сотрудник
Российский университет транспорта (МИИТ) (кафедра "Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава", профессор)
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
Предложен типовой метод оценки технико-экономической эффективности процесса обработки металлических поверхностей железнодорожных вагонов свободным абразивом на основе данных о режимах обработки, применяемых материалах и получаемого качества очищенной поверхности. Проведен анализ стандартов в области предокрасочной обработки металлов на предмет требований к качеству очищенной поверхности, шероховатости и степени обезжиривания. Приведены результаты сравнения четырёх типовых технологий предокрасочной обработки металлов на предмет производительности процесса, затрачиваемых материалов (энергии) и получаемого в результате обработки качества поверхности.
абразивоструйная обработка, абразив, шероховатость, качество поверхности, технико-экономическая эффективность
Введение
Технологический процесс производства и ремонта вагонов включает операцию обработки поверхности кузова перед окраской свободным абразивом для придания шероховатости и обеспечения качества поверхности, а также химическую обработку для обезжиривания поверхности и удаления с неё органических соединений [1; 2]. Такое совмещение приводит к выделению техногенных отходов в виде отработавших моечных жидкостей и обезжиривающих составов и в целом усложняет технологический процесс.
Исследование проблемы
Обработка поверхностей вагонов перед окрашиванием регламентируется ГОСТ 9.403-80 [10] и соответствующими инструкциями [8; 9], разработанными специально для ОАО «РЖД». При очистке вагонов к технологии предъявляются следующие требования:
1. Очистить поверхность вагона от старого лакокрасочного покрытия (ЛКП), ржавчины и других твердых эксплуатационных загрязнений до металлического блеска (степень очистки I или II в соответствии с ГОСТ 9.403-80 [5]).
2. Придать поверхности шероховатость, регламентируемую стандартом или требованиями изготовителя лакокрасочного покрытия.
3. Обезжирить поверхность вагона.
В процессе очистки вагонов вырабатываются производственные и технологические отходы. К производственным отходам относятся остатки старого лакокрасочного покрытия и других загрязнений [3-5], удаляемых с вагона, т.е. продукты очистки [6]. В среднем на пассажирском вагоне таких отходов около 50 кг, и примерно на 90 % это старое лакокрасочное покрытие.
Технологические отходы – это продукты, образующиеся в результате производства работ по очистке. К этим отходам можно отнести отработавшие растворители и моечные жидкости, использованный абразив и т.д.
|
|
|
где Vотх ‒ общий объём отходов; VП.О. ‒ производственные отходы; VТ.О. ‒ технологические отходы; VП.О.тв ‒ твердые производственные отходы (остатки старой краски и загрязнений); VП.О.масл ‒ производственные отходы маслянистого характера; VП.О.ж ‒ жидкие технологические отходы (ПАВ и растворители); VП.О.др ‒ твердые технологические отходы (дробь и абразивы).
Степень очистки поверхности характеризует качество подготовки поверхности к окрашиванию. Разные методы очистки позволяют достичь разных степеней. Инструкцией допускается первая или вторая степень (степень 1 или 2 по ГОСТ 9.402-80) очистки при ремонтно-восстановительном окрашивании:
‒ степень очистки при дробеструйной обработке – 1;
‒ степень очистки при дробемётной обработке – 2;
‒ степень очистки при гидроабразивной обработке – 1;
‒ степень очистки при обработке системой ГДА (газодинамический аппарат) – 1.
Железнодорожный вагон представляет собой крупногабаритную конструкцию с площадью внешней поверхности S = 250 м2. Малопроизводительные методы обработки не могут произвести очистку вагона быстро. Поэтому высокая производительность – важный критерий сравнения.
При оценке производительности процесса очистки выразим её через время обработки, приняв, что
|
|
|
где Sваг ‒ общая площадь вагона; П ‒ производительность типового дробеструйного (дробемётного) аппарата; ТМ ‒ время мойки вагона (3 ч); ТС ‒ время сушки вагона (2 ч); ТО ‒ время обдувки вагона (0,2 ч).
От количества используемых при очистке расходных материалов во многом зависит конечная себестоимость всей обработки в целом, а также экологические показатели [7]. При очистке используются ПАВ, дробь и топливо. При оценке материалоёмкости процесса примем, что расход дроби на вагон Мдр = 50 кг (значение приведено с учётом системы рекуперации, возвращающей до 95 % дроби обратно в аппараты), расход ПАВ на вагон МПАВ = 150 л, расход топлива на вагон МТ = 120 л.
