образуются необходи мые защитные слои, нарушаются тепловой режим трения и ряд других процессов. О ха рактере смачивания твердых поверхностей чаще всего судят по углу смачивания Θ (рисунок 2.14, а), который определяется как результат сложения векторов сил поверхностного натя жения на границах раздела фаз: σ12 твердое тело - жидкость, σ23 жидкость - газ и σ13 твердое тело - газ. Когда результирующая этих векторов становится равной нулю, система приобретает устойчивое состояние.
Угол смачивания Θ в этом случае опреде ляется как угол между касательной к поверх ности жидкости в точке касания ее с твердым телом, проведенной через слой жидкости. При Θ<π/2 (рисунок 2.14, а) считается, что поверх ность твердого тела гидрофильная (хорошо смачивается жидкостью), а при углах Θ > π/2 (рисунок 2.14, 6) - поверхность гидрофобная (пло хо смачивается жидкостью). Угол Θ является очень чувствительным к свойствам и состоя нию поверхности как твердого тела, так и жид кости. Например, по углу смачивания чистой водой поверхности твердого тела можно с большой достоверностью судить о процессах, происходящих на поверхности твердого тела (например, степени ее окисления, загрязненно сти и т.п.).
Угол смачивания поверхности твердого тела жидкостью во многом определяет процес сы, происходящие в капиллярах. При малых углах смачивания Θ в капиллярах (с гидро фильной поверхностью) образуются вогнутые мениски, под которыми в жидкости (рисунок 2.15) создается отрицательное избыточное давление Δр (разрежение):
где L - коэффициент поверхностного натяже ния;
R - радиус кривизны мениска.
Это отрицательное давление приводит к подъему столба жидкости под действием силы pgh и уравновешивается:
(17)
где р - плотность жидкости;
h1 - высота подъема жидкости.
Рисунок 2.14 - Характер смачивания поверхности твердого теля:
а- гидрофильной; б - гидрофобной; 1 - твердое тело; 2 - жидкость; 3 –газ
Рисунок 2.15 - Капиллярные эффекты в цилиндрических капиллярах, по-разному
смачивающихся жидкостью:
1 - внутренняя поверхность трубки гидрофильна; 2 - внутренняя поверхность трубки гидрофобна
С увеличением коэффициента поверхно стного натяжения и уменьшением радиуса ка пилляра, плотности жидкости и угла смачива ния высота подъема столба жидкости возраста ет. Наблюдается также обратный эффект. Этот факт изменения степени подъема жидкости широко используется при выборе фитилей для подвода смазочного материала к зоне трения.
Аналогичным образом можно показать, что при гидрофобных внутренних поверхно стях капилляров мениск жидкости будет созда вать избыточное положительное давление, и столб жидкости в капилляре окажется ниже уровня поверхности жидкости в сосуде на вы соту, равную h2. Этот факт широко использу ется в случаях, например, когда необходимо создать пористую преграду, препятствующую прохождению жидкости, или получить ткань, отталкивающую воду.
Рисунок 2.16 - Модель поверхностного слоя запыленных твердых тел:
1 - твердое тело; 2 - частицы износа, 3- мениски жидкости (адсорбированной из воздуха);
h - приведенная толщина слоя, h = 10… 20 мкм, d- средний диаметр частиц, близкий к долям микрона
Изогнутые мениски жидкости оказывают влияние на характер взаимодействия между мелкими частицами износа и такими же части цами, лежащими на поверхностях твердых тел. достигая сжимающих сил между частицами, эквивалентных давлению 20 МПа и более (рисунок 2.16). Например, на одном и том же месте за пыленной поверхности дорожки катания же лезнодорожного рельса только за счет образо вания мономолекулярных, полимолекулярных слоев и манжет жидкости в местах контакта частиц коэффициент трения между запылен ными телами может меняться от 0,2 до 0.5. Поверхностный слой из твердых мелких час тиц износа может менять свои механические свойства только от количества находящейся в нем влаги, от характерных для твердых тел. минуя свойства пастообразных тел, вплоть до жидкости (сильно разбавленных коллоидных растворов).
3 Основные особенности и свойства внедряемого моющего средства
3.1 Введение
В качестве моющего средства для подвижного состава в данном дипломе предлагается средство на основе щелочи - CHRISAL.
