Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления



Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления
Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2429086:

Шестаков Сергей Дмитриевич (RU)

Изобретение относится к способам очистки проволоки от технологических загрязнений смазочных материалов в водных растворах моющих средств и касается способа очистки проволоки и устройства для его осуществления. Способ очистки проволоки в водных растворах моющих средств установленными в виде одной или нескольких плоскоупругих волн вызывающими кавитацию колебаниями ультразвуковой частоты состоит в том, что очищаемую проволоку и раствор моющего средства перемещают вдоль общего для этих волн луча, а также проволоку и раствор моющего средства перемещают во встречных направлениях. Устройство содержит одну или несколько акустических ячеек. Объемами ячеек являются расположенные на оси симметрии твердого волновода с несоосно присоединенными к нему когерентными источниками ультразвуковых колебаний цилиндрические полости. Излучающими поверхностями служат поверхности их оснований, которые принадлежат содержащим отверстия для свободного пропускания очищаемой проволоки и раствора моющего средства перегородкам между объемами ячеек, а также ввернутым в обе оконечности волновода заглушкам. Волновод оснащен выходным и входным патрубками для этого раствора. Изобретение увеличивает эффективность очистки без увеличения размеров и потребляемой мощности чистящего устройства за счет возбуждения упругих колебаний раствора одним акустическим волноводом и непараметрического усиления кавитации и обеспечивает прямолинейность траектории движения проволоки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способам очистки проволоки от технологических загрязнений типа остатков используемых при волочении смазочных материалов в водных растворах моющих средств, для осуществления которых применяется ультразвук и акустическая кавитация, порождаемая рассеянием части энергии возникающих при его распространении в растворе упругих колебаний, и к ультразвуковым устройствам для их осуществления. Очистку заявленным способом можно выполнять как вспомогательную операцию технологического процесса волочения или как самостоятельный процесс, осуществляемый в ходе перемотки проволоки, а заявленное устройство для осуществления этого способа использовать в составе волочильного стана или вместе с перемоточным станком.

Преимущественная область применения изобретения - удаление с поверхности проволоки технологической смазки и подсмазочного слоя перед полировкой, омеднением и нанесением антикоррозийных покрытий в производстве сварочной проволоки или перед нанесением изоляции в производстве электротехнического провода.

Известен способ очистки тонколистового проката, который можно применять и для очистки проволоки, заключающийся в механическом удалении остатков смазок и других технологических загрязнений различного вида щеток, скребков и валиков, в том числе с подачей в зону очистки моющей жидкости [US 5842368, 1998]. Также известен способ очистки проволоки на волочильном стане, осуществляемый путем снятия остатков смазки с ее поверхности листами нетканого волокнистого материала, в том числе пропитанными жидкими моющими средствами, которые протягивают во встречном волочению направлении по обе стороны проволоки между ней и металлическими пластинами [US 6505372, 2003].

Эти и подобные им механические и химико-механические способы требуют наличия специальных устройств управления движением чистящих приспособлений или протяжки протирочного материала и синхронизации их с работой стана. Такие устройства имеют крупные размеры составных частей, непосредственно входящих в состав стана, и увеличивают тем самым его габариты, что препятствует получению с их помощью технического результата изобретения. К тому же эффективность механической очистки низка и она нуждается в использовании сильных химических чистящих средств, которые сами требуют последующего удаления с поверхности проволоки, что делает процесс очистки многостадийным. Это не позволяет использовать способы механической очистки и реализующие их устройства для достижения сформулированного ниже технического результата изобретения.

Известны способы очистки, в которых используется нагрев проволоки за счет пропускания по ней тока высокой частоты [US 6365864, 2002] или создания вблизи нее тлеющего разряда в среде рабочего газа [RU 2098206, 1997], а также способы вакуумно-дуговой очистки [RU 2135315, 1999; RU 2181636, 2002; RU 2305716, 2007] с различными вариантами протяжки проволоки через камеру с откачанным воздухом. Эти способы используют электрическую проводимость самой проволоки, что требует дополнительных мер по обеспечению электробезопасности волочильного стана, на котором они применяются, а также значительно усложняют его конструкцию. Наполняемые газом для возбуждения тлеющего разряда или вакуумные камеры, в которых осуществляется вакуумно-дуговая очистка, представляют собой технически сложные и громоздкие объекты, а проблема герметизации их в узлах входа и выхода очищаемой проволоки является серьезной технической проблемой, требующей дополнительных изобретательских решений, например [WO 2006031151, 2006]. Это не позволяет достигнуть технического результата изобретения и при использовании этих электрических способов очистки и устройств для их осуществления.

