揉性清洗技术在汽车发动机清洗中的应用

来源：985论文网添加时间：2020-05-19 14:35

揉性清洗技术在汽车发动机清洗中的应用

摘要：传统的清洗技术和设备主要是加热（或常温）低压大流量定点定位只用于一种工件的清洗。缺点是不能满足发动机缸体、缸盖等复杂型腔、盲孔的高清晰度清洁度、高干度和多种捏合生产方法的要求。发动机气缸体、气缸盖、曲轴、凸轮轴连杆等清洁度低，将直接导致发动机过热、燃烧恶化、轴瓦抱死、排放过多、功率降低等危害。为了适应汽车工业的发展需要，汽车零部件工业必须全面提高各种摩擦件（特别是主要零件：发动机缸体、气缸盖、连杆、曲轴、凸轮轴等）的清洁度、干燥度和生产能力。

关键词：发动机（Theengine）；气缸体（Cylinderblock）；清洁度（cleanliness）；揉性清洗（Kneadingcleaning）

前言

目前，世界经济发展乏力，机械制造业受到较大影响，但国内汽车制造业仍保持良好的增长形式，推动汽车工业向环保、安全、多样化方向发展，质量和个性化。汽车发动机总成生产线的产量和质量需要不断提高，这就要求提高加工线上清洗系统的捏合工艺。传统的清洗技术和设备主要是加热（或常温）低压大流量定点定位只用于一种工件的清洗。缺点是不能满足发动机缸体、缸盖等复杂型腔、盲孔的高清晰度清洁度、高干度和多种捏合生产方法的要求。随着科学技术的发展，捏合技术已应用于各个领域。本文主要介绍了一种基于工业机器人和智能控制系统的捏合清洗系统。捏合清洗系统的核心是基于工业机器人，利用工业机器人上的机械手来保持工件，完成发动机壳体的清洗，尽可能地减少辅助功能部件和操作时间，最终达到结构简化的目的。设备体积小、工作可靠、清洗效果最好、能耗低等特点，使捏合清洗系统能够管理最广泛的各类工件，达到提高生产产量和质量的目的，满足汽车零部件行业对多种捏合生产、高能耗的要求。清洁机的可靠性和高清晰度清洁度。

1揉性清洗技术概述

清洗机是是世界上各种自动化设备中技术先进，性能突出，应用范围广泛，发展迅速的典型现代设备。国外与清洁机相关技术的研究和开发已经进行得较早。关于清洁技术，清洁方法，清洁介质，清洁条件和清洁对象的研究已经变得越来越成熟，并且在现有自动化设备技术的支持下，清洁机器产品的开发一直在加速，并且经历了多个时代喷雾清洁，浸入清洁，超声波清洁，蒸发脱脂清洁和激光清洁。目前，国外一些洗衣机公司已经在清洁机系列产品的研发中引入了模块化设计，同时保证了合理的产品质量和可靠的质量，降低了产品成本，加快了产品开发速度。基于对清洗机喷射系统相关技术的深入研究的高压清洗是清洗机领域的一项高科技。现在，国外一些优质洗衣机的清洗压力已达到32MPa，远远超过了国内水平。基于伺服电机控制及水温、水压控制技术的揉性清洗机实现了对不同结构零部件的揉性清洗。

11揉性清洗技术

揉性清洗机与以往专用清洗机的不同之处在于其清洗室内的喷嘴不再呈针对某种零部件的刚性布置,而是由伺服电机驱动和定位,结合供水系统的水温及水压控制来实现零部件各个部位的逐一清洗。揉性清洗系统一般采用上、下位机控制形式,上位机为工业控制计算机,下位机为基于DSP(DigitalSignalProcess-ing)的运动控制卡。硬件系统主要由工业控制计算机、基于DSP的运动控制卡、驱动及放大部件、交流伺服电机、位置检测部件、接口控制电路、供水系统等组成。针对不同零部件,操作者只需通过简单的计算机编程即可设定相应的喷嘴工作路线及各清洗位的水温、水压,然后由计算机控制伺服电机及供水系统完成整个清洗工作。另外,揉性清洗也可通过多轴关节式工业机器人来实现,以完成对多品种零部件的自动适应及多方位、复杂表面和孔腔的清洗。这一实现方式对机器人的防护等级要求较高,如防水、耐高温等。揉性清洗机的出现具有划时代的意义,它克服了以往专用清洗机只针对单一零部件的局限性,实现了面向不同结构产品的揉性清洗。

12揉性清洗技术创新给汽车行业带来的影响

121推动产业清洗能力稳定

揉性清洗是在汽车清洗过程中使用一台或者多台机床组成的自动化加工系统，当机械在运转过程中出现故障，自动化系统会将清洗材料越过故障机床，运用多种方式对清洗材料进行加工操作。能在机械出现故障的时候对清洗进行动态调度，降低了机械故障对汽车清洗进度的影响，推动汽车产业的快速发展。