Технологии очистки CHRISAL относятся к профессиональным, а сами продукты представляют собой экологически безопасные очистители на водной основе, принцип действия которых заключается в физическом отделении загрязнений от поверхности без образования химических соединений.
Известно, что применение очистителей растворяющего типа, как правило, сопряжено с целым рядом проблем и неудобств. К тому же наиболее сильные растворители вредны или даже опасны, как для человека, так и для окружающей среды и могут портить очищаемую поверхность. Наши отделители загрязнений лишены многих недостатков, присущих традиционным растворителям и способны заменить практически любой из них.
Исключительность технологий и продуктов CHRISAL подтверждена сертификатами Европы, США, России и широтой их применения: атомная промышленность, металлургия, электроника, машиностроение, автомобильная и ювелирная промышленность, авиация, пищевая и фармацевтическая промышленность, городское хозяйство, строительство, клининг, бытовая химия.
3.2 Профессиональные технологии и продукты “CHRISAL”
3.2.1 Основные свойства продуктов:
Основа продуктов “CHRISAL”:
Особая комбинация поверхностно-активных веществ в продуктах CHRISAL в сочетании с рядом специальных и стандартных составляющих и добавок делает их очень эффективными, позволяя легко устранять самые различные загрязнения.
Поверхностно-активные вещества делают воду более текучей, позволяя, тем самым, нашим продуктам быстро проникать под слой загрязнений. Молекулы поверхностно-активных веществ окружают микрочастицы масел, отделяя их друг от друга и способствуя обезжириванию. Катионная составляющая поверхностно-активных веществ в сочетании с ингибиторами придает продуктам CHRISAL антистатические и антикоррозионные свойства, а также усиливает обезжиривающую активность.
Уровень РН:
Продукты CHRISAL имеют значение РН от 10,5 (для 1%-ного раствора) до 13,5 (для концентрата), поэтому даже 1% - 5% -ные растворы чистят и обезжиривают очень хорошо. Вещества с таким уровнем РН обычно бывают очень агрессивными, однако продукты CHRISAL - исключение из правил. Они абсолютно безопасны для любых материалов, не вызывают коррозии и травления металлов, совершенно безопасны для человека, не загрязняют окружающую среду.
Технология очистки и обезжиривания:
При проведении процесса очистки следует помнить, что для достижения нужного результата необходимо очень точно соблюдать технологию, учитывая, прежде всего:
Используемый продукт
Из всего спектра продуктов следует выбрать один под конкретную задачу очистки. Продукт тщательно подбирается под объект очистки: учитываются вид и степень загрязнения, материал, степень шероховатости, состояние и расположение поверхности, ряд других параметров.
Способ нанесения рабочего состава
Крайне важно найти и обеспечить оптимальный способ и режим контакта рабочего состава с объектом очистки. Это может, например, быть аэрозольное распыление или разбрызгивание, использование пеногенераторов, нанесение валиком или губкой при ручной очистке, окунание в ванну обезжиривания или что-то иное. Наш опыт позволит дать вам все необходимые в таких случаях рекомендации.
Время воздействия рабочего состава
Продолжительность процесса очистки определяется материалом и состоянием поверхности, видом и характером загрязнений. Например, чем толще и прочнее слой
загрязнений, тем дольше должен воздействовать очиститель. В некоторых случаях процесс протекает быстро (например, когда нужно устранить никотиновое отложение), а иногда - медленнее (при устранении графитовой смазки). Обычно время воздействия составляет от нескольких секунд до нескольких минут и редко – больше.
Механическое воздействие
Чем сильнее загрязнение, тем больше возникает необходимость в механическом воздействии. Таким воздействием может быть или воздействие колебаний ультразвуковой частоты в УЗВ ваннах, или барботаж, или вибрация, или ручная обработка специальными приспособлениями: щетками определенной жесткости, скребками, струей воды или воздуха под давлением или чем-то другим.
Способ удаления загрязнений
Поскольку все наши продукты не вступают в химическое взаимодействие ни с объектом очистки, ни с загрязнениями, то весьма ответственной является стадия их удаления, позволяющая в целом ряде случаев использовать рабочие составы неоднократно. Способ удаления (в том числе способ сбора продукта вместе с загрязнениями) в значительной степени определяется конкретным объектом очистки. Может использоваться струя воды или воздуха под давлением, впитывающая влагу ткань.
