CN107497787A - 一种清洗轴类再制造毛坯的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种清洗轴类再制造毛坯的装置及方法，由高温高压水发生单元、清洗单元、清洗液回收单元组成。所述高温高压水发生单元用于提供高温高压水，并通过喷嘴形成扇形水流喷射到轴类再制造毛坯上；所述清洗单元使喷嘴与轴类再制造毛坯之间的微环境达到超临界状态，加速超临界水的传质以及降低污染物与基体表面的吸附能力，对轴类再制造毛坯上的沟槽、盲孔、缝隙中的油污、脂污、积碳等污染物进行有效去除。本发明适用性较强，可产业化应用于轴类再制造毛坯的高效清洗。

Description

一种清洗轴类再制造毛坯的装置及方法

技术领域

本发明涉及使用过程中轴类零件的清洗、处于生命周期末端的轴类再制造毛坯的清洗领域，具体涉及一种高效、高值、可产业化清洗轴类再制造毛坯的装置及方法。

背景技术

再制造是国家倡导的循环经济中“再利用”的高级形式。再制造产品在保证质量不低于原品的条件下，其成本只有原产品的50%，节约能源60%，节省材料达到70%，能够显著降低产品生产的成本，并且降低生产过程对环境的影响。二十一世纪以来，再制造工程逐步得到了国家各部门的重视，国务院各部委相继联合颁布和下发了《中华人民共和国循环经济促进法》、《关于推进再制造产业发展的意见》、《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》等文件和法律，对再制造工程进行了规范和扶持，并确立了再制造工程发展的重点领域与重点单位，将极大促进再制造工程在国内的发展。

再制造过程中需要多次对废旧的零部件上不同的污物进行不同程度的清洗，因此，再制造清洗是零件再制造过程中的重要工序，是检测零件表面尺寸精度、形状精度、位置精度、表面性能等失效形式的前提，是零件再制造的基础，对再制造产品的质量具有全面影响。再制造清洗是指利用机械、物理、化学等清洗方法实现废旧零部件表面油垢、积碳、油漆和涂料、泥垢、水垢、锈垢等污染物的去除，并使清洗后的工件表面达到工业要求的清洁度的过程。常用的物理清洗技术有浸液清洗、喷射清洗、超声波清洗，化学清洗方法有酸洗、碱洗、熔盐清洗等，一些先进的再制造清洗技术也出现在工业生产中，如干冰清洗、激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗等。传统的物理清洗方法易损伤基体表面，而化学清洗、超声波清洗等方法容易腐蚀基体并产生二次污染，对于盲孔类零部件的沟槽、盲孔、缝隙、凹坑等区域的污染物清洗不干净。

轴几乎是任何一种机械中不可缺少的重要零件之一，轴类零件进行再制造具有很大的经济意义和环境意义。我国再制造清洗技术存在很多不足，未来应寻求高效的绿色清洗技术，大幅度减少有毒、有害、易燃易爆及有污染的清洗介质的使用，降低环境污染。超临界流体清洗作为一种绿色清洗技术得到了人们的关注。

已有文献报道了超临界CO₂清洗零部件的技术和装置，CO₂的临界值低，清洗工艺条件不高，但超临界CO₂对油污、积碳、油漆或涂料等污染物的溶解能力较小，而且超临界CO₂常与其它清洗方法结合使用，工艺复杂。此外，零部件的清洗是在密闭反应釜中进行，零部件内置于反应釜固定不动，且超临界CO₂不能连续流动，无法对污染物产生冲刷效应，清洗效率不高，清洗质量较低。发明专利（CN102211096A）公开了一种超临界水射流清洗设备，用于硅片无损清洗，但局部超临界环境难以控制，温度或压力偏差都会导致局部清洗环境偏离超临界状态，即转变为近临界或高温高压水，降低了超临界水的物化性能。此外，水的临界点（温度374、22MPa）很高，在硅片表面形成局部超临界状态，则需要更高的温度和压力，因此，清洗过程能耗较高，难以实现硅片的产业化清洗。清洗过程中污染物与硅片表面具有较强的物理结合力，单纯用超临界水难以去除干净。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种采用超声强化超临界水清洗轴类再制造毛坯的装置和方法，能提高清洗质量和清洗效率，降低清洗成本与环境影响性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，包括高温高压水发生单元、清洗单元、清洗液回收单元；所述高温高压水发生单元向清洗单元中提供高温高压水，所述清洗单元将高温高压水转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯进行清洗；所述清洗液回收单元对清洗单元产生的清洗废液进行收集回收。