Наряду с механическими и электрическими способами известен способ очистки проволоки [RU 2238162, 2004], который можно классифицировать как акустический. В нем используют упругие колебания моющей жидкости, возникающие при излучении в жидкость с пропускаемой через нее проволокой ультразвука, образующуюся в растворе кавитацию и резонансные колебания самой очищаемой проволоки. Ультразвук излучают по нормали к траектории движения проволоки с плоских поверхностей, которые располагают на расстоянии, кратном половине длины волны колебаний моющего раствора на его частоте от этой траектории. Однако известно, что на таких расстояниях в акустической волне кавитации быть попросту не может, а энергия возмущений давления от кавитации, которая действует максимально, наоборот, на нечетно кратных четверти длины волны расстояниях от излучающей поверхности и плотность которой уменьшается пропорционально квадрату расстояния, доходит туда сильно ослабленной [1]. Поэтому кавитация, которая вообще считается очень эффективной в процессах очистки [2], так как обладает сонохимическим, усиливающим действие моющих средств, и эрозионным, способствующим отслоению твердых загрязнений от поверхности, эффектами [3, 4], используется здесь слабо. Кроме того, когда для осуществления этого способа проволоку на определенном участке пропускают под поверхностью моющей жидкости, от прямолинейной траектории волочения ее отклоняют посредством отжимных роликов. Проходя через них, она испытывает двойной перегиб в противоположных направлениях. При этом, вибрируя в резонансе изгибных колебаний, как струна, между роликами под воздействием упругих колебаний моющей жидкости, она еще испытывает и дополнительные знакопеременные вибрационные нагрузки в местах перегибов. Известно, что механические напряжения противоположных знаков, вызывающие даже слабые пластические деформации металлических объектов, снижают пределы их упругости и прочности (эффект Баушингера), особенно при наличии концентраторов напряжений. Поэтому струны музыкальных инструструментов чаще всего рвутся вблизи колков, с помощью которых их натягивают. Таким образом, использование для отслоения загрязнений изгибных колебаний проволоки в совокупности с перегибами на роликах разупрочняет ее, что препятствует получению технического результата изобретения описанным способом.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному является способ изготовления проволоки, включающий ее очистку жидкостью, которую ведут с применением вызывающих кавитацию вблизи нее ультразвуковых колебаний [RU 2205711, 2003]. Этот способ принят за прототип. В нем на жидкость, в которой движется проволока, последовательно воздействуют ультразвуком с разными волновыми параметрами и поэтому, как сказано в описании способа, в этих разных волнах образуется кавитация, при которой сильнее пульсируют пузырьки разных начальных диаметров. При этом очищаемая проволока последовательно проходит через зоны колебаний с различной по величине рассеиваемой на кавитации мощностью, где происходит селективное взаимодействие чистящего фактора с загрязнениями, имеющими разную адгезию к поверхности. В целом это обеспечивает комплексность удаления загрязнений с разными физико-химическими свойствами. Но для осуществления такого способа требуется много излучателей ультразвуковых волн с разными параметрами и емкость с моющей жидкостью больших габаритов. Это обстоятельство и является причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа.

Изобретение направлено на уменьшение размеров устройства за счет расположения вне траектории движения проволоки емкости с большей частью моющего раствора и осуществления его рециркуляции через зону очистки, повышение эффективности очистки за счет рационального использования рассеиваемой на кавитации энергии акустических колебаний, сохранение прямолинейной траектории движения проволоки без приводящих к ее разупрочнению перегибов.