Удаление статических загрязнений:
При взаимодействии с электростатическим зарядом очищаемой поверхности наши продукты уничтожают его, тем самым активно отделяя загрязнения, и препятствуя дальнейшему накоплению грязи и пыли. Так, например специально был разработан продукт ACSG, сертифицированный для применения в авиации. Нанеся его на фюзеляж воздушного судна, выждав примерно 10 минут, а затем смыв водой, можно удалить более 85% статических загрязнений.
Отсутствие собственного запаха:
Большинство продуктов CHRISAL практически не имеет запаха. Допускается появление слабого запаха при нагревании продукта, но он имеет свежий оттенок и не является раздражителем.
Применимость в очистительных системах:
Продукты CHRISAL универсальны не только по отношению к задаче очистки, но и в смысле способа применения: они могут использоваться как для очистки вручную, так и в большинстве промышленных очистительных систем и устройств. К таким устройствам, например, можно отнести:
ультразвуковые, вибрационные, барботажные и другие ванны обезжиривания;
туннельные устройства различного типа для мойки изделий, деталей;
системы для очистки под высоким и низким давлением.
3.2.2 Безопасность продуктов “CHRISAL”
Не вызывают коррозии:
Моющие составы, имеющие уровень pH, столь же высокий, как у продуктов CHRISAL, обычно агрессивно воздействуют на металлы. Независимые испытания целого ряда российских и европейских предприятий подтвердили, что подавляющее большинство металлов не коррозирует даже при взаимодействии с нашими продуктами-концентратами. Рабочие составы вообще не вызывают ни коррозии, ни травления металлов. Кроме того, продукты CHRISAL индифферентны к любым другим материалам.
Безопасны для глаз, дыхательных путей, кожи и одежды:
При контакте продуктов CHRISAL с кожей происходит всего лишь ее обезжиривание - просто ощущается сухость. Что же касается попадания продуктов CHRISAL в глаза, то они вызывают раздражение не больше, чем обычное мыло. Эти продукты позволяют персоналу реально обходиться без защитных средств.
Тем не менее, при работе с продуктами CHRISAL необходимо пользоваться средствами защиты кожи и глаз. Это делается в соответствии с законом, так как формально всегда следует использовать защитные средства при работе с очистителями любого типа.
Нетоксичны:
Из Европейских сертификатов следует, что токсичность всех продуктов CHRISAL соответствует 4-му, самому низкому классу опасности.
3.2.3 Экология и продукты “CHRISAL”
Биоразлагаемость:
Европейские нормативные документы утверждают, что продукт считается биоразлагающимся, если предельный уровень биодеградации (его биоразложение до невредных элементов, естественно находящихся в окружающей среде) превышает 80%. Продукты “CHRISAL” разлагаются на 85% за 28 дней, т.е. на уровне глюкозы, а затем разлагаются полностью.
Отсутствие фосфатов:
Во многие моющие средства для повышения активности добавляют фосфаты. Известно, что фосфаты наносят вред окружающей среде. Продукты “CHRISAL” не содержат фосфатов.
Рециркуляция:
В отработанных рабочих составах со временем происходит естественное расслоение загрязнений по удельному весу. Этот процесс можно ускорить и интенсифицировать путем сепарации или фильтрации, а продукты CHRISAL могут быть использованы многократно, что позволяет значительно сократить расходы.
Стабильность свойств:
Рабочие составы “CHRISAL” длительное время остаются пригодными к употреблению, поскольку органические растворители летучи, а наши отделители загрязнений быстро испаряются только при высокой температуре и даже в этом случае 80% испарившегося вещества составляет вода, а не обезжириватель.
Дополнительное преимущество продуктов CHRISAL состоит в том, что их свойства высоко стабильны, тогда как качество растворителей сильно ухудшается по мере насыщения загрязнениями. Продукты “CHRISAL” не имеют свойства химического насыщения.
Моечный комплекс, разрабатываемый в настоящем дипломном проекте имеет существенное преимущество перед моечными машинами, используемыми для подвижного состава в настоящее время.
Данный комплекс представляет из себя помещение проходного типа с габаритами 90х12х9 м. Большую часть этого помещения занимает моечная линия с расположенными в определенной последовательности технологическими порталами. Другой частью является отделение очистки и обезвреживания сточных вод, с необходимым для этого оборудованием. Также имеются помещения для вентиляционной системы, теплового центра, помещения электрощитовой, диспетчерской, подсобные помещения, санитарные узлы, а также помещения для временного хранения сухого остатка (шлама)перед его утилизацией.
