Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 73.31 Автомобильный транспорт
Keeping a motor car clean is essential because of hygiene and sanitary standards, and allows also increasing service effectiveness. Basic problems while washing – large water consumption and dumping into sewage. In the paper there is considered a problem of ultrasonic technologies during washing, in particular for foam preparation. Foam, obtained with ultrasonic treatment, differs by low multiplicity, high stability and a spherical structure of bubbles.
washing, pollution, detergent, ultrasound, foam
Введение
Качественное оказание услуг на станции технического обслуживания требует поддержания автомобиля в чистом состоянии, поэтому автомобиль должен быть очищен от загрязнений, которым он подвергается в процессе эксплуатации. На данный момент посты мойки, где проводится очистка автомобиля от загрязнений, имеют ряд недостатков. Одним из недостатков является большой расход воды. Применение моющих средств позволяет сократить расход воды, но при этом увеличивается количество поверхностно-активных веществ, сбрасываемых в сточные воды после удаления загрязнений. В связи с этим повышение эффективности технологии мойки является важной и актуальной задачей.
Анализ процесса мойки автомобиля
Мойка является обязательной трудоемкой операцией, так как содержание автомобилей в чистом и опрятном виде - одно из обязательных условий соблюдения санитарных правил при пассажирских перевозках и при транспортировании различных грузов, особенно продуктов питания. Кроме того, на автомобиле с чисто вымытым шасси, прежде всего снизу, легче обнаружить неисправности и повысить качество контроля деталей, проводить регулировочные, крепежные и смазочные операции [1].
Процесс проведения моечных работ характеризуется следующими основными показателями [2]:
- давлением струи воды (сила удара);
- расходом воды;
- температурой воды;
- составом применяемых синтетических моющих средств (СМС).
Наиболее важными показателями с точки зрения эффективности удаления загрязнений являются давление струи воды и состав применяемых моющих средств. Давление струи воды определяет механическую составляющую процесса удаления загрязнений, а состав применяемых СМС - химическую составляющую, т.е. процесс расщепления связей между загрязнением и поверхностью автомобиля. Применение моющих средств позволяет снизить расход воды и время мойки автомобиля (простои) за счет использования низкого давления при нанесении моющего средства и небольшого времени реакции с загрязнениями, которое составляет 1,5-2 минуты.
Состав СМС влияет на эффективность взаимодействия СМС с загрязнениями. Расщепление связей происходит за счет химической работы, которую необходимо затратить на удаление загрязнителя, его перевод в раствор или устойчивую дисперсную систему. Основными свойствами моющих средств, определяющими эффективность взаимодействия СМС с загрязнениями, являются смачиваемость и пенообразующая способность. Смачиваемость является основополагающей характеристикой моющей способности. Пенообразование важно, поскольку при мойке автомобилей необходимо удерживать моющее средство на поверхностях различной формы, в том числе вертикальных.
Для повышения смачиваемости и пенообразующей способности используются различные методы, такие как добавление присадок в уже существующие СМС, разработка принципиально новых СМС или совершенствование технологий пенообразования и нанесения пен на очищаемую поверхность. Одним из таких методов является применение ультразвуковых колебаний на этапе пенообразования.
Основными механизмами, обусловливающими эффективность применения ультразвука, являются кавитация, заключающаяся в образовании и схлопывании парогазовых пузырьков [3; 4], и акустические потоки, возникающие при высокой интенсивности излучения, которые обеспечивают распределение кавитационных пузырьков по обрабатываемому объёму [5-7].
Ультразвуковая обработка смеси моющего средства с водой позволяет получать высокодисперсные пены низкой кратности [8]. При этом пена, полученная ультразвуковым способом, имеет шаровое строение, а не полиэдрическое, как полученная с помощью пеногенератора, что приводит к повышению смачиваемости [9].
В рамках продолжения рассматриваемых исследований были проведены эксперименты по влиянию ультразвуковой обработки на устойчивость получаемой пены.
Экспериментальные исследования
В качестве объекта исследования применялось средство для бесконтактной мойки Active Foam Eco (Grass), которое предназначено для удаления дорожных и масляных загрязнений. В состав, помимо очищенной воды, входят ПАВ, комплексообразователи и смягчители воды. Для приготовления пены средство разбавляется водой в соотношениях от 1:1 до 1:50, в зависимости от применяемого оборудования. В данной работе при проведении экспериментальных исследований применялись соотношения 1:2, 1:4, 1:10, 1:30, 1:50.
Для исследования влияния ультразвуковых колебаний на устойчивость пены использовалась магнитострикционная колебательная система. Схема проведения эксперимента показана на рис. 1. Излучатель 1 трехполуволновой магнитострикционной колебательной системы погружался в ёмкость 2 (цилиндрический мерный стакан), в которой находилась смесь моющего средства и воды заданной концентрации.
В ходе обработки частота колебаний f составляла 22 кГц. Режим обработки определялся амплитудой колебаний ξm, которая варьировалась от 20 до 28 мкм.
Рис. 1. Схема проведения эксперимента
Начальный объём обрабатываемой смеси V = 50 мл. Излучатель погружался в смесь до отметки 25 мл, т.е. до половины объёма. В процессе ультразвуковой обработки часть озвучиваемого объёма превращается в пену. При обработке оставшаяся смесь, как и пена, становится белого цвета, что, с учётом высокой дисперсности получаемой пены, препятствует визуальному определению границы раздела.