Для сравнения предлагаются четыре типовые технологии очистки:
1) дробеструйная обработка в совмещении с поверхностно-активными веществами (ПАВ);
2) дробемётная обработка в совмещении с ПАВ;
3) гидроабразивная обработка в совмещении с ПАВ;
4) система ГДА.
В таблице представлены основные сравнительные показатели процесса очистки.
Таблица
Технико-экономические показатели процесса очистки
|
Методы очистки |
Отходы, кг |
Степень очистки |
Производит. |
Материалы |
||||||
|
Vп.о.тв. |
Vп.о.масл. |
Vт.о.жидк. |
Vп.о.др. |
Тобщ |
Побщ |
Мдр |
МПАВ |
МТ |
||
|
Дробеструйная обработка + ПАВ |
50 |
5 |
150 |
50 |
1-2 |
17,9 |
13,9 |
50 |
150 |
0 |
|
Дробемётная обработка + ПАВ |
50 |
5 |
150 |
50 |
2 |
6,4 |
39,0 |
50 |
150 |
0 |
|
Гидроабразивная обработка + ПАВ |
50 |
5 |
150 |
50 |
1 |
18,8 |
13,2 |
50 |
150 |
0 |
|
Система ГДА |
50 |
5 |
0 |
50 |
1 |
8,2 |
30,4 |
50 |
0 |
120 |
Заключение
Сравниваемые технологии близки по количеству используемых при очистке материалов. Система ГДА позволяет не применять ПАВ, однако использует топливо, поэтому дальнейший расчёт ведется исходя из соотношения стоимости ПАВ и топлива.
По количеству производимых отходов применяемые технологии обладают примерно равными показателями, а система ГДА позволяет уменьшить объём отходов на 150 л отработавших ПАВ, что составляет более 50 % всех отходов.
Наибольшей производительностью (39 м2/ч) обладает дробемётная обработка в совмещении с ПАВ, но она позволяет получить степень очистки не выше второй. Система ГДА позволяет получить производительность процесса 30,4 м2/ч при первой степени очистки. Остальные методы уступают по производительности более чем в 2 раза.
1. Евсеев, Д.Г. Оценка эффективности процесса обработки поверхностей вагонов перед окраской / Д.Г. Евсеев, А.А. Кульков, А.Ю. Корытов // Металлообработка. - 2016. - № 4 (94). - С. 66.
2. Евсеев, Д.Г. Влияние параметров дробеструйной газодинамической обработки на производительность очистки поверхностей при ремонте вагонов / Д.Г. Евсеев, А.А. Кульков // Наука и техника транспорта: науч.-информ. сб. - 2009. - № 2. - С. 24.
3. Кульков, А.А. Особенности абразивно-струйной обработки металлических поверхностей перед окрашиванием / А.А. Кульков, М.А. Ларионов // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2018. - № 12 (90). - С. 15.
4. Кульков, А.А. Технологические режимы ультразвукового жидкостного матирования металлических поверхностей / А.А. Кульков // Металлообработка. - 2017. - № 6 (102). - С. 51.
5. Евсеев, Д.Г. Исследование процесса формирования качества поверхности при обработке вагонов газодинамическим методом / Д.Г. Евсеев, А.А. Кульков, А.Ю. Корытов // Металлообработка. - 2015. - № 6 (90). - С. 39.
6. Кульков, А.А. Оценка качества капитального ремонта ПС / А.А. Кульков, А.Ю. Корытов, А.А. Скороход // Мир транспорта. - 2012. - № 2 (40). - С. 130.
7. Евсеев, Д.Г. Дробеструйный газодинамический метод очистки поверхностей / Д.Г. Евсеев, А.А. Кульков // Транспорт: наука, техника, управление. - 2009. - № 7. - С. 32.
8. Типовой технологический процесс окрашивания пассажирских вагонов с использованием лакокрасочных материалов повышенной долговечности ТП-ЦЛПВ-33/4. - М.: ВНИИЖТ, 2008.
9. Типовой технологический процесс деповского окрашивания пассажирских вагонов ТП-ЦЛПВ-33. - М.: ВНИИЖТ, 2008.
10. ГОСТ 9.402-80. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием. - Введ. 1981-07-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1998.