Эксплуатационные режимы комплекса имеют ряд преимуществ:
- Весь процесс мойки полностью автоматизирован. Технологические процессы от поста оттайки до поста сушки осуществляются автоматической системой управления и контроля.
- Передвижение вагона по комплексу мойки осуществляется автоматическим протяжным устройством, работающим в единой системе управления.
- Все технологические порталы мойки и оттайки размещаются в галереях (тоннелях), что позволяет существенно сократить теплопотери и защитить строительные конструкции основного здания.
- Комплекс системы очистки и обезвреживания производит очистку сточных вод до чистоты, позволяющей сброс воды в городскую канализацию. Система фильтрации и очистки позволяет, практически 90 % очищенной воды, возвращать в систему оборота для повторного использования.
Технологические операции мойки вагона
Таблица №1
|
№ п/п |
Операция |
Способ |
Среда |
Температура, 0С |
Давление, МПа |
Примечание |
|
1. |
Оттайка. Первичная мойка. |
Разбрызгивание горячей воды |
Горячая вода |
+ 60 0С-вода |
0,5 |
- |
|
3 2. |
Мойка крыши вагона |
Обработка водой высокого давления |
Вода |
Окружающей среды 180С Вода 180С |
1,0-1,5 |
- |
|
33. |
Нанесение моющих растворов на кузов вагона |
Разбрызгивание |
Химический состав |
+30-500С |
0,5 |
- |
|
4 4. |
Очистка наружных стен кузова щетками |
Очистка щетками с обрызгиванием |
Вода |
Окружающей среды 180С |
0,5 |
- |
|
55. |
Ополаскивание кузова вагона чистой водой |
Разбрызгивание |
Чистая вода |
Окружающей среды 180С |
0,5 |
- |
|
5 6. |
Ополаскивание кузова вагона водой с воском |
Разбрызгивание |
Вода с воском |
Окружающей среды 180С Вода 180С |
0,5 |
- |
|
67. |
Сушка вагонов |
Обдув |
Воздух |
60 0С |
- |
- |
Как видно из таблицы №1 начальной операцией над вагонами, поступающими на моечную линию является первичная мойка и оттайка (в зимний период). Пост оттайки – это галерея, в которой под направленными потоками горячей воды от специальных систем происходит оттаивание снега и льда с поверхностей вагонов. Несущая конструкция портала оттайки представляет из себя определенное количество П-образных стоек из трубного профиля 60х60 (рисунок 4.1), соединенных между собой металлическим профилем с помощью сварки. По контуру П-образной стойки, а также вдоль оси пути крепятся трубы из нержавейки Ø50 и форсунки для подачи горячей воды. Крепление металлических стоек к полу мойки осуществляется с помощью анкерных скреплений Ø 16 мм. В данном случае таких стоек 6 шт. Металлическая конструкция портала оттайки (рисунок 4.2) с наружной стороны обшивается прозрачным теплоизолирующим материалом (поликарбонат), что позволяет сохранять тепло и защитить сборные железобетонные конструкции здания от прямого попадания воды.
Рисунок 4.1 - Схема П-образной стойки портала оттайки
Рисунок 4.2 - Схема установки металлических стоек портала
оттайки с разводкой труб
От ворот моечного комплекса, пассажирские вагоны, либо электропоезд подается в камеру оттайки с предварительно отключенным токоприемником. Перемещение вагона на пост оттайки выполняется автоматическим протяжным механизмом. В этом же периоде включается автоматическая система управления технологическим процессом и происходит автоматический замер температуры наружной поверхности вагона. В зависимости от показаний температуры, система контроля и управления по заданной программе приводит механизм к тепловой обработке. В случае не завершения процесса оттайки в автоматическом режиме, оператор может произвести повторный процесс в полуавтоматическом режиме.
При закрытой камере, поверхность вагона опрыскивается горячей водой, что позволяет ускорить размораживание вагона за 20 минут. По системам трубопроводов с форсунками подается на кузов вагона теплая вода до 60 0С.