所述高温高压水发生单元包括集液器、不锈钢管、去离子水、变频水泵、压力计、反应釜、压强传感器控制器、温度传感器探头、压力计控制器。所述集液器中有去离子水，所述集液器和反应釜通过不锈钢管和变频水泵相连；所述反应釜包括电阻丝、密封圈、上盖、安全阀、釜体。所述反应釜的上盖和釜体之间通过螺栓进行连接，并采用柔性石墨密封圈进行密封。所述温度传感器控制器采用串联布置方式控制电阻丝的功率，压力计控制器和压强传感器控制器采用串联布置方式控制变频水泵的功率。

所述清洗单元包括1进4出分流器、超声波振板、喷嘴、超声波发生器、清洗箱、从动支架、清洗平台、轴类再制造毛坯、联轴器、窥视窗、电机、主动支架。所述分流器与反应釜相连；所述超声波振板通过螺栓与所述清洗箱连接，所述超声波发生器设置在所述清洗箱外围；所述清洗箱内设有温度传感器探头、压强传感器探头、分流器喷嘴和清洗平台；所述清洗平台上设有倒T型凹槽，其上设有主动支架和从动支架，通过调节从动支架上的螺栓，调整从动支架在清洗平台上的紧固位置，以适应不同轴长的轴类再制造毛坯；所述电机通过联轴器与所述主动支架相连；所述清洗箱侧壁上设有窥视窗。

所述清洗箱包括箱体外壳、增强型高温盘根、锁扣、门。所述清洗箱中通过多组锁扣将门进行锁紧，所述门与箱体外壳之间设置有增强型高温盘根。所述箱体外壳和门使用中空设计，中空填充保温石棉。

所述喷嘴的出口处截面为狭长型，并由不锈钢制成。

所述从动支架包括弹性挡圈、平垫圈、支架底座、短轴套、圆柱滚子轴承、螺母、轴；所述支架底座通过螺栓固定在所述清洗平台的倒T型凹槽内。

所述主动支架包括螺母、弹性挡圈、平垫圈、短轴套、圆柱滚子轴承、主动轴、从动轴、滚轮、底座，所述底座通过螺栓固定在所述清洗平台的倒T型凹槽内。

所述清洗液回收单元包括：阀门、清洗废液收集箱、清洗废液。

本发明还公开了所述清洗轴类再制造毛坯的方法，首先，集液器提供足够的去离子水，高温高压水发生单元向清洗单元提供高温高压水，由变频水泵将去离子水加压，并经由不锈钢管道泵送至反应釜中加热，产生压强为10MPa~15MPa和温度为300℃-330℃的高温高压水，清洗单元中的超声波将高温高压水转变为超临界水，用于对轴类再制造毛坯进行清洗；最后，清洗液回收单元对清洗单元中产生的清洗废液进行收集回收。

具体步骤如下：

步骤1：变频水泵从集液器中抽取去离子水，并将去离子水的水压提高，通过不锈钢管将高压去离子水输送到反应釜中；

步骤2：通过盘旋在反应釜外壁的电阻丝对去离子水进行加热至300℃-330℃。设置压力计控制器的压力范围为10MPa~15MPa。当反应釜内压力不够时，压力计控制器将信号反馈给变频水泵，通过调节流量提高反应釜内的压力。

步骤3：将上述高温高压水输送至1进4出分流器，超声波发生器接通电源，超声波振板产生超声波，将高温高压水转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯进行清洗。

步骤4：清洗箱中的温度传感器探头和压强传感器探头检测清洗箱中喷嘴和轴类再制造毛坯之间的温度和压强，通过温度传感器控制器和压强传感器控制器将信号分别反馈给电阻丝和变频水泵，通过调节温度和流量致使清洗箱内的温度和压强能够保持稳定；

步骤5：通过联轴器将电机的动力传递给主动支架的主动轴，以驱动轴类再制造毛坯转动，通过窥视窗观察清洗状态；

步骤6：打开阀门，将清洗废液收集在清洗废液收集箱中。

本发明的有益效果为：

1、在清洗单元引入超声发生器，利用超声效应的热机制和超声空化机制，使得轴类再制造毛坯表面的清洗介质质点的温度和压力瞬时升高。因此，可直接向清洗单元中提供高温、高压水（300℃-330℃、10MPa~15MPa），利用超声效应的热机制和超声空化机制，致使其转变为超临界水，即在清洗介质发生单元只需提供较低的温度和压力，可有效的清洗零部件表面的污物，降低了清洗过程的物耗及能耗。