Время обработки моющего раствора составляет 20 секунд. При малых концентрациях моющего средства в воде за меньшее время не достигалось полного перемешивания СМС с водой, вследствие чего процесс пенообразования проходил не полностью.
В процессе проведения эксперимента измерялись следующие параметры:
1) высота столба образованной пены 
, мм;
2) время оседания половины объема образованной пены 
, с;
3) половина высоты столба образованной пены 
, мм;
4) скорость оседания пены 
, мм/мин.
Время конца обработки моющего раствора совпадает с началом оседания столба образованной пены.
Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице и на рис. 2-4.
Таблица
Результаты экспериментов
|
Параметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Концентрация Амплитуда |
1:2 |
1:4 |
1:10 |
1:30 |
1:50 |
||||||||
|
20 |
464 |
47 |
408 |
48 |
260 |
47 |
137 |
43 |
78 |
41 |
|||
|
22 |
498 |
50 |
465 |
49 |
363 |
47 |
243 |
44 |
165 |
41 |
|||
|
24 |
491 |
48 |
467 |
48 |
381 |
47 |
357 |
45 |
266 |
42 |
|||
|
26 |
555 |
49 |
466 |
48 |
396 |
47 |
396 |
46 |
356 |
45 |
|||
|
28 |
733 |
49 |
628 |
50 |
483 |
48 |
399 |
48 |
371 |
46 |
|||
Зависимость устойчивости пены от амплитуды колебаний и концентрации представлена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость устойчивости пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
Рис. 3. Зависимость высоты столба пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
С увеличением амплитуды колебаний повышается устойчивость пены (рис. 2) и снижается скорость её оседания (рис. 3). Это связано с ростом скорости пенообразования в результате эффекта выпрямленной диффузии [10], заключающегося в том, что в процессе кавитации при расширении пузырька его поверхность больше, чем при сжатии, поэтому количество газа, диффундирующего внутрь пузырька, при расширении больше, чем количество газа, выходящего при сжатии. В результате повышенного газонасыщения начинается активное пенообразование. Таким образом, с повышением амплитуды увеличивается количество пенных пузырьков и уменьшается их размер. Также процесс зависит от концентрации моющего средства, что подтверждается графиком (рис. 3): при всех концентрациях высота пенного столба составляет от 40 до 50 мм, т.е. при низких концентрациях образуется небольшое количество крупных пузырьков, а при высоких концентрациях - большое количество маленьких пузырьков.
Данные результаты коррелируют с ранее проведёнными исследованиями, результаты которых показали, что оптимальные условия пенообразования создаются при амплитудах 25-30 мкм.
Рис. 4. Зависимость скорости оседания пены различной концентрации
от амплитуды колебаний
Заключение
В результате проведённых исследований показано положительное влияние ультразвуковой обработки на процесс образования пены. При введении колебаний высокой интенсивности повышаются скорость пенообразования и устойчивость полученной пены, при этом уменьшается средний размер пузырьков, что повышает смачивающую способность и ускоряет процесс взаимодействия с загрязнениями. Регулирование режимов ультразвуковой обработки обеспечивает возможность получения пен с заданными характеристиками для различных типов загрязнений.
1. Karagodin V.I., Mitrohin N.N. Remont avtomobiley i dvigateley. 2-e izd., ster. M.: Akademiya, 2003. 496 s.
2. Korobeynik A.V. Remont avtomobiley. Rostov n/D: Feniks, 2004. 288 s. (Seriya «B-ka avtomobilista»).
3. Nigmetzyanov R.I., Prihod'ko V.M., Sundukov S.K. Razrabotka tehnologicheskih ustanovok dlya ul'trazvukovoy ochistki izdeliy avtotraktornoy tehniki // Naukoemkie tehnologii v mashinostroenii. 2015. № 10 (52). S. 22-26.
4. Sundukov S.K., Fatyuhin D.S. Tehnologiya okrashivaniya izdeliy s ispol'zovaniem ul'trazvuka // Vestnik mashinostroeniya. 2015. № 3. S. 38-43.
5. Kazancev V.F., Kalachev Yu.N., Nigmetzyanov R.I. [i dr.]. Instrumenty dlya ul'trazvukovoy ochistki: monografiya. M.: Tehpoligrafcentr, 2017. 181 s.
6. Konov S.G., Kotoban D.V., Sundukov S.K., Fatyuhin D.S. Perspektivy primeneniya ul'trazvukovyh tehnologiy v additivnom proizvodstve // Naukoemkie tehnologii v mashinostroenii. 2015. № 9 (51). S. 28-34.
7. Livanskiy A.N., Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Fatyuhin D.S. Ul'trazvukovaya obrabotka dispersnyh sistem / Vestnik mashinostroeniya. 2017. № 9. S. 62-68.
8. Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Suhov A.V., Fatyuhin D.S. Ul'trazvukovoy sposob polucheniya moyuschih pen // Vestnik mashinostroeniya. 2018. № 12. S. 78-82.
9. Grib V.V., Levushkina N.V., Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Suhov A.V. Primenenie ul'trazvuka pri poluchenii pen, primenyaemyh dlya moyki izdeliy mashinostroeniya // Vestnik Moskovskogo avtomobil'no-dorozhnogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta (MADI). 2017. № 1 (48). S. 43-49.
10. Kazancev V.F., Fatyuhin D.S. O mehanizme degazacii pri vysokoamplitudnoy ul'trazvukovoy zhidkostnoy obrabotke / Vestnik Moskovskogo avtomobil'no-dorozhnogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta (MADI). 2013. № 3. S. 37-42.
