汽车轴承清洗机电气控制系统设计.docx

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汽车轴承清洗机电气控制系统设计

摘要

随着经济的快速发展，人民生活水平的提高，对汽车的需求也随之增长。

2009年我国全年汽车产销量突破1300万辆，跃居全球第一位。

虽然我国汽车产量很大，但距离真正的汽车强国还有很长的距离。

发动机是汽车的关键总成，其生产制造工艺与国外相比亦有很大差距。

然而，在影响轴承质量和寿命的诸多因素中，由于轴承安装过程中的不清洁而造成磨损或毁坏的情况占较大的比重。

为此在发达国家，轴承在安装前有严格的清洗工序，对重要部位的轴承在各加工工序之间也进行清洗。

进行各零部件的清洗，大大挺高了产品的质量。

长期在零件清洗领域占据主导地位的ODS类清洗工艺由于由于破坏臭氧层而被禁用。

随之，出现一些新型清洗工艺如氯代烃清洗剂、水基清洗剂和碳氢溶剂均有各自的缺点阻碍了国内清洗工业的发展。

为此，针对零件清洗中的以上问题，本文对碳氢溶剂超声波及真空干燥工艺进行分析研究。

本文的主要工作包括一下几方面：

1、对轴承零件国内外清洗行业现状进行了较为详尽的调查，对碳氢溶剂做了较为详尽的分析，并通过清洗对比试验分析温度、外加物理力和清洗时间等因素对碳氢清洗效果的影响。

2、对超声波清洗原理进行分析，根据轴承零件的特点研究降低清洗液内部含气量的方法。

同时，针对碳氢溶剂不易干燥且安全性较差的缺点研究分析真空干燥技术的可行性，并确定其真空干燥过程的真空工作压力在13.3KPa以下，加热温度为110℃左右。

3、制定汽车轴承零件清洗工艺流程，依此设计开发了汽车轴承零件清洗机。

在清洗机的研制过程中，根据碳氢溶剂的性质设计了真空系统对轴承零件进行蒸气清洗和真空干燥。

同时，提高超声波作用的效果，设计了真空脱气装置。

4、根据清洗机的控制要求，设计了PLC控制系统，编写PLC控制程序。

对清洗机进行调试，确定其运行参数，保证清洗质量。

研究工作证明，将碳氢溶剂与真空技术相结合可以更加充分发挥清洗优势。

本文的研究成果已经用于生产实际，轴承零件清洗机比过去采用热风干燥工艺清洗机的清洗时间提高60%以上。

同时，本研究成果还可以推广应用到其他零件的清洗中。

关健词:

清洗工艺;汽车轴承零件;碳氢;真空干燥;设计

Abstract

Withtherapideconomicdevelopment,people'slivingstandardsimprove,demandforcarswillincrease.In2009China'sannualautoproductionandsalesexceeded13million,rankingfirstintheworld.AlthoughmuchofChina'sautooutput,butfromarealcarpowerisstillalongdistance.Theengineisthekeytocarassembly,anditsmanufacturingprocessisalsoabiggapcomparedwithforeigncountries.However,bearingininfluencingthequalityandlifeofmanyfactors,becausedirtybearingsduringinstallationordamagecausedbywearandtearaccountedforalargeproportionofcases.Tothisendinthedevelopedcountries,bearingpriortoinstallation,therearestrictcleaningprocess,theimportantpartsofthebearingbetweenthevariousmanufacturingprocessesforcleaning.Cleaningofvariousparts,greatlypriceyproductquality.LongdominatedthefieldofpartscleaningtypecleaningprocessduetotheODSdestructionoftheozonelayerduetobedisabled.Followingthis,somenewcleaningprocessessuchaschlorinatedhydrocarboncleaningagent,waterandhydrocarbonsolvent-basedcleaningagentshavetheirownshortcomingshamperedthedevelopmentofthedomesticcleaningindustry.Forthispurpose,partscleaningintheaboveproblem,thispaper,hydrocarbonsolventandvacuumdryingprocessforultrasonicanalysis.Thismajorworkincludesaboutseveralaspects:

1,thebearingpartsofthecurrentsituationofthedomesticcleaningindustry,amoredetailedinvestigationofthehydrocarbonsolventtodoamoredetailedanalysisandcomparativetestanalysisbycleaningtemperature,plusthephysicalforceandcleaningtimeoncleaningeffectofthehydrocarbonimpact.