Предварительно отфильтрованная вода из емкостей системы очистки и обезвреживания сточных вод по трубопроводам подается в блок теплообменников, подключенных к тепловому центру комплекса. Теплообменники представляют из себя чугунные трубы Ø150мм и длиной 1500 мм внутри которых располагается некоторое количество медных трубок Ø10мм. В пространстве между трубками и внутренним диаметром теплообменника циркулирует вода горячего водоснабжения из теплового центра, а через медные трубки протекает отфильтрованная вода для оттайки и тем самым происходит ее нагрев до температуры 40-600С. В летний период система управления переключается в летний режим или режим предварительной мойки и на данном участке происходят некоторые изменения. Скорость прохождения вагонов через данный пост увеличивается и из-за отсутствия необходимости оттайки в летнее время на вагон подается вода с температурой окружающей среды.
Следующим этапом для вагона является пост мойки крыши водой высокого давления. Пост представляет из себя комплект из десяти насосов высокого давления (рисунок 4.3), установленных на раме, которая в свою очередь располагается на двух металлических колоннах высотой 6900 мм, изготовленных из трубного профиля размерами 300х300. Для улучшения устойчивости данного поста предусматривается крепление с каждой стороны к раме П-образных стоек из трубного профиля 60х60. Крепление портала к полу осуществляется с помощью анкеров Ø 20 мм.
Приближение вагона к посту мойки крыши дает системе команду о подаче воды на портал и включению насосов. Вода подается от емкостей станции очистки сточных вод.
Рисунок 4.3 - Расположение насосов высокого давления на раме
Следующим этапом для вагона является пост подачи моющего состава (рисунок 4.4). Данный пост представляет из себя металлическую П-образную арку, на которой крепится необходимая трубопроводная арматура с форсунками. Стойки арки, высотой 6900 мм изготавливаются из трубного профиля размерами 60х60 мм и крепятся к полу с помощью анкеров Ø 16 мм.
Моющий состав с помощью насоса, включенного в систему автоматического управления необходимыми дозами подается из емкости для моющего раствора (V=200 л), расположенной вблизи с распылительной аркой, на вагон. Бочка с химическим раствором, дозировочный насос, смеситель с датчиком и трубопроводная арматура располагается в металлическом шкафу, который позволяет легко производить замену бочек, а также исключает возможность выведения из строя блока дозировки моющего раствора, смесителя и трубопроводной арматуры.
Рисунок 4.4 - Металлоконструкция портала подачи моющего состава
Расход моющего вещества на один вагон составляет 200 мл., следовательно бочки с раствором объемом 200 л хватит на 1000 вагонов.
Через тринадцать метров после портала подачи моющего состава следует портал мойки вагонов щетками, который включает в себя пять комплектов щеток для обмывки нужных поверхностей вагона. Все механизмы щеток располагаются на сборной металлической рамной конструкции, состоящей из соединенных с помощью болтовых соединений стоек и балок. Стойки изготавливаются из трубного профиля 300х300 мм, а продольные и поперечные балки из трубного профиля 300х200 мм (рисунок 4.5). Общая длина металлической конструкции 16800 мм.
Рисунок 4.5 - Сборная металлическая конструкция для навешивания
механизмов щеток
Первым комплектом по ходу движения поезда является механизм щеток мойки лобовой части поезда (рис.4.6). Особенность его действия заключается в том, что механизм щеток осуществляет движение со скоростью движения состава, что не требует дополнительных остановок для помывки лобовой части. После мытья передней части состава лобовые щетки возвращаются в первоначальное положение и дождавшись конца поезда моют заднюю торцевую часть.
Рисунок 4.6 - Схема мойки лобовой части вагона
ПГУПС
Вс-305
Листов
Лит.
Вагономоечный комплекс для пассажирских вагонов и электропоездов
Бороненко Ю.П.
Утверд.
Дипломный проект
2
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Н. Контр.
Реценз.
Федоров И.В.
Провер.
Воронин И.А.
Разраб.
Дипломный проект
49
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
3
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
4
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
32
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Дипломный проект
767
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
799
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
906
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
928
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
29
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
30
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3117
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
36
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
33
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
34
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
35
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
37
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
38
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
41
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
39
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
40
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
|
Инв. № подл. |
|
Подпись и дата |
|
Взам. инв. № |
|
Инв. № дубл. |
|
Подпись и дата |
|
Справ. № |
|
Перв. примен. |
Дипломный проект
42
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
43
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
46
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
44
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
45
Дипломный проект
|
Перв. примен. |
|
Справ. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № дубл. |
|
Взам. инв. № |
|
Подпись и дата |
|
Инв. № подл. |
Вагон