Сущность изобретения в части, касающейся способа, заключается в следующем. В технике, использующей для получения кавитации гармонические упругие колебания жидких сред, известно понятие акустической ячейки [4, 5, РФ 2008152540, 2008]. Плоскоупругая волна, излучаемая в полупространство жидкости с приводящей к возникновению кавитации интенсивностью, способна возбуждать ее всего в нескольких прилежащих к излучающей поверхности полуволнах [6]. Если каким-либо образом физически ограничить распространение волны в жидкости этими полуволнами [ЕР 1629885, 2006, ЕР 1810747, 2007; РФ 2008152540, 2008], то поверхность, ограничивающая размер волны по лучу, и излучающая поверхность и составят акустическую ячейку. Когда эта ячейка содержит нечетное число полуволн, а обе ограничивающих ее поверхности когерентно излучают ультразвук, то, сделав встречные волны синфазными, можно усилить в ней кавитацию. Тогда результирующая волна в ячейке будет иметь неподвижные в пространстве поверхности равных фаз (фронты) [7], но рассеиваемая на кавитации энергия будет переноситься в ней от излучающих поверхностей вдоль оси (луча) по направлению к центру. Пропуская проволоку не поперек, а вдоль луча в одной такой или нескольких таких волнах, можно значительно увеличить количество получаемой ее поверхностью энергии кавитации, которая выполняет работу по очистке. К тому же, поскольку в каждой волне расстояние между центрами соседних кавитационных областей равно полуволне, а периоды сжатия там наступают в противофазе, то там будет действовать еще и эффект автоусиления кавитации [5]. Если при этом проволоку перемещать навстречу раствору, циркулирующему по замкнутой схеме с отфильтровыванием загрязнений в каждом цикле, то в процессе очистки можно не только отделять загрязнения от нее, но и непрерывно удалять их из зоны очистки. Надо заметить, что фазовый способ усиления кавитации известен [5, WO 2007120067, 2007; RU 2286205, 2006; RU 2372139, 2009], но в нем усиление получают не в одной образованной двумя источниками колебаний волне с несколькими пучностями звукового давления, а используют для этого несколько независимых друг от друга полуволн, образованных отдельными источниками. Поэтому он находится вне области притязаний заявленного способа.

Однако обеспечить реализацию описанной выше сущности этого заявленного способа невозможно, используя известные конструкции устройств ультразвуковой очистки проволоки, так как оси источников, то есть лучи испускаемых ими при работе упругих волн, во всех них, включая устройство для осуществления прототипа, направлены поперек траектории волочения. Это не позволяет в полной мере использовать энергию кавитации, которая выделяется в полуволнах, расположенных за пределами той, через которую проходит траектория движения проволоки. Кроме того, в описаниях аналогов моющую жидкость полагают занимающей все полупространство, с которым соприкасаются излучающие поверхности источников. На самом же деле, даже когда интенсивности упругой волны хватает на возбуждение кавитации на расстоянии ограниченного числа полуволновых отрезков от излучающей поверхности, отраженная от какой-либо преграды часть этой волны в результате суперпозиции может смещать расположение узлов и пучностей звукового давления и ощутимо менять величину выделяемой на кавитации мощности [6]. Таким образом, например, в устройстве для осуществления аналога заявленного способа [RU 2238162, 2004] эта мощность будет зависеть от уровня моющей жидкости в ванне, если излучатели установлены на ее дне, или от размеров ванны, если они установлены на боковых стенках. Однако об этих размерах в описании аналога ничего не сказано и размеры акустической ячейки, которая физически существует в устройстве, не охарактеризованы в виде признаков. Все это не позволяет получить технический результат изобретения с помощью такого или аналогичных ему устройств.

Наиболее близким к заявленному является устройство для ультразвуковой очистки проволоки [RU 2360746, 2009], которое и принято за его прототип. В нем очищаемая проволока перемещается относительно излучателей также как и в аналоге [RU 2238162, 2004], но по траектории в виде многоугольника, углы при вершинах которого больше прямого, что обеспечивает ее меньшую, чем у аналога, кривизну и, следовательно, меньшую деформацию проволоки. К тому же в прототипе, в отличие от аналогов, есть акустические ячейки, составленные погружными излучателями ультразвуковых колебаний и отражателями, которые размещены в непосредственной близости от очищаемой проволоки параллельно излучающим поверхностям на расстоянии от них, кратном половине длины волны ультразвуковых колебаний в моющем растворе. Такое сочетание характеризующих устройство признаков говорит о том, что проволока пропускается от излучающей поверхности тоже на расстоянии, близком к полуволне колебаний жидкости, где в расположенной там пучности упругих колебаний амплитуда давления равна нулю [7]. Даже если, как сказано в описании прототипа, кавитационные пузырьки и выносятся туда акустическими течениями жидкости, но кавитация - чередующиеся этапы роста и коллапса пузырьков под воздействием переменного внешнего давления - практически невозможна, а значит, отсутствует и возможность получить технический результат изобретения с помощью этого прототипа устройства.

