CC BY
10Транспорт
УДК 534-8
DOI: 10.30987/1999-8775-2019-2019-12-62-67
И.В. Демьянушко, Ю.М. Лужнов, С.К. Карцов, А.В. Сухов, А.Ю. Крамаренко
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ МОЮЩИХ ПЕН
Рассмотрены основные проблемы, возникающие при мойке автомобилей. Приведены результаты экспериментальных исследований по применению ультразвуковых технологий в процессе получения моющих пен. Получены зависимости ос-
новных свойств пены от акустико-технологических параметров режима ультразвуковой обработки.
Ключевые слова: мойка, загрязнения, моющее средство, ультразвук, пена.
И.В. Демьянушко, Ю.М. Лужнов, С.К. Карцов, А.В. Сухов, А.Ю. Крамаренко
ULTRASONIC PROCESSING IMPACT UPON DETERGENT
FOAM FIRMNESS
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.
Key words: 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
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 ре-
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.
гулировочные, 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 за-
грязнений 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. Пенооб-разование важно, поскольку при мойке автомобилей необходимо удерживать моющее средство на поверхностях различной формы, в том числе вертикальных.
Для повышения смачиваемости и пе-нообразующей способности используются
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, комплексо-образователи 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.
различные методы, такие как добавление присадок в уже существующие СМС, разработка принципиально новых СМС или совершенствование технологий пенообра-зования 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 [57].
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.
Для исследования влияния ультразвуковых колебаний на устойчивость пены использовалась магнитострикционная колебательная система. Схема проведения эксперимента показана на рис. 1. Излучатель 1 трехполуволновой магнитострикци-онной колебательной системы погружался в ёмкость 2 (цилиндрический мерный стакан), в которой находилась смесь моющего средства и воды заданной концентрации.
В ходе обработки частота колебаний / составляла 22 кГц. Режим обработки определялся амплитудой колебаний которая варьировалась от 20 до 28 мкм.
Рис. 1. Схема
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.
проведения эксперимента
В процессе проведения эксперимента измерялись следующие параметры:
1) высота столба образованной пены мм;
2) время оседания половины объема образованной пены *;0,5, с;
3) половина высоты столба образованной пены Л0,5, мм;
4) скорость оседания пены К05 =
^0,5-60 ,
—--, мм/мин.
^0,5
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 ^0.5 f0.5 fti f0.5 fti f0.5 fti f0.5 fti
^^^^^^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
10,5, с
800
700 600 500 400 300 200 100 0
представлена на рис. 2.
> ►
У Л 1
—- о /
—1 t i-
i- С
1 2
4
-А-1 10
30
1 50
20
22
24
26
28
мкм
Рис. 2. Зависимость устойчивости пены различной концентрации от амплитуды колебаний
h
1, см
5
4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4
К/
1 у
1 2
4
-А-1 10
-*-1 30
1 50
20
22
24
26
28
Рис. 3. Зависимость высоты столба пены различной концентрации от амплитуды колебаний
мкм
С увеличением амплитуды колебаний повышается устойчивость пены (рис. 2) и снижается скорость её оседания (рис. 3). Это связано с ростом скорости пенообра-зования 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 оптималь-
ные условия пенообразования создаются при амплитудах 25-30 мкм.
У05, мм/мин 16
14 12 10 8 6 4
1 2
4
-А-1 10
30
1 50
¿т, 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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2
0
1. Карагодин В.И., Митрохин Н.Н. Ремонт автомобилей и двигателей. 2-е изд., стер. М.: Академия, 2003. 496 с.
2. Коробейник А.В. Ремонт автомобилей. Ростов н/Д: Феникс, 2004. 288 с. (Серия «Б-ка автомобилиста»).
3. Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Сундуков С.К. Разработка технологических установок для ультразвуковой очистки изделий автотракторной техники // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 10 (52). С. 22-26.
4. Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Технология окрашивания изделий с использованием ультразвука // Вестник машиностроения. 2015. № 3. С. 38-43.
5. Казанцев В.Ф., Калачёв Ю.Н., Нигметзянов Р.И. [и др.]. Инструменты для ультразвуковой очистки: монография. М.: Техполиграфцентр, 2017. 181 с.
6. Конов С.Г., Котобан Д.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Перспективы применения ультразвуковых технологий в аддитивном производстве // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 9 (51). С. 28-34.
7. Ливанский А.Н., Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Ультразвуковая обработка дисперсных систем / Вестник машиностроения.