2,theprincipleofultrasoniccleaningforanalysis,accordingtothecharacteristicsofthebearingpartscleaningfluidtoreducethegascontentinsidethemethod.Meanwhile,forthehydrocarbonsolventislessdryingandlesssecurityshortcomingsofresearchandanalysisofthefeasibilityofvacuumdryingandvacuumdryingprocesstodeterminetheworkingpressureinthevacuum13.3KPabelowtheheatingtemperatureof110℃orso.

3,thedevelopmentofautomotivebearingpartscleaningprocess,sodesignanddevelopmentofthecarbearingpartswashingmachine.Washingmachineinthedevelopmentprocess,accordingtothenatureofhydrocarbonsolventsforvacuumsystemdesignforsteamcleaningofthebearingpartsandvacuumdrying.Atthesametime,improvetheeffectofultrasonic,vacuumdegassingdevicedesign.

4,accordingtothewashingmachinecontrolrequirements,thedesignofthePLCcontrolsystem,PLCcontrolprogramwriting.Washingmachinefordebugging,todeterminetheoperatingparameterstoensurethequalityofcleaning.

Researchshowsthatthehydrocarbonsolventandvacuumtechnologycombinedstrengthscanbemorefullycleaned.Thisresearchhasbeenusedforactualproduction,bearingpartswashingmachineusinghotairdryingprocessthaninthepastcleaningmachinecleaningtimeby60%ormore.Atthesametime,theapplicationofresearchresultscanbeextendedtootherpartsofthecleaning.

Keywords:

cleaningprocess;autobearingparts;hydrocarbon;vacuumdrying;design

摘要

Abstract

1绪论

1.1汽车轴承清洗背景与课题意义

1.2汽车轴承清洗技术国内外研究现状

1.3清洗介质使用现状

1.4研究内容

2汽车轴承清洗工艺过程分析

2.1碳氢溶剂的选择

2.2碳氢溶剂特性分析

2.2.1碳氢溶剂的优缺点

2.2.2碳氢溶剂清洗能力分析

2.3清洗工艺流程设计

2.4碳氢清洗工艺分析

2.4.1超声清洗及真空脱气工艺

2.4.2漂洗工艺

2.4.3蒸汽清洗与真空干燥工艺

2.4.4碳氢溶剂蒸馏工艺

2.5本章小结

3汽车轴承清洗机的设计

3.1清洗机的基本要求

3.2清洗机总体设计方案

3.3清洗机工艺流程设计

3.4清洗机装置设计

3.4.1清洗装置的总体设计

3.4.2超声波清洗装置的设计

3.4.3真空脱气装置的设计

3.5干燥装置的设计

3.5.1干燥装置的总体设计

3.5.2真空泵的选择

3.5.3干燥室的设计

3.6传送机构的设计

3.7碳氢溶剂蒸馏装置的设计

3.8自动安全装置的设计

3.8.1冷水系统的设计

3.8.2排风系统的设计

3.8.3消防系统的设计

3.9本章小结

4汽车轴承清洗机控制系统的设计

4.1气动系统的设计

4.1.1气动控制系统的设计

4.1.2气缸的选用

4.2PLC控制系统的设计

4.2.1控制需求

4.2.2控制器的选择

4.2.3传感器的选择

4.2.4I/O分析

4.2.5PLC程序设计

4.3汽车轴承清洗机运行调试结果

4.3.1清洗参数的确定

4.3.2设备运行效果

4.4本章小结

结论

参考文献

1绪论

1.1汽车轴承清洗背景与课题意义

随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，汽车正从一种少数人才能拥有的奢侈品逐渐进入普通百姓的生活。

中国汽车市场十分巨大，吸引了国际汽车巨头及国有及民营资本的加入，汽车工业成为了我国的一项支柱产业，使科学技术发展水平得到了显著的提高。

然而，在汽车生产和维修保养过程中需要清洗各类汽车零部件。

轴承被称为“汽车的关节”，一个国家轴承工业发展水平的高低，往往代表和制约着汽车工业及其他相关产业的发展水平。

然而，汽车上的轴承都是工作在十分恶劣的条件下，轴承在机械加工和运输过程中，其表面都附有许多无机和有机物，若不清洗干净，会严重的影响成品质量或是汽车运行的平稳性，甚至会磨损腐蚀轴承内外圈或滚珠，产生故障，给人们的生产生活带来诸多不便。