122提高清洗设备利用率

利用揉性清洗系统进行清洗操作的机组清洗效率会比同等机组的高出3倍，因为揉性清洗会用计算机对汽车整个清洗工艺流程进行操控，当流程中出现机床停止工作的现象，计算机会立即做出反应对其进行工作新任务分配，将清洗车间机床的利用率提高到最大。这种高效率利用清洗设备将汽车清洗的成本降低，只需要在第一次购买设备时支付较高的费用，在其设备后期的维护方面降低了很多成本，因此揉性清洗对于汽车加工制造产业的成本费用有着很大的收益。

123降低了人工劳动力成本

揉性清洗系统下的汽车清洗流程都是直接用计算机进行操控的，对于揉性系统进行管理的员工只需要一到两个人即可。这要求操控管理员对机械清洗流程十分地了解并有熟练的操控技术，可以对整个庞大的汽车清洗流程进行计算机数控。与传统大规模人工劳动力作业相比，揉性系统的出现在很大程度上降低了汽车清洗的劳动力成本。同时系统具有的灵活性又便于对汽车清洗设备的检查维护工作，很大程度上减少了机械专人维修的成本。

2揉性清洗技术组成

揉性清洗技术主要有：可编程序控制器(PLC)、浪涌式双向翻转涮洗单元、吹干及干燥单元、输送单元、清洗液处理单元5个部分组成。

21可编程序控制器(PLC)

由PROFIBUS—DP现场总线将PLC、人机界面、各工位操作终端、传感器以及机器人控制连接为一体，在PLC中设置以太网接口模块，连接汽车零部件企业工业自动化信息网络管理。采用集成了数模混合技术的先进PLC,在上下料单元、输送单元、清洗单元、吹干单元、干燥单元、冷却单元、气动控制单元和清洗液处理单元分别设置现场I/O模块,通过PROFIBUS协议与PLC总线接口模块通讯实现现场总线控制。在PLC中设置以太网接口模块,满足汽车零部件企业工业自动化信息网络管理。通过实行现场总线控制,体现了其分散、开放、互联、高可靠性的特点,使电气安装更加便捷,维修更加方便,通讯更加可靠,故障更加减少。为汽车零部件企业,实现生产规划和控制、质量控制、可追踪性、维修系统、远程专家诊断等融为一体提供了必备条件。

22浪涌式双向翻转涮洗单元

清洗单元是机床非常重要的组成部分，如果清洗不干净，其中的铁屑等杂质会影响发动机的使用寿命。清洗单元基本由浪涌搅水涮洗、定点及扫描清洗、高压清洗等几部分组成。

浪涌搅水涮洗装置是通过机器人动作配合的基础上完成对工件涮洗技术。浪涌清洗水箱包含有液位检测，搅水喷嘴，放水球阀等。工作中，机器人抓取工件到浪涌清洗水箱中，浪涌注清洗液，搅水喷嘴使水箱中清洗液漩涡式旋转流动，同时机器人带动工件做双向旋转涮洗及上下提升涮洗动作；在通过机器人辅助及搅水喷嘴的作用下，让浪涌内清洗液不断做强力翻腾、旋转等紊乱不规则运动；使工件表面、孔系及内腔受到清洗液的强力冲涮；从而达到工件表面、孔系及内腔上的油污及加工屑等清洗掉的目的。完成浪涌放水球阀打开防水，让油污及加工屑等拍到过滤装置中，等待下一工件的清洗。

定点及扫描清洗装置由管路及清洗水箱组成，清洗压力一般在10～15bar之间。水箱上设有针对工件孔系清洗喷嘴，工作时，通过机器人带动工件，靠近喷嘴，对工件需要清洗的面及孔系进行扫面及定点扫洗。如何提高工件清洗效果是一个技术难点，主要由工件一些很深的孔系及多层复杂的水套腔清洗不干净，影响了工件清洁度指标；现在对于深孔系清洗主要采用探入式清洗而多层复杂水套腔采用焖赌式灌水清洗；上面所述清洗技术对工件清洗质量相对以前有很大提高，单对某个别型号工件也存在清洗效果不佳状态；加工制造业、发动机壳体设计及后期壳体加工工艺制定都制约了我们的清洗技术的发展，迫使我们的清洗技术还需不断提高。高压清洗装置用于发动机壳体油道去毛刺，本单元由插管及随动导向机构和高压泵组组成。插管和随动导向机构组合在一起。工作时，通过机器人带动工件，将工件的指定孔（缸体或者缸盖主油道孔）对准插管并套入并缓慢沿着插管落下，使插管探入主油道孔中，同时高进行280~320bar的高压清洗液从插管壁的切口中喷出，形成“水刀”，对主油道孔中的毛刺进行切除清理。