2017. № 9. С. 62-68.
8. Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Сухов А.В., Фатюхин Д.С. Ультразвуковой способ получения моющих пен // Вестник машиностроения.
2018. № 12. С. 78-82.
9. Гриб В.В., Лёвушкина Н.В., Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Сухов А.В. Применение ультразвука при получении пен, применяемых для мойки изделий машиностроения // Вестник Московского автомобильно-дорожного государ-
ственного технического университета (МАДИ). 2017. № 1 (48). С. 43-49. 10. Казанцев В.Ф., Фатюхин Д.С. О механизме дегазации при высокоамплитудной ультразвуко-
вой жидкостной обработке / Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2013. № 3. С. 37-42.
1. Karagodin V.I., Mitrokhin N.N. Repair of MotorCars and Engines. 2-d Stereotype Edition. M.: Academy, 2003. pp. 496.
2. Korobeinik A.V. Motor-car Repair. Rostov-upon-Don: Phoenix, 2004. pp. 288. (Series "Motorist's Library").
3. Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Sundukov S.K. Development of technological regulations for ultrasonic cleaning of car-tractor engineering products // Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2015. No.10 (52). pp. 22-26.
4. Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Technology for product coloration using ultrasound // Bulletin of Mechanical Engineering. 2015. No.3. pp. 38-43.
5. Kazantsev V.F., Kalachyov Yu.N., Nigmetzyanov R.I. [et al.]. Tools for Ultrasonic Cleaning: monograph. M.: Technopolygraphcenter, 2017. pp. 181.
6. Konov S.G., Kotoban D.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Outlooks in application ultrasonic technologies in additive production // Science Intensive
Technologies in Mechanical Engineering. 2015. No.9 (51). pp. 28-34.
7. Livansky A.N., Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Ultrasonic treatment of dispersion systems / Bulletin of Mechanical Engineering. 2017. No.9. pp. 62-68.
8. Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Sukhov A.V., Fatyukhin D.S. Ultrasonic method for washing foam manufacturing // Bulletin of Mechanical Engineering. 2018. No.12. pp. 78-82.
9. Grib V.V., Lyovushkina N.V., Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Sukhov A.V. Ultrasound application in manufacturing foams used for engineering product washing // Bulletin of Moscow Motor-Car Road State Technical University (MADI). 2017. No.1 (48). pp. 43-49.
10. Kazantsev V.F., Fatyukhin D.S. On degassing mechanism during high-amplitude ultrasonic liquid treatment / Bulletin of Moscow Motor-Car Road State Technical University (MADI). 2013. No.3. pp. 37-42.
Ссылка для цитирования:
Демьянушко И.В., Лужнов Ю.М., Карцов С.К., Сухов А.В., Крамаренко А.Ю. Влияние ультразвуковой обработки на устойчивость моющих пен //Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 12. С. 62 -67. DOI: 10.30987/1999-8775-2019-2019-12-62-67.
Статья поступила в редакцию 15.11.19. Рецензент: д.т.н., профессор Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета
Александров В.Д. Статья принята к публикации 29. 11. 19.
Сведения об авторах:
Демьянушко Ирина Вадимовна, д.т.н., профессор Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), e-mail: demj-ir@mail.ru.
Лужнов Юрий Михайлович, д.т.н., профессор Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), е-mail: mitriy@newmail.r .
Карцов Сергей Константинович, д.т.н., доцент Московского автомобильно-дорожного госу-
Demiyanushko Irina Vadimovna, Dr. Sc. Tech., Prof. of Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), е-mail: demj-ir@mail.ru.
Luzhnov Yury Mikhailovich, Dr. Sc. Tech., Prof. of Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), е-mail: mi-
triy@newmail.ru.
Kartsov Sergey Konstantinovich, Dr. Sc. Tech., Assistant Prof. of Moscow Automobile and Road Con-
дарственного технического университета (МАДИ), е-mail: sergey-lefmo@yandex.ru. Сухов Александр Вадимович, лаборант Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), е-mail: sukhov-aleksandr96@mail.ru.
Крамаренко Александр Юрьевич, магистрант Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), е-mail: akramarenkoa@yandex. ru.
struction State Technical University (MADI), е-mail: sergey-lefmo@yandex.ru.
Sukhov Alexander Vadimovich, Laboratory assistant of Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), е-mail: sukhov-aleksandr96@mail.ru.
Kramarenko Alexander Yurievich, Master degree student of Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), е-mail: akrama-renkoa@yandex. ru.
