自动化超声波清洗设备在动车检修过程的应用研究

摘 要：针对动车组牵引变流器、辅助电源装置的柜体底盖板、滤网等部件在检修过程中的清洗方式进行了研究。通过设备的系统设计、清洗工艺设计来实现动车检修过程部件清洗自动化。

关键词：超声波；清洗设备；自动化过滤循环；牵引变流器

中图分类号：U269 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.157

2008年，CRH2型动车组进入四级修以来，牵引变流器、辅助电源装置柜体底盖板、滤网等部件均采用人工清洗的方式进行清洁，人工清洗效率低、消耗的劳动力成本相对较高，清洗的质量需人为把控，清洗的标准很难统一，清洗方式的安全系数低。为了解决这一系列难题，对自动化超声波清洗设备和除毛絮设备在动车检修过程中的应用进行了研究。

1 自动化超声波清洗的原理以及优点

1.1 电热除毛絮原理

去毛絮的原理是利用电加热滤网去除毛絮，利用电加热管产生的热量将滤网上的毛絮炭化、烧焦、烧断，使之不能缠绕在一起，进而实现清洗。

1.2 超声波清洗原理

超声波清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡；存在于液体中的微小气泡（空化核）在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污染物而使它们分散于清洗液中。当团体粒子被油污裹着而黏附在需清洗部件的表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到清洗件表面净化的目的。

1.3 清洗介质

超声波清洗一般采用两类清洗介质，即化学溶剂和水基清洗剂。超声波清洗是物理作用，清洗介质是化学作用，可以加速超声波清洗效果，两种作用相结合，可以对底板等部件进行彻底清洗。

1.4 功率密度

超声波的功率密度越高、空化效果越强、速度越快、清洗效果越好，但对于精密、表面光洁度较高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面造成空化和腐蚀。

1.5 超声波频率

超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度越大，作用也越强。

1.6 清洗温度

一般而言，超声波在30～40 ℃时空化效果最好，清洗剂温度越高，作用越明显，通常采用40～60 ℃。

2 超声波清洗的优点

超声波清洗的优点有以下3个：①部件自动化超声波清洗设备具备扫频功能。清洗工件被多种频率的超声波同时清洗，避免单一频率超声的波峰和波谷，使被清洗工件清洗的更彻底，不留死角。单面波清洗的效果可以延伸到1 000 mm以上，解决了槽体大、波长短达不到理想清洗效果的传统问题。②由于水位与水流速度均对超声效果影响较大，部件自动化超声波清洗设备实现了不同水位、水流速度下频率的自动调节功能，保证了超声的效果和频率匹配。③部件自动化超声波清洗设备由自动烧毛机和自动清洗槽组成，检修部件通过自动烧毛后进行超声自动清洗，提升了清洗的效率和质量。

3 自动化超声波清洗设备系统设计

3.1 清洗设备系统设计

自动化超声波清洗设备分为两大部分组成：①滤网去除毛絮燃烧机。采用特制的烧毛机对动车组牵引变流器、辅助电源装置铝合金滤网边框的毛絮进行去除，整个过程实现了自动化。②超声波清洗、漂洗、烘干等部分。电热除毛絮机主要由传送带、烧毛室、电加热管、冷却风机、滑板以及接料盒组成，结构如图1所示。

图1 电热除毛絮机结构图

底盖板超声波清洗机主要由上、下料台、碳钢骨架、不锈钢清洗槽体、机械臂、过滤循环装置、控制系统等组成。

3.2 清洗设备过滤循环设计

清洗设备水过滤循环，包括储液槽、水泵、过滤器、管路等组成。水路流向为喷淋泵→过滤器→喷头→溢流→储液槽。该循环通过对储液槽清洗液的过滤实现了循环使用，降低了水资源消耗及清洗液的排放，更加节能环保。

3.3 超声波自动化清洗设备的技术参数

电源采用AC380 V 50 Hz，为三相五线制。装机功率约为140 kW ，其中，超声波设备约30 kW。设备占地要求设备预估外形尺寸为（长×宽×高）6 650 mm×3 000 mm×2 950 mm，横向运行速度为4～6 m/min，纵向提升速度为4～6 m/min，提升刹车马达功率为2 HP，额定提升质量为150 kg，最大提升质量为170 kg。

机械手分自动/手动两种控制方式，定位采用无接触的接近感应开关，限位采用机械式行程开关。每个循环后机械手自动归零位机械手立柱、导轨及挂具皆采用优质钢材制作。

4 超声波清洗工艺设计

通过人工将滤网等放入去毛絮机，将烧过毛絮的工件放进工装篮内推入超声波清洗机上料工位，超声波清洗机清洗全程由PLC全自动控制，输送料台自动将工装篮传至上料工位，机械手将清洗篮搬送到各功能槽中，依次经过超声波清洗抛动、超声波清洗抛动、超声波漂洗抛动、鼓泡漂洗抛动、烘干后，机械手将工装篮吊到下料处，人工在工件篮框中取出即整个清洗完成。

4.1 滤网去除毛絮工艺

滤网去除毛絮利用电加热管产生的热量，将滤网上的毛絮炭化、烧焦、烧断，使之不能缠绕在一起，进而实现清洗。滤网去毛絮工艺流程：放料→烧毛→风冷→下料。

4.2 清洗工艺流程

清洗工艺流程：上料→去毛絮→超声波清洗→超声波清洗→超声波漂洗→鼓泡漂洗→烘干→下料。

5 结束语

动车组自动化超声波清洗设备的成功运用，替代了传统的人工燃气烧滤网、手洗的清洗方式，消除了人工厂区内使用燃气燃烧的安全隐患，预计提升清洗效率至100%，并使清洁质量能够通过工艺管控控制。这是实现降本增效、實现现代化工业生产模式的重要部分。此外，清洗设备可以通过增加信息化接口，将清洗状态和数据传输进监控计算机，实现工厂生产的信息化管理。由此可见，自动化清洗设备的应用是未来轨道车辆检修发展的新趋势。

作者简介：李燕德（1986—），男，湖南汨罗人，毕业于湖南商学院，学士学位，助理工程师，研究方向为动车组牵引电气系统检修维保与运用研究。

〔编辑：张思楠〕