Сущность изобретения в части, касающейся устройства для ультразвуковой очистки проволоки, заключается в следующем. Чтобы, не изгибая пропускать очищаемую проволоку вдоль оси одной или нескольких акустических ячеек, расположенных как можно ближе друг к другу, нужно, чтобы упругие колебания раствора моющего средства в них возбуждались колебаниями общего для них твердого волновода, который должен быть соосен с прямолинейной траекторией проволоки. А колебания этого волновода следует возбуждать несоосно присоединенными к нему когерентными излучателями ультразвука наподобие 15 кГц converter MPI-6160F-15S-2 [10] или [RU 2332266, 2008; РФ 2009138952, 2009], тогда они не будут мешать движению проволоки и не удлинят участок его траектории в зоне очистки. Известно, что в пределах полуволны колебаний площадь сечения твердого обладающего упругостью формы волновода плоской волны резко можно изменять не более чем в 2,5 раза, чтобы в его частях не возникало неосновных мод колебаний [8, 9]. Поэтому ячейки следует выполнить в виде цилиндрических полостей в волноводе с как можно большим диаметром оснований цилиндров, но не превышающим 0,8 корня квадратного из минимальной площади его поперечного сечения. Если при этом поместить геометрические центры ячеек в плоскостях узлов продольных колебательных смещений волновода на частоте излучателей, то поверхностями, излучающими в ячейки встречные когерентные волны, будут основания объемов этих ячеек. При существующей разнице скоростей звука в твердом металлическом волноводе и водных растворах электролитов [11], какими являются промышленные моющие средства, нужно установить между ними расстояние больше 1 1/4 длины волны колебаний жидкости. Тогда в каждой ячейке будет умещаться максимально возможное число пучностей звукового давления результирующей волны, обеспечивающей его максимально возможную амплитуду, а также будут обеспечены все условия для автоусиления кавитации. Для пропускания проволоки сквозь такие соосные ячейки в перегородках между ними и в заглушках на оконечностях волновода, обращенные внутрь поверхности которых играют роль излучающих поверхностей, должны быть соосно выполнены сквозные отверстия. Причем, если отверстия в перегородках будут больше диаметра проволоки, обеспечивая ее свободное прохождение, в заглушках приблизительно равны ему, обеспечивая скользящее прохождение, а крайние ячейки будут снабжены патрубками, то можно будет пропускать моющий раствор через устройство по замкнутому циклу. Если при этом патрубки будут расположены в узлах колебаний волновода, то они не будут препятствовать его колебаниям и бесполезно рассеивать энергию колебаний.

Технический результат изобретения состоит в увеличении эффективности очистки без увеличения размеров и потребляемой мощности чистящего устройства за счет возбуждения упругих колебаний раствора одним акустическим волноводом и непараметрического усиления кавитации, а также в обеспечении прямолинейности траектории движения проволоки за счет расположения акустических ячеек внутри волновода в ряд друг за другом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки проволоки в водных растворах моющих средств установленными в виде одной или нескольких плоскоупругих волн вызывающими кавитацию колебаниями ультразвуковой частоты одно отличие состоит в том, что очищаемую проволоку и раствор моющего средства перемещают вдоль общего для этих волн луча. Другое отличие состоит в том, что проволоку и раствор моющего средства перемещают во встречных направлениях. В известном же устройстве для осуществления этого способа, содержащем одну или несколько акустических ячеек, первое отличие состоит в том, что объемами этих ячеек являются расположенные на оси симметрии твердого волновода с несоосно присоединенными к нему когерентными источниками ультразвуковых колебаний цилиндрические полости, геометрические центры которых принадлежит плоскостям узлов продольных колебательных смещений волновода на частоте источников колебаний, а излучающими поверхностями служат поверхности их оснований, которые принадлежат содержащим отверстия для свободного пропускания очищаемой проволоки и раствора моющего средства перегородкам между объемами ячеек, а также ввернутым в обе оконечности волновода заглушкам, содержащим отверстия для скользящего пропускания проволоки и задерживания раствора моющего средства, причем волновод оснащен выходным и входным патрубками для этого раствора, закрепленными в волноводе на перпендикулярах к оси его симметрии восстановленных из геометрических центров первой и последней по направлению пропускания проволоки акустических ячеек, соответственно. Второе отличие состоит в том, что расстояние между основаниями цилиндрических объемов каждой акустической ячейки составляет не менее 1,25 длины волны упругих колебаний раствора моющего средства на частоте источников колебаний. Третье отличие состоит в том, что диаметр оснований цилиндрических объемов акустических ячеек не превышает 0,8 квадратного корня из минимальной площади поперечного сечения волновода, но превышает диаметр проволоки. И четвертое отличие состоит в том, что диаметры отверстий во ввернутых в оконечности волновода заглушках составляют до 1,2 диаметра очищаемой проволоки, а в перегородках между ячейками до 3 ее диаметров, но не более трети диаметра ячейки.

На фиг.1 приведен общий вид устройства, содержащего четыре источника колебаний - пьезокерамических излучателя ультразвука 1, несоосно механически присоединенных к титановому монолитному волноводу 2, внутри которого размещены акустические ячейки и пропускается очищаемая проволока 3. Пунктиром показаны эластичные оболочки наподобие «flex housing» излучателей MPI-5020s-6PS [10], защищающие пьезоэлементы и их электрическое соединение посредством электродов и проводов с источниками питания (на других чертежах опущены).