过去，为了保证运输安全，大批轴承被更换报废，已求得刚质量轴承运转，但随着当代科学技术的不断进步和发展，为保证正常的运输业务不受影响，往往建立维修点，对轴承进行必要的定期的清洗和修复，以期延长轴承的使用寿命，减少轴承的资金损耗，从而获得最大的经济效益。

因此，轴承的清洁度是是轴承质量的关键问题之一，轴承的清洗虽不能直接提高轴承的精度、寿命及其各项性能指标，但清洁度将直接影响这些指标，也是轴承精度、寿命、各项性能得以保持的必要条件，随着对轴承质量要求的提高，轴承清洗技术显得十分重要。

我国加入WTO后，国外越来越多的厂家已经落户中国，产品质量竞争和轴承的开发、应用也势在必行，提高轴承清洁度也可促进和改善现有轴承的清洗技术和工艺管理水平，同时也是提高我国轴承行业国际竞争力的有效手段之一。

此外，为了保护臭氧层，我国政府于1989年9月加入了《保护臭氧层的维也纳公约》，1991年6月正式加入了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（伦敦修正案），至2010年完成主要ODS（OzoneDepletingSubstance臭氧层消耗物质）生产领域和消费领域的淘汰。

而多年以来一直以ODS物质为清洗剂的清洗行业，做为5个最大的ODS消费行业之一，也面临着淘汰臭氧层消耗物质的任务和挑战。

从2003年开始，中国近20年的履约活动已经到了国家履约阶段（2003-2011），由于中国清洗设备的制造起步较晚，上个世纪90年代全国仅有几家小型的清洗设备制造企业。

这些企业不仅生产加工设备简陋，而且对替代ODS清洗新工艺的了解和掌握也不够全面。

因此，需要开始使用非ODS清洗剂的新型清洗设备。

在轴承行业迅速发展，对轴承的质量要求越来越高，淘汰ODS清洗技术势在必行的条件下，本课题旨在研究以最新的超声波技术和非ODS碳氢溶剂为清洗介质的轴承清洗工艺，通过实验找出最佳的工艺参数，并将之应用到新型的清洗设备开发中，以实现较高的清洗水平，较低的劳动强度，环保以及合理的设备价格。

综上所述，本课题具有一定的实际意义，并具有广泛的市场需求。

1.2汽车轴承清洗技术国内外研究现状

由于传统的轴承清洗操作简单，只是作为依附于生产过程中的一道工序，因此没有引起广泛的关注。

20世纪80年代以来，随着经济的快速发展，清洗这一古老而年轻的工艺得到快速发展。

20世纪90年代，中国明确产生了清洗行业这一新概念。

进入21世纪，制造业的高速发展促进了清洗设备和清洗剂等企业的快速发展。

在我国对超声清洗技术的研究和应用始于上世纪五十年代，几乎与国外同步进行。

当时超声清洗设备的核心部件是采用磁致伸缩换能器，超声频电源则是电子管器件。

到了七十年代，这种换能器逐渐由高率且制作方便的压电换能器取代，并出现晶体管和晶闸管超声频电源，设备的效率大大提高而体积却缩小很多。

但是，所生产的设备大多是台式、单槽式的超声清洗机，使用的清洗介质大多是水基清洗液。

随着技术的进步，超声波清洗技术的成熟以及新型环保清洗剂的开发，越来越多的企业开始采用新的多缸超声波清洗技术来取代旧的清洗方式和清洗设备。

截至到上世纪80年代前期，我国的使用超声清洗轴承的单位还为数不多。

上世纪80年代以后，特别是90年代开始，随着国民经济的发展，以及科技的不断进步，尤其是先进制造技术的要求，超声清洗技术的研究与超声清洗设备的研制得到了迅速发展研制队伍不断壮大，研制单位不断增多。

90年代后期，国内轴承清洗已得到轴承行业的普遍重视，但各轴承厂清洗设备多是品种繁杂的自制专机，从装筐分槽浸洗到箱式链传动沐浴式清洗机，由于喷淋压力较低，大部分只喷淋轴承一侧，且清洗机的过滤尚未很好解决，故清洗的清洁度无法控制。

近几年，新开发的清洁设备一般都配设传动系统的过载保护、温控显示和超温调节、喷淋系统的液位自控、净化系统的污塞报警及自净化等能力，并推广应用PLC控制，以提高清洗机工作的可靠性。