23吹干及干燥单元

吹干及干燥单元基本由定点及扫描吹干和真空干燥两部分组成。定点及扫描吹干装置由管路及吹干气箱组成，吹干压力一般在3～4bar之间。水箱上设有针对工件孔系及面吹干喷嘴，工作时，通过机器人带动工件，靠近喷嘴，对工件需要吹干的面及孔系进行扫面及定点吹干。现在节能是影响吹干技术发展趋势主要因素，如何减少耗气量，同时达到吹干效果是我们需解决的问题。

真空干燥单元是由可开合的密闭容器、真空泵及管路等组成的系统，从容器中往外抽空气和水汽。抽吸使容器内形成一定真空，降低了水的汽化点，便于水分排出。从而提高了干燥效果，达到了对工件的干燥要求。工件吹干趋向于采用环形扫面吹干加真空干燥装置，达到了对工件的干燥要求；使设备降低能耗，同时因为不用喷嘴针对性的吹干，提高了干燥的揉性化程度。达到设备可以多品种兼容。

24输送单元

输送单元是由输送带、支撑带、输送减速机和抬起减速机等组成的一个系统。输送带上设支承工件的定位块和定位销,使工件随输送带运动;输送带下方设一个是平导轨和一个是V型导轨,用于输送带支承和导向;在输送带的一端设有一个滑槽,通过输送减速机驱动的摆臂滚轮在滑槽中运动带动输送带往复运动。支撑带设支承工件的支架和轴承座支承的三个摆臂轴,每个摆臂轴上的摆臂设有一个平轮和一个V型轮,工件前进到下工位支撑带支架上方,输送带落下,工件落到支撑带支架上,输送带返回等待下一个循环,从而工件实现步进输送。

25清洗液处理单元

这是由清洗水泵、过滤水泵、滚筒过滤器、刮板排屑装置和布袋过滤器等组成的系统。工作中清洗水泵为各清洗单元提供一定压力的清洗液,清洗工件后的污液经过机体流到刮板排屑装置中,较大的杂质经过沉淀被刮板排屑装置排出,清洗液从过滤滚筒外部,经过不亲油的尼龙单丝滤布进入过滤滚筒内部实现一级过滤,经过一级过滤的清洗液通过过滤水泵输送到布袋过滤器中,经过二次过滤的清洗液提供给清洗水泵循环使用。

3揉性清洗技术在汽车清洗中的应用

31精密零件装配前的清洗

汽车发动机的活塞、活塞环、连杆等主要零部件和液压、气动元件都有较高的清洁度要求，装配前采用揉性清洗技术可获得极佳的效果，如轿车汽油机活塞清洗可制定6工位清洗过程，即可满足清洁度要求(含尘量≤1,5mg/件)。

32成型和加工过程中的清洗

汽车车轮是由型材轧制成型再进行焊接组装的，成型前和焊接后都要进行碱性除油和强酸清洗，以去除氧化皮和焊渣，比如采用揉性清洗技术设备对车轮的原材料进行批量清洗，可以避免使用强酸清洗;汽车车轮厂、车架厂采用揉性清洗技术设备进行除油、除锈、除氧化皮和磷化的综合处理，从而保证了漆膜的结合力，可以改善漆膜的外观质量。

33汽车维修中的除污清洗

随着汽车维修业的快速发展，维修设备也在不断更新，采用揉性清洗技术设备进行精密零件的维修清洗省时、省力、节省清洗费用，是效果最佳的清洗方式，比如，无论何种材质、用途的过滤器，使用一段时间后，都会由于杂质造成通透性降低导致报废，普通滤芯价格较低还可以接受，但对于高档汽车，进口滤芯价格非常高，弃之实在可惜，采用聚能型揉性清洗机，可把1kW以上的能量集中在200mm×20mm的辐射面上，清洗强度大，能够快速将堵塞物去除，而清洗1个滤芯的时间仅为10～15min。

结论

目前国内揉性清洗技术及装备的技术水平已经达到国际同类技术的先进水平。为汽车零部件厂家提供了提高清洁度的把关没备，使汽车主要零部件(发动机气缸体、气缸盖、曲轴、连杆、凸轮国轴等)清洁度大幅度提高，使汽车尾气排放达到欧Ⅲ标准，汽车的免维修里程大大提高，满足了汽车零部件厂家多品种揉性化生产需要，受到了专冢认可和用户的高度评价。同时该装备优良的性能使其完全能替代同类进口产品，而价格更具竞争力。该装备使汽车尾气排放达到欧Ⅲ标准，产生良好的环保效果。揉性清洗技术和装备的成功开发为生产企业和用户创造了巨大的经济效益，同时也产生了良好社会效益。

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