2、利用超声波的机械物理效应，使得轴类再制造毛坯的油污、脂污、积碳等污染物与基体的结合强度降低，并强化了超临界水的传质，形成了清洗过程的动力源，结合超临界水的氧化分解效应，对轴类再制造毛坯上的污染物进行清除，提高了清洗效率。

3、该清洗装置能对轴类再制造毛坯实现连续化清洗，利用超临界流体流动产生的冲击效应，对轴类再制造毛坯上的油污、油脂、积碳等污染物实现高效清洗。

4、超临界流体发生釜连续的向清洗单元中输送超临界流体，并采用多喷头、轴类再制造毛坯转动的组合形式，实现零部件的全方位清洗。

5、尤其对于盲孔类零部件的沟槽、盲孔、缝隙、凹坑等部位的污染物进行有效清洗去除。

附图说明

图1是本发明清洗轴类再制造毛坯装置的示意图；

图1中标号：1-集液器、2-不锈钢管道、3-去离子水、4-变频水泵、5-电阻丝、6-螺栓、7-密封圈、8-上盖、9-压力计、10-高温高压水、11-安全阀、12-反应釜、13-釜体、14-压强传感器控制器、15-温度传感器控制器、16-温度传感器探头、17-压强传感器探头、18 -1进4出分流器、19-超声波振板、20-喷嘴、21-超声波发生器、22-清洗箱、23-压力计控制器、25-从动支架、24-螺栓、26-清洗平台、27-轴类再制造毛坯、28-阀门、29-联轴器、30-清洗废液收集箱、31-窥视窗、32-清洗废液、33-电机、34-主动支架。

图2是图1中清洗箱22的三维示意图；

图2中标号：2201-箱体外壳、2202-增强型高温盘根、2203-锁扣、2204-门。

图3是图1中喷嘴20的三维示意图。

图4是图1中从动支架25的三维示意图；

图4中的标号：2501-弹性挡圈、2502-平挡圈、2503-支架底座、2504-短轴套、2505-圆柱滚子轴承、2506-螺母、2507-轴。

图5是图1中主动支架34的三维示意图；

图5中的标号：3401-螺母、3402-弹性挡圈、3403-平垫圈、3404-短轴套、3405-圆柱滚子轴承、3406-主动轴、3407-从动轴、3408-滚轮、3409-底座。

图6是图1中清洗平台26的三维示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，包括高温高压水发生单元、清洗单元和清洗液回收单元。高温高压水发生单元向清洗单元提供高温高压水，清洗单元将高温高压水转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯进行清洗，清洗液回收单元对清洗单元中产生的清洗废液进行收集回收。

其中，高温高压水发生单元包括集液器1、不锈钢管2、去离子水3、变频水泵4、压力计9、反应釜12、压强传感器控制器14、温度传感器控制器15、压力计控制器23；集液器1中有去离子水3，集液器1和反应釜12通过不锈钢管2和变频水泵4相连。所述反应釜12包括电阻丝5、密封圈7、上盖8、安全阀11、釜体13；上盖8和釜体13之间通过螺栓6进行连接，并采用柔性石墨密封圈7进行密封；上盖8上设有压力计9。温度传感器控制器15采用串联布置方式控制电阻丝5的功率，压力计控制器23和压强传感器控制器14采用串联布置方式控制变频水泵4的功率；反应釜与清洗单元相连。

清洗单元包括1进4出分流器18、超声波振板19、喷嘴20、超声波发生器21、清洗箱22、从动支架25、清洗平台26、轴类再制造毛坯27、联轴器29、窥视窗31、电机33、主动支架34。分流器18与反应釜相连；所述超声波振板19通过螺栓与所述清洗箱22连接，超声波发生器21设置在所述清洗箱22外围；清洗箱22内设有温度传感器探头16、压强传感器探头17、分流器喷嘴20和清洗平台26；清洗平台26上设有倒T型凹槽，其上设有主动支架34和从动支架25，通过调节从动支架25上的螺栓24，调整从动支架25在清洗平台26上的紧固位置，以适应不同轴长的轴类再制造毛坯27；电机33通过联轴器29与主动支架34相连；清洗箱22侧壁上设有窥视窗31。

清洗液回收单元包括阀门28、清洗废液收集箱30、清洗废液32。

实施例2

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，采用与实施例1相同的结构，其中，清洗箱22包括箱体外壳2201、增强型高温盘根2202、锁扣2203、门2204；清洗箱22中使用多组锁扣2203将门2204进行锁紧，门2204与箱体外壳2201之间设置有增强型高温盘根2202；箱体外壳2201和门2204使用中空设计，中空填充保温石棉。