На фиг.2 показан разрез устройства, изображенного на фиг.1 по оси А-А. Черными стрелками здесь и далее обозначено направление движения проволоки, белыми - направление циркуляции раствора. Тоновым рисунком внутри ячеек здесь и далее показано двухмерное распределение в плоскости разреза относительной плотности кавитационной мощности (от белого - 0 до черного - max), построенное по [12]. Цифрами обозначены: 4 и 5 - акустические ячейки; 6 - монолитная с волноводом перегородка между ячейками с отверстием для свободного пропускания проволоки; 7, 8 - заглушки с отверстиями для скользящего пропускания проволоки и удержания раствора моющего средства; 9, 10 - напорный и расходный штуцеры для соединения с системой циркуляции раствора моющего средства.

На фиг.3 изображен вид Б устройства со стороны выхода из него очищаемой проволоки, а на фиг.4 - вид В со стороны входа.

На фиг.5 приведен вид спереди (со стороны входа проволоки) устройства, содержащего два источника колебаний - магнитострикционных излучателя 11, несоосно присоединенных к титановому составному волноводу 12. Цифрами обозначены: 13, 14 - расходный и напорный штуцеры для соединения с системой циркуляции раствора моющего средства; 15 - заглушка с отверстием для скользящего пропускания проволоки и удержания раствора.

На фиг.6 показан разрез Г-Г устройства, изображенного на фиг.5. Цифрами обозначены: 17, 18 - ячейки в передней и задней частях составного волновода, соединенных шпилькой 19 с осевым отверстием для свободного пропускания проволоки; 16 - заглушка в задней части волновода с отверстием для скользящего пропускания проволоки и удержания раствора; 20, 21 - закладные элементы конструкции волновода для крепления устройства на волочильном стане.

На фиг.7 изображен вид Д устройства со стороны выхода из него очищаемой проволоки.

На фиг.8 совмещенно изображена схема устройства с отличительными признаками аналога [RU 2238162, 2004], выполненного в двух вариантах, где в левой части чертежа поверхность раствора 22 находится на расстоянии трех полуволн от рабочей поверхности излучателя 1, в правой - двух с половиной. Проволока 3 перемещается под поверхностью раствора на роликах 23, два таких же по мощности, частоте и размерам, как в устройстве на фиг.1-4 излучателя, смонтированы в дне емкости 24, в которой этот раствор находится.

На фиг.9 показана схема прототипа устройства, изображенного на фиг.1-4, с равными ему по мощности, частоте и размерам излучателями ультразвука 1. Они смонтированы так, что их части, требующие электрического соединения, размещены в герметичном кожухе 25 задними частями вплотную друг к другу, благодаря чему вся конструкция устройства приобретает минимально возможные габариты.

На фиг.10, 11 приведена схема использования устройства, изображенного на фиг.5-7. Цифрами обозначены: 26 - патрубок для слива раствора самотеком; 27, 28 - части кожуха; 29 - трубка охлаждения преобразователя верхнего источника; 30 - герметичный электроввод; 31 - опора; 32 - патрубок подачи раствора.

Реализация признаков изобретения иллюстрируется на следующем примере его сравнения с аналогом и прототипом. Сравниваемые устройства, изображенные на фиг.1-4, 8 и 9, содержат в качестве источников колебаний пьезокерамические излучатели частотой 28 кГц, потребляемой мощностью 200 Вт и диаметром излучающей поверхности 25 мм, соответствующие по техническим характеристикам излучателям типа MPI-2525D-28Н [10]. Аналог реализован в двух вариантах. Первый, когда расстояние между излучающими поверхностями и поверхностью раствора составляет три полуволны (фиг.8, слева) колебаний раствора, второй, когда две с половиной (фиг.8, справа). Длина прямолинейного участка проволоки в зоне действия излучателей составляет в том и другом вариантах по пять диаметров излучающей поверхности. Прототип соответствует фиг.9 с такой же, как у аналога длиной прямолинейных участков проволоки на всех сторонах шестиугольника, находящихся напротив шести излучателей.

Используя известную закономерность распределения плотности потенциальной энергии кавитации от координат пространства, в котором она действует [12, 13], можно построить функции ее распределений за определенный промежуток времени, которые и показаны на фиг.2, 8, 9. А, воспользовавшись теорией подобия кавитационных процессов [6], можно рассчитать безразмерную величину, пропорциональную потенциальной энергии кавитации, которую получает поверхность проволоки за время ее нахождения в сравниваемых заполненных растворами с одинаковыми акустическими свойствами устройствах, если она движется в них с одинаковой скоростью.

