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        助航燈干粉清洗設(shè)備最優(yōu)清洗參數(shù)的試驗(yàn)研究

        2018-08-08 07:37:08葛曉宏伊明揚(yáng)徐燕輝
        廈門理工學(xué)院學(xué)報 2018年3期
        關(guān)鍵詞:效率設(shè)備

        王 幸,葛曉宏,伊明揚(yáng),徐燕輝

        (廈門理工學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院,福建 廈門 361024)

        民航運(yùn)輸過程中,飛機(jī)的頻繁起降增加了飛機(jī)輪胎與跑道間的摩擦次數(shù),給跑道和嵌入式燈具帶來輪胎膠體粘結(jié)問題[1]。附著在助航燈上的污染物嚴(yán)重影響透鏡的透光率,會影響飛行員的道面視線和著陸點(diǎn)判斷,致使飛機(jī)不能準(zhǔn)確地降落在跑道上而造成事故[2]。因而,快速高效的助航燈清洗技術(shù)逐漸成為清洗領(lǐng)域的研究主題。目前,國內(nèi)清洗機(jī)場跑道助航燈常用的除污方法有高壓水噴法[3]、化學(xué)方法、機(jī)械方法[4]、干冰清洗方法[5]和干式噴粉清洗方法。干式噴粉清洗作為機(jī)場跑道助航燈的新型清洗方法存在很多問題,如缺乏深入的清洗效率分析和噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化,工藝參數(shù)選取主要憑經(jīng)驗(yàn),缺乏理論指導(dǎo)和試驗(yàn)優(yōu)化,磨料流量和氣體流量混合不合理等。為有效提高嵌入式助航燈干式噴粉清洗設(shè)備的清洗效率,本文通過試驗(yàn)方法研究干式噴粉清洗設(shè)備的最優(yōu)清洗參數(shù)。

        1 試驗(yàn)設(shè)備

        1.1 清洗設(shè)備

        清洗設(shè)備主要有發(fā)動機(jī)、空壓機(jī)、冷凝器、供料機(jī)構(gòu)、水泵、管路、噴嘴等[6]。發(fā)動機(jī)帶動空壓機(jī)產(chǎn)生高壓空氣經(jīng)過管道進(jìn)入供料機(jī)構(gòu),磨料閥開啟后,高速的壓縮空氣推動磨料在管路中輸送,在噴嘴處水會噴注在管道內(nèi),在管道內(nèi)霧化形成氣固液混合物經(jīng)噴嘴噴射到清洗物表面,對清洗物加以清洗。清洗設(shè)備如圖1所示。

        1.2 噴嘴的選擇

        1.2.1 不同噴嘴的結(jié)構(gòu)及清潔度檢測

        噴嘴一般采用扁平噴嘴和圓錐形噴嘴[7],兩種噴嘴的進(jìn)口直徑為16mm,扁平噴嘴的出口尺寸為22 mm×4 mm,圓錐形噴嘴出口的直徑為8 mm。不同噴嘴的幾何模型如圖2~3所示。

        圖1 清洗裝置Fig.1 Cleaning device

        圖2 扁平噴嘴結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)Fig. 2 Flat nozzle(unit:mm)

        圖3 圓錐形噴嘴結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)Fig.3 Conical nozzle (unit: mm)

        2種噴嘴的清洗效果如圖4所示。清洗后的實(shí)驗(yàn)效果只通過肉眼觀察、評定無法進(jìn)行量化評價,因此,需要一個可以量化的方法來加以評價[8-10]。

        圖4 清洗前后對比Fig. 4 Before and after cleaning

        采用VG-726視覺檢測系統(tǒng)檢驗(yàn)透光鏡表面的清潔度。該設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由工控電腦主機(jī)、工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、繼電器報警器、臺面安裝支架、環(huán)形光源六大模塊構(gòu)成。工控電腦主機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)嵌專業(yè)視覺分析軟件,配置輔助的LED機(jī)器視覺光源以及專業(yè)的安裝支架。

        VG-726視覺檢測系統(tǒng)工作原理為:將標(biāo)準(zhǔn)跑道助航燈透光鏡置于高清工業(yè)面陣相機(jī)之下,相機(jī)拍照讀取透光鏡的清潔度,以此清潔度作為標(biāo)準(zhǔn),隨后將清洗后的跑道助航燈透光鏡放在同樣的位置讀取其清潔度,顯示“OK”的被清洗跑道助航燈表示清洗效果良好,顯示“NG”的被清洗跑道助航燈表示清洗效果沒有達(dá)到要求。檢測結(jié)果如圖5所示。

        圖5 檢測結(jié)果顯示Fig.5 Test result display

        1.2.2 不同噴嘴清洗效率的對比試驗(yàn)

        試驗(yàn)分為2組:一組使用扁平噴嘴,一組使用圓錐形噴嘴。試驗(yàn)條件:噴射壓力0.7 MPa,磨料流量6 g·s-1,同一噴射角度。記錄2組試驗(yàn)過程中透光鏡表面清潔度隨清洗時間的變化關(guān)系,可知兩種噴嘴清洗設(shè)備的清洗效率如表1所示。

        表1 兩種噴嘴結(jié)構(gòu)的清洗效率Table 1 Cleaning efficiency of two nozzle structures

        由表1可知,使用扁平噴嘴、圓錐形噴嘴清洗跑道助航燈時,跑道助航燈表面的清潔度都是隨著清洗時間的增長而提高,清潔度的變化速率都是先大后小。清潔時間為10 s時,扁平噴嘴的清潔度達(dá)到94%,清潔度的增長速度開始變緩;14 s時,清潔度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。清潔時間為14 s時,圓錐形噴嘴的清潔度達(dá)到96%,清潔度的增長速度開始變緩;18 s時,清潔度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。剛開始清洗時,透光鏡表面