实施例3

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，采用与实施例1相同的结构，其中，喷嘴20的出口处截面为狭长型，并由不锈钢制成。

实施例4

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，采用与实施例1相同的结构，其中，从动支架25包括弹性挡圈2501、平垫圈2502、支架底座2503、短轴套2504、圆柱滚子轴承2505、螺母2506、轴2507；支架底座2503通过螺栓固定在所述清洗平台26的倒T型凹槽内。

实施例5

一种清洗轴类再制造毛坯的装置，采用与实施例1相同的结构，其中，主动支架34包括螺母3401、弹性挡圈3402、平垫圈3403、短轴套3404、圆柱滚子轴承3405、主动轴3406、从动轴3407、滚轮3408、底座3409，底座3409通过螺栓固定在所述清洗平台26的倒T型凹槽内。

实施例6

一种清洗轴类再制造毛坯的方法，高温高压水发生单元向清洗单元提供10MPa-15MPa和温度300℃-330℃的高温高压水。清洗单元中超声波发生器21接通电源，超声波振板19工作，利用超声波的空化效应，使得喷嘴20与轴类再制造毛坯27之间的高温高压水10转变为超临界水，对轴类再制造毛坯27进行清洗。清洗完毕后，打开阀门28，清洗液废液收集箱30回收清洗液废液32。具体步骤如下：

步骤1：采用功率为1000w~3000w、最大扬程为30m~50m、最大流量为12m³/h~20m³/h、最高频率为60Hz的变频水泵4，从集液器1中抽取去离子水3，并将去离子水的水压提高，通过不锈钢管2将高压去离子水输送到反应釜12中；

步骤2：通过盘旋在反应釜12釜体13外壁的电阻丝5对去离子水进行加热至300-330℃，设置压力计控制器23的压力为10-15MPa。当反应釜内压力不够时，压力计控制器23将信号反馈给变频水泵4，变频水泵4开始运转，提高反应釜12内的压力。

步骤3：将高温高压水10输送至1进4出分流器18内，通过喷嘴20形成扇形水流喷射到轴类再制造毛坯27上。将功率为1500w~2500w、频率为20kHz~40kHz超声波发生器21接通电源，超声波振板19工作，产生超声波，利用超声效应的热机制和超声空化机制，使得轴类再制造毛坯表面的高温高压水的质点温度和压力瞬时升高，当温度和压强达到水的临界点（370℃、22MPa）之上时，此时喷嘴20与轴类再制造毛坯表面之间的高温高压水10转变成超临界态。利用超声波的机械物理效应，使得轴类再制造毛坯27的油污、脂污、积碳等污染物与基体的结合强度降低，并强化了超临界水的传质，结合超临界水的氧化分解效应，对轴类再制造毛坯27上的污染物进行清洗去除。

步骤4：清洗箱22中的温度传感器探头16和压强传感器探头17检测清洗箱中喷嘴20与轴类再制造毛坯27之间的温度和压强，通过温度传感器控制器15和压强传感器控制器14将所得信号分别反馈给电阻丝5和变频水泵4，使得清洗箱内的温度和压强不发生偏移，清洗介质始终为超临界水；

步骤5：通过联轴器29将电机33的动力传递给主动支架34的主动轴3406，驱动轴类再制造毛坯27以15r/min的转速转动，通过窥视窗31观察清洗状态，清洗时间约为15min，清洗度达到98%以上；

步骤6：打开阀门28开关，将清洗废液32收集在清洗废液收集箱30中。

以上所述的具体实施实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案实例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：包括高温高压水发生单元、清洗单元、清洗液回收单元；所述高温高压水发生单元向清洗单元提供高温高压水；所述清洗单元将高温高压水转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯进行清洗；所述清洗液回收单元对清洗单元中产生的清洗废液进行收集回收。

2.根据权利要求1所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述高温高压水发生单元包括集液器（1）、不锈钢管（2）、去离子水（3）、变频水泵（4）、压力计（9）、反应釜（12）、压强传感器控制器（14）、温度传感器控制器（15）、压力计控制器（23）；

所述集液器（1）中有去离子水（3），所述集液器（1）和反应釜（12）通过不锈钢管（2）和变频水泵（4）相连；

所述反应釜（12）包括电阻丝（5）、密封圈（7）、上盖（8）、安全阀（11）、釜体（13）；所述上盖（8）和釜体（13）之间通过螺栓（6）进行连接，并采用柔性石墨密封圈（7）进行密封；所述上盖（8）上设有压力计（9）；