Результаты сравнительного компьютерного вычислительного эксперимента, проведенного с использованием описанной в [12] математической модели, транслированной в программу в среде MathCAD 2001 Professional, MathSoft, Inc., приведены в таблице. За единицу условно принята энергия кавитации, выделяемая на поверхности проволоки во время очистки в первом варианте аналога.

ОБЪЕКТ ПАРАМЕТР Аналог Прототип Изобретение
Вар. 1 Вар. 2
Число излучателей, шт. 2 2 6 4
Энергия кавитации, ед. 1 2,02 7,22 7,69
Удельная энергия очистки*, ед. 0,5 1,01 1,20 1,92
*энергия кавитации, отнесенная к числу излучателей.

Таким образом, поскольку во всех сравниваемых устройствах взяты однотипные излучатели, то при очистке в соответствии с признаками изобретения на единицу затраченной энергии поверхность проволоки получит больше энергии кавитации, чем при очистке в соответствии с признаками лучшего варианта аналога в 1,9 раза и чем прототипа в 1,6 раза. Значит и эффективность очистки, где полезная работа является эквивалентом этой энергии, будет при использовании изобретения пропорционально выше. Что касается габаритов устройства для очистки, то размер волновода заявленного устройства в направлении движения проволоки, в котором оно все и умещается (фиг.1), в рассмотренном примере определяется длиной волны колебаний в металле, то есть при частоте 28 кГц и использовании титанового сплава не превысит 180 мм. В прототипе же (фиг.9) описанная вокруг шестиугольной траектории движения проволоки окружность будет иметь диаметр около 250 мм.

Этот пример сравнения показывает, что заявленные способ и устройство обладают существенными по отношению к техническому результату изобретения признаками, отличающими их от наиболее близких аналогов, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предметов изобретения.

При анализе отличительных признаков изобретения не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся установления подобных требований к способу очистки проволоки и устройству для его реализации с целью повысить ее очистку без увеличения габаритов и потребляемой мощности чистящего устройства и обеспечить прямолинейную траекторию движения проволоки.

Изобретение в составе волочильного стана может быть осуществлено следующим образом. Пусть требуется снимать с поверхности проволоки, предназначенной стать электродом для автоматической сварки, слой остающейся после волочения технологической смазки перед операцией ее омеднения. Источниками используемых для этого ультразвуковых колебаний в водном растворе 15 г/дм3 моющего средства типа МС-15 по ТУ 2149-115-10968286-2000 являются два магнитострикционных излучателя частотой 22 кГц и мощностью 400 Вт производства ООО «Ультратехника - СИ» (г.Северодвинск). Такое устройство изображено на фиг.5-7, а схема его использования в составе стана на фиг.10, 11. Согласно этой схеме составной волновод 12 из титанового сплава ПТ-ЗВ с несоосно присоединенными к нему двумя излучателями 11 закладными элементами 20 и 21 вставлен сверху в пазы опоры 31, которая сквозь дно нижней части кожуха 28 герметично закреплена на волочильном стане. Эта часть кожуха служит для охлаждения раствором расположенного сверху преобразователя через трубку 29, а нижнего за счет погружения под поверхность собирающегося в ней раствора, который затем стекает через патрубок 26 в резервуар системы циркуляции (на схеме не показан). В ней также расположен герметичный электроввод 30 обмоток преобразователей, присоединяемых к общему для них или разным, но синхронизированным по фазе источникам питания (не показаны). Очищенный с помощью фильтров раствор поступает обратно в устройство через патрубок 32. Съемная верхняя часть 27 кожуха обеспечивает доступ к устройству для его технического обслуживания и заправки в него проволоки при подготовке его к работе.

