CC BY
14
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
УДК 621.7.
Оценка эффективности процесса обработки поверхностей вагонов перед окраской
А. А. Кульков, Д. Г. Евсеев, А. Ю. Корытов
Предокрасочная обработка кузовов вагонов является актуальной проблемой в масштабе всего железнодорожного транспорта. Традиционно способами предокрасочной обработки служили дробеструйный или пескоструйный способ в совмещении с химическим обезжириванием. На эту операцию вагоностроительные и вагоноремонтные предприятия тратят в среднем около половины средств от всего окрасочного производства. Проблема в том, что этот процесс материалоемкий, особенно обезжиривание, когда на поверхность вагона, площадью около 250 м2 требуется нанести обезжиривающий состав. Зачастую неудобные условия нанесения приводят к большим растратам самой жидкости и неполному обезжириванию поверхности кузова. В статье рассмотрен способ оценки эффективности процесса предокрасочной обработки.
Ключевые слова: дробеструйная обработка, абразив, обезжиривание, шероховатость, качество поверхности, адгезия.
В основном пассажирские вагоны очищаются дробеструйным методом, однако требования к подготовке поверхности вагона перед окрашиванием [1, 3] вынуждают предприятия использовать дорогие моечные и обезжиривающие составы. Это происходит из-за того, что дробеструйный способ не способен обезжирить поверхность вагона. Поэтому дробеструйные и моечные операции часто применяются в комплексе, что приводит к значительному удорожанию всего очистного производства. При этом при дробеструйной обработке часто происходит неполная очистка поверхности, что снижает ресурс лакокрасочного покрытия, нанесенного на нее. Применение дробеструйного газодинамического метода способно решить многие из перечисленных проблем. Жирные пленки и наслоения сгорают при температурах более 150 °С. Газодинамический метод позволяет удалить пленки механико-термическим воздействием, т. е. без применения моечных жидкостей, кроме того, он позволяет повысить качество очистки поверхности перед окрашиванием за счет достижения более высокой скорости потока.
Широкомасштабное применение метода требует исследования воздействия газодинамического потока на поверхность старого лакокрасочного покрытия вагона на предмет скорости и производительности очистки поверхности, получаемой после обработки шероховатости, и температуры в зоне очистки.
Взаимодействие свободного абразива с поверхностью металла исследовалось многими учеными [2, 4, 5, 6]. В основном их исследования сводились к тому, что эффективность очистки зависит в первую очередь от энергии частиц при столкновении, т. е. параметры среза в основном зависят от массы и скорости частицы на момент столкновения, а также от механических свойств материала частицы, старого лакокрасочного покрытия и основного металла.
Сталкиваясь с поверхностью лакокрасочного покрытия вагона, частица дроби сначала пробивает поверхностные слои, состоящие из эксплуатационных загрязнений, а затем разрушает локальный участок лакокрасочного покрытия и деформирует поверхность обшивки. Таким образом, можно сказать, что обработка
|бб
№ 4(94)/2016
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ШШШМБОТКА
свободным абразивом — это совокупность локальных разрушений лакокрасочного покрытия частицами дроби, а модель очистки может описывать эту совокупность. Зная основные параметры формообразования каждого среза, можно смоделировать весь процесс обработки как математическую модель, описывающую параметры процесса образования на обрабатываемой поверхности множества срезов с течением времени.
При единичном столкновении частица оставляет на поверхности срез глубиной шириной г и длиной I (рисунок). Тогда процесс очистки может быть представлен в виде модели, описывающей совокупность множества элементарных столкновений частиц абразива с поверхностью. Разделим зону очистки на малые зоны длиной I и шириной г. Тогда каждой зоне будут соответствовать количество столкновений в ней Ы, а также суммарная глубина разрушения Н¿.
Примем, что количество частиц от краев потока к центру распределяется в соответствии с нормальным законом распределения Гаусса. Примем, что общее количество частиц, попадающих в пятно контакта в единицу времени, равно Ы, а количество частиц, попадающих в центр пятна контакта, равно Ыд. Тогда скорость очистки может быть выражена как
^ ^ Н0
Ыуг -V = К —е
Н
покр
N
N0
¥ _
Н
где V — скорость очистки; N — расход абразива; ^ — глубина единичного среза; г — ширина единичного среза; Нпокр — толщина покрытия; Яп — радиус зоны очистки.
Это выражение позволяет определить рациональное количество вкладываемой в процесс обработки энергии и оценить эффективность. Расчеты показали, что эффективность очистки увеличивается тем интенсивнее, чем больше скорость очистки и ширина очищаемой зоны. При толщине покры-
Дискретизация зоны очистки на элементарные площадки
тия до 1 мм производительность процесса составляет от 40 до 75 м2/ч. Экспериментальная проверка адекватности модели очистки показала, что производительность при ручной очистке соответствует теоретическим данным 30-35 м2/ч, после чего производительность не растет с увеличением расхода топлива. Это вызвано тем, что оператор не способен обеспечить производительность более 35 м2/ч. При автоматической очистке производительность в целом соответствует расчетной.
Литература
1. Евсеев Д. Г., Кульков А. А., Корытов А. Ю. Исследование процесса формирования качества поверхности при обработке вагонов газодинамическим методом // Металлообработка. 2015. № 6 (90). С. 39-41.
2. Корытов А. Ю., Кульков А. А. Как оценивать качество капитального ремонта / / Мир транспорта. 2014. Т. 12, № 2 (51). С. 110-113.
3. Евсеев Д. Г., Кульков А. А., Корытов А. Ю. Исследование процесса формирования качества поверхности при обработке вагонов газодинамическим методом // Металлообработка. 2015. № 6 (90). С. 39-41.
4. Евсеев Д. Г., Кульков А. А. Влияние параметров дробеструйной газодинамической обработки на производительность очистки поверхностей при ремонте вагонов // Наука и техника транспорта. 2009. № 2. С. 11-16.
5. Лапшин В. Ф., Буткин М. Г., Тюленев О. В. Технологии окрашивания и противокоррозийной защиты вагонов. Екатеринбург: УрГУПС, 2004.
6. Романова Т. А., Лавров А. П. Долговечная противокоррозионная защита пассажирских вагонов / / Железнодорожный транспорт. 2003. № 5. С. 34-37.
№ 4(94)/2016
67