所述温度传感器控制器（15）采用串联布置方式控制电阻丝（5）的功率，压力计控制器（23）和压强传感器控制器（14）采用串联布置方式控制变频水泵（4）的功率；所述反应釜与所述清洗单元相连。

3.根据权利要求1所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述清洗单元包括1进4出分流器（18）、超声波振板（19）、喷嘴（20）、超声波发生器（21）、清洗箱（22）、从动支架（25）、清洗平台（26）、轴类再制造毛坯（27）、联轴器（29）、窥视窗（31）、电机（33）、主动支架（34）；

所述分流器（18）与反应釜相连；所述超声波振板（19）通过螺栓与所述清洗箱（22）连接，所述超声波发生器（21）设置在所述清洗箱（22）外围；所述清洗箱（22）内设有温度传感器探头（16）、压强传感器探头（17）、分流器喷嘴（20）和清洗平台（26）；所述清洗平台（26）上设有倒T型凹槽，其上设有主动支架（34）和从动支架（25），通过调节从动支架（25）上的螺栓（24），调整从动支架（25）在清洗平台（26）上的紧固位置，以适应不同轴长的轴类再制造毛坯（27）；所述电机（33）通过联轴器（29）与所述主动支架（34）相连；所述清洗箱（22）侧壁上设有窥视窗（31）。

4.根据权利要求3所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述清洗箱（22）包括箱体外壳（2201）、增强型高温盘根（2202）、锁扣（2203）、门（2204）；所述清洗箱（22）中使用多组锁扣（2203）将门（2204）进行锁紧，门（2204）与箱体外壳（2201）之间设置有增强型高温盘根（2202）；所述箱体外壳（2201）和门（2204）使用中空设计，中空填充保温石棉。

5.根据权利要求3所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述喷嘴（20）的出口处截面为狭长型，并由不锈钢制成。

6.根据权利要求3所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述从动支架（25）包括弹性挡圈（2501）、平垫圈（2502）、支架底座（2503）、短轴套（2504）、圆柱滚子轴承（2505）、螺母（2506）、轴（2507）；所述支架底座（2503）通过螺栓固定在所述清洗平台（26）的倒T型凹槽内。

7.根据权利要求3所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述主动支架（34）包括螺母（3401）、弹性挡圈（3402）、平垫圈（3403）、短轴套（3404）、圆柱滚子轴承（3405）、主动轴（3406）、从动轴（3407）、滚轮（3408）、底座（3409），所述底座（3409）通过螺栓固定在所述清洗平台（26）的倒T型凹槽内。

8.根据权利要求1所述的清洗轴类再制造毛坯的装置，其特征在于：所述清洗液回收单元包括阀门（28）、清洗废液收集箱（30）、清洗废液（32）。

9.一种清洗轴类再制造毛坯的方法，其特征在于：首先，高温高压水发生单元向清洗单元提供高温高压水，由变频水泵将去离子水加压，并泵送至反应釜中加热，产生压强为10MPa~15Mpa、温度为300℃-330℃的高温高压水；然后，清洗单元将高温高压水转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯进行清洗；最后，清洗液回收单元对清洗单元中产生的清洗废液进行收集回收。

10.根据权利要求9所述的清洗轴类再制造毛坯的方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：变频水泵（4）从集液器（1）中抽取去离子水（3），并将去离子水的水压提高，通过不锈钢管（2）将高压去离子水输送到反应釜（12）中；

步骤2：通过盘旋在反应釜（12）外壁的电阻丝（5）对去离子水进行加热至300℃-330℃，设置压力计控制器（23）的压力范围为10MPa~15MPa，当反应釜（12）内压力不够时，压力计控制器（23）将信号反馈给变频水泵（4），通过调节流量提高反应釜（12）内的压力；

步骤3：将上述高温高压水（10）输送至1进4出分流器（18），超声波发生器（21）接通电源，超声波振板（19）产生超声波，将高温高压水（10）转变为超临界水，用以对轴类再制造毛坯（27）进行清洗；

步骤4：清洗箱（22）中的温度传感器探头（16）和压强传感器探头（17）检测清洗箱中喷嘴（20）和轴类再制造毛坯（27）之间的温度和压强，通过温度传感器控制器（15）和压强传感器控制器（14）将信号分别反馈给电阻丝（5）和变频水泵（4），通过调节温度和流量致使清洗箱（22）内的温度和压强能够保持稳定；

步骤5：通过联轴器（29）将电机（33）的动力传递给主动支架（34）的主动轴（3406），以驱动轴类再制造毛坯（27）转动，通过窥视窗（31）观察清洗状态；

步骤6：打开阀门（28），将清洗废液（32）收集在清洗废液收集箱（30）中。