Устройство подготавливается к работе и работает следующим образом. Заправку проволоки 3 осуществляют при снятой верхней части кожуха 27, предварительно приподняв устройство в опоре 31, с помощью кондуктора (разрезной втулки с отверстием под проволоку), который вводят при снятых заглушках 15, 16 в переднюю ячейку волновода до шпильки 19 (фиг.6). После заправки в волновод предварительно пропущенной через заглушку 15 проволоки кондуктор извлекают из ячейки и, разделив пополам, снимают с нее. Затем устройство по пазам опоры 31 опускают на место, вворачивают заглушки 15 и 16, предварительно пропустив проволоку через отверстие в последней, устанавливают верхнюю часть кожуха и включают циркуляцию моющего раствора. Он, последовательно входя через патрубок 32, штуцер 14 (фиг.5-7) в ячейку 18 и через зазор между проволокой и стенками отверстия в шпильке 19 в ячейку 17, выходит через штуцер 16. Далее из трубки 29 он орошает сердечник с обмоткой преобразователя, расположенного сверху источника колебаний, который при работе будет выделять тепло рассеиваемой на потерях в обмотке и сердечнике части энергии. Небольшая часть раствора может вытекать в зазоры между проволокой и стенками отверстий в заглушках 15 и 16, хотя проволока в них имеет скользящую посадку и этот зазор минимален. Но, тем не менее, даже если это происходит, то раствор все равно попадет в нижнюю часть 28 кожуха, куда он собирается и из трубки 29 после орошения верхнего преобразователя. Заполнив эту часть кожуха до уровня патрубка 26, чем и обеспечивается погружение нижнего преобразователя под поверхность, он вытекает через этот патрубок и поступает в резервуар системы циркуляции, где фильтруется и подается обратно через патрубок 32.

Стан запускают после включения питания излучателей путем подачи тока частотой 22 кГц на обмотки магнитострикционных преобразователей 11, соединенных с источниками питания через герметичный электроввод 30. Они за счет магнитострикционного эффекта заставляют излучатели, а вместе с ними и волновод совершать упругие колебания вдоль оси, по которой движется проволока. При этом синхронные встречные колебания начинают попарно совершать и обращенные внутрь ячеек 17 и 18 поверхности заглушек 15, 16 и шпильки 19. Суперпозиция этих колебаний в находящемся в ячейках растворе вызывает появление там стоячих плоскоупругих волн с лучом, совпадающим с осью проволоки. Так как оси ячеек превышают размер двух с четвертью полуволн в растворе, то в них образуется по три пучности звукового давления, изменяющегося в соседних пучностях в противофазе. Вблизи этих пучностей амплитуда акустического давления будет периодически превышать предел прочности раствора на разрыв, чем вызовет возникновение кавитации. Импульсы давления, распространяющиеся от кавитационных пузырьков, которые сосредоточены вблизи центров каждой из полуволн в пучностях давлений, так как они испускаются, преимущественно, в конце полупериода сжатия стоячей волны, а распространяются со скоростью звука, будут совпадать во времени в центрах каждой из ячеек. При этом вероятность пространственного совпадения этих импульсов с местами нахождения кавитационных пузырьков там сильно увеличится. Это вызовет так называемый эффект непараметрического усиления кавитации [5]. В таких условиях проходящая через ячейки проволока будет получать наибольшее количество энергии, благодаря чему производительность очистки может быть увеличена, либо снижено потребление затрачиваемой на нее энергии. То есть эффективность очистки возрастет. При этом чистящее устройство будет иметь сравнительно небольшие габариты, а траектория движения проволоки в нем останется прямолинейной.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления заявленного изобретения с помощью описанных в заявке или известных ранее средств и методов, а также о возможности достижения указанного выше технического результата при воплощении совокупности признаков изобретения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля // под ред. Л.Д.Розенберга.- М: Наука, 1968.

2. Багров И.В., Нигметзянов И.И., Прихотько В.М. Технологическое применение ультразвука в процессах очистки // в кн. «Ультразвуковые технологические процессы - 98».- М.: Изд. МАДИ (ТУ), 1998. - С.49-52.

3. Margulis M.A. Sonochemistry and Cavitation.-London: Gordon & Breach, 1995.

4. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. - М.: ЕВА-пресс, 2001.

5. Шестаков С.Д. Исследование возможности непараметрического усиления многопузырьковой кавитации // Прикладная физика. - 2008.- №6. - С.18-24.

6. Шестаков С.Д., Бефус А.П. Формулирование критерия подобия сонохимических реакторов при обработке сред, не обеспечивающих акустического резонанса, 2008. - Деп. в ВИНИТИ РАН, №840-В2008.

7. Горелик Г.С. Колебания и волны. - М.: Ф-МЛ. - 1959.

8. Физическая акустика / под ред. У.Мэзона, Том 1, Часть А. - М: Мир, 1967.

9. Шестаков С.Д. Комплексная критериальная оценка качества трансформации плоской упругой волны // Труды XIII сессия Росс. акуст.об-ва, Т.1. - М: ГЕОС, 2003, с.31-35.

10. http://www.ultrasonicsworld.com.

11. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М: ИИЛ, 1956.