对清洗机剂的选择，由于国内替代ODS物质的工作已经步入了实施阶段。

近年来由于政府的强烈干预，各地一些企业开始充分重视替代ODS物质和有毒害物质的工业清洗剂。

国内部分企业摒弃传统的ODS清洗剂，采用水剂清洗技术，但是水剂清洗需要解决水剂清洗机和脱水防锈机组成连线的问题，同时，要适应脱水防锈剂的机理和特点，保证轴承在倾斜脱水过程中，内、外圈相对移动数圈，保持架和内外滚道无水剂存留。

因此采用水剂清洗技术的清洗设备需要采用脱水机构，使得机器结构复杂。

此外，使用水剂清洗还存在废液处理的问题。

国外轴承生产中，对清洗十分重视，每道工序间及成品都有清洗设备。

21世纪初，清洗技术大致分为四种：

喷淋式清洗：

这种清洗方法是压力清洗液通过不同的喷嘴喷淋到工件上，以达到清洗效果。

根据压力不同，分为一般清洗和高压清洗，高压清洗可对工件进行脱漆、去毛刺处理。

根据水温的不同，还可分为常温清洗和高温清洗。

沉浸式清洗：

这种清洗方法是将工件放在清洗液中，通过清洗液的循环流动或清洗液的大流量喷射，对工件进行清洗。

超声波清洗：

该方法是将工件放在清洗液中，用超声波发生器对清洗液产生激发作用，达到对工件的清洗。

由于卤化烃清洗液易污染环境，现在采用水基清洗剂。

蒸发脱脂清洗：

此方法采用卤化烃清洗液，使其蒸发，用其蒸汽达到对工件脱脂的目的。

（5）组合式清洗:

把各种清洗方式组合起来清洗，例如，超声波清洗与蒸汽清洗

组合，超声波清洗与浸洗组合，喷淋清洗与浸洗组合等等。

目前，国际社会对环保的重视，国外对超声波清洗技术的研究多数集中在寻找可以替代传统的ODS清洗剂的清洗介质，并根据新的清洗介质的特性，开发合适的清洗装置。

ODS替代技术存在两种主要发展趋势，一种是以欧美所倡导的使用低破坏臭氧层系数的清洗剂为主的替代技术，但是其产品价格比较昂贵。

二是以日本一些公司推崇的碳氢清洗技术。

主要技术路线是，碳氢溶剂捆绑碳氢清洗设备共同使用，这种模式已经被日资企业所普遍接受国内一些企业也正在逐步推广这种技术。

1.3清洗介质使用现状

清洗介质基本上可以分为两大类，即有机溶剂类和水基类。

在轴承清洗行业，常用到的有机溶剂类清洗介质有汽油、煤油，其价格便宜，清洗技术比较成熟，并且对轴承制造中常用的油、脂等污染物有良好的溶解、清除能力，所以应用范围很广;常用到的水基类清洗介质主要是水基清洗剂，根据其添加剂的不同，分为酸性、碱性、表面活性剂类、乳化类、酶类、水类等六类清洗剂，它同样具有价格便宜、清洗技术成熟的优点，并且对水溶性类污染物有比较好的溶解能力。

目前，国际社会对环保的重视，国外对超声波清洗技术的研究多数集中在寻找可以替代传统的ODS清洗剂的清洗介质，并根据新的清洗介质的特性，开发合适的清洗装置。

ODS替代技术存在两种主要发展趋势，一种是以欧美所倡导的使用低破坏臭氧层系数的清洗剂为主的替代技术，但是其产品价格比较昂贵。

二是以日本一些公司推崇的碳氢清洗技术。

主要技术路线是，碳氢溶剂捆绑碳氢清洗设备共同使用，这种模式已经被日资企业所普遍接受国内一些企业也正在逐步推广这种技术。

1.4研究内容

本文依照当前国内清洗业状况和汽车轴承制造商的需求，查阅了大量的国内外文献，并据此将研究重点放在寻求更经济、更高效、更安全的清洗方式上。

本文着重分析了汽车轴承碳氢超声清洗及真空干燥工艺，对碳氢溶剂在不同温度下的清洗力进行了试验对比研究，并根据研究结果设计制造了清洗机，就汽车轴承零件清洗工艺和清洗机的重要内容作了阐述，主要工作如下:

（l）对汽车轴承清洗业国内外现状进行详细调查，并针对轴承零件的污染物对碳氢溶剂清洗能力做出重点分析。

（2）对碳氢清洗工艺作出分析，制定了清洗工艺流程，并对超声波清洗工艺采用真空脱气技术。

着重分析了超声波清洗与真空脱气工艺、漂洗工艺、蒸汽清洗和真空干燥工艺；并针对碳氢溶剂的特性，分析了碳氢蒸馏工艺。

（3）利用上述结果，为汽车轴承设计制造包括超声波清洗、真空干燥等工艺流程的清洗机。

（4）通过分析清洗装置的现场控制需求，设计了基于PLC的控制系统。

调试清洗机的各项运行参数，以达到汽车轴承最佳清洗效果，并对设备运行进行监控。

2汽车轴承清洗工艺过程分析

2.1碳氢溶剂的选择

碳氢溶剂主要成份为高纯度烷烃碳氢化合物。

以前曾简单地将原油蒸馏得到的煤油馏分直接作为清洗剂，由于它有臭味，易燃以及难于干燥等缺点目前己逐渐不再使用。

现在使用的大多数碳氢溶剂是化学合成品或经过高级精炼处理后得到的产品。

液态的碳氢化合物作为传统ODS清洗剂的一种替代品在日本及其他发达国家己经应用较多（大约始于上世纪八十年代），而在我国的应用还处于起步阶段。

碳氢溶剂的组分从其化学结构上可以分为正构烃系、异构烃系、环烷烃和芳香烃四类烃类化合物。

（l）正构烷烃:

是结构式为CnH2n+2的饱和链烃。

直链烷烃的稳定性好、臭味小。

一般是将煤油馏分经过分子筛萃取及蒸馏调整沸点得到的产品。

（2）异构烷烃:

也是结构式为CnH2n+2的饱和链烃。

与直链的正构烷烃相比，异构烷烃具有支链结构，大多通过合成制得的产品。

（3）环烷烃:

是结构式为CnH2n+2的具有环状结构的饱和烃，是单纯环状或含有侧链结构的烷烃。

从性能上看它比饱和链烃的溶解性能好，但在安定性、臭味方面较差。

（4）芳香烃:

是含有苯环结构的碳氢化合物，对油污溶解力强，由于其对人体毒性较大所以现在已较少使用。

经过研究和实践证明在选择使用碳氢溶剂时一般采用馏程范围在170~195℃，闪点范围在50~75℃的正构烷烃（CnH2n+2）较为科学，其安全性和干燥得到了优化。

正构烷烃的粘度最低，有微弱气味，对人体安全，因此最适合做清洗剂。

同时由于其化学结构稳定，连续加热蒸馏回收后不会破坏化学结构，对铁、铜、铝、锌等金属产生的腐蚀远远低于环烷烃、芳香烃、卤代烃，而且碳氢溶剂多次蒸馏仍然可以使用，为碳氢溶剂重复利用奠定了物质条件。

图2.1为碳氢溶剂的蒸气压力曲线图，为真空干燥工艺的研究提供了前提保障。

由图可知碳氢溶剂在大气压下（0.1MPa）的沸点为170℃左右，在减压状态下（0.0133MPa）的沸点为110℃左右。

而三氯乙烯等卤代烃溶剂经过几次蒸馏后就不能够再使用，其原因就在于卤代烃中的卤素原子的活性很大，容易被其他原子或原子团所取代，例如氯离子被氧离子替代，而发生了酸败反应，反复蒸馏使用后洗净力下降，还会对金属产生腐蚀作用。

2.2碳氢溶剂特性分析

2.2.1碳氢溶剂的优缺点

为了便于研究，现将碳氢溶剂作为清洗剂的优点归纳如下:

（l）清洗性能好。

碳氢清洗剂与大多数的润滑油、防锈油、机加工油等油脂同为非极性的石油馏分，碳氢清洗剂清洗这些矿物油的的效果要好于水基清洗剂。

（2）蒸发损失小。

碳氢清洗剂沸点一般在150℃以上，在使用保管过程中挥发损失要比沸点在40~80℃的卤代烃小得多，对包装物和设备的密封要求很低。

（3）无毒。

经毒理试验，碳氢清洗剂的吸入毒性、经口毒性和皮肤接触毒性均为低毒，且不属于致癌物质，与卤代烃相比对清洗操作人员更安全。

（4）材料相容性好。

碳氢清洗剂中不含