12. Шестаков С.Д. О распределении плотности потенциальной энергии многопузырьковой кавитации относительно порождающей ее гармонической волны // Труды XVI сессии Росс. акуст. об-ва, T.1.- М.: ГЕОС, 2005, с.116-121.

13. http://idea.emind.ru/discovery/show/81.

1. Способ очистки проволоки в водных растворах моющих средств установленными в виде одной или нескольких плоско-упругих волн вызывающими кавитацию колебаниями ультразвуковой частоты, отличающийся тем, что очищаемую проволоку и раствор моющего средства перемещают вдоль общего для этих волн луча.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проволоку и раствор моющего средства перемещают во встречных направлениях.

3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее одну или несколько акустических ячеек, отличающееся тем, что объемами этих ячеек являются расположенные на оси симметрии твердого волновода с несоосно присоединенными к нему когерентными источниками ультразвуковых колебаний цилиндрические полости, геометрические центры которых принадлежат плоскостям узлов продольных колебательных смещений волновода на частоте источников колебаний, а излучающими поверхностями служат поверхности оснований этих цилиндрических полостей, которые принадлежат содержащим отверстия для свободного пропускания очищаемой проволоки и раствора моющего средства перегородкам между объемами ячеек, а также ввернутым в обе оконечности волновода заглушкам, содержащим отверстия для скользящего пропускания проволоки и задерживания раствора моющего средства, причем волновод оснащен выходным и входным патрубками для этого раствора, закрепленными в волноводе на перпендикулярах к оси его симметрии восстановленных из геометрических центров первой и последней по направлению пропускания проволоки акустических ячеек соответственно.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что расстояние между основаниями цилиндрических объемов каждой акустической ячейки составляет не менее 1,25 длины волны упругих колебаний раствора моющего средства на частоте источников колебаний.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диаметр оснований цилиндрических объемов акустических ячеек не превышает 0,8 квадратного корня из минимальной площади поперечного сечения волновода, но больше диаметра проволоки.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диаметры отверстий во ввернутых в оконечности волновода заглушках составляют до 1,2 диаметра очищаемой проволоки, а в перегородках между ячейками до 3 ее диаметров, но не более трети диаметра ячейки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прокатному и волочильному производству, конкретно к технологии и оборудованию для очистки от окалины горячекатаной проволоки. .

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкциям устройств для зачистки поверхности отрезков проволоки. .

Изобретение относится к обработке металлов резанием и позволяет за счет многоразового использования отрезков проволоки экономить металл при снижении трудоемкости.

Изобретение относится к способу очистки поверхностей в заданном диапазоне ультразвуковых колебаний путем распространения непрерывного вихревого потока очищающей жидкости, которым отрывают частицы загрязнений и обеспечивают повышение качества очищаемой поверхности.

Изобретение относится к устройствам для очистки деталей подшипников качения в водных моющих растворах посредством сонохимического и эрозионного действия ультразвуковой кавитации в упругих волнах, которые распространяются в растворе источниками колебаний, имеющими плоские излучающие поверхности, а также к способам переналадки этих устройств при замене типоразмера очищаемой детали.

Изобретение относится к системам очистки длинномерных изделий от поверхностных загрязнений, солевых отложений, в частности элементов тепловыделяющих систем атомных станций.

Изобретение относится к области ультразвуковой обработки и может применяться для очистки изделий от технологических и эксплуатационных загрязнений. .
Изобретение относится к устройствам для ультразвуковой очистки малогабаритных преимущественно металлических изделий от различного вида загрязнений. .
Изобретение относится к способам очистки металлических изделий от технологических загрязнений, образующихся на их поверхности в процессе изготовления, и эксплуатационных загрязнений, возникающих при использовании по назначению и хранении.

Изобретение относится к очистке деталей от загрязнений в акустическом поле ультразвуковой частоты, в частности трубок блоков ТВС на атомных станциях, и обеспечивает повышение эффективности очистки.

Изобретение относится к производству изделий электронной техники и может быть использовано для двухсторонней обработки стеклянных подложек квадратной или прямоугольной формы, используемых, например, в производстве при изготовлении фотошаблонов, а также жидкокристаллических экранов (ЖКЭ).

Изобретение относится к чистке жидкостью с использованием ультразвуковых колебаний и может быть использовано, в частности, в качестве одного из этапов непрерывного технологического процесса для очистки поверхностей гибких длинномерных изделий, например движущейся проволоки различного профиля, а также движущейся ленты.

Изобретение относится к области ультразвуковой очистки предметов от различных загрязнений в жидких моющих средствах, в частности, сложного профиля и с глубокими сквозными каналами и может быть использовано в различных отраслях промышленности и сферах услуг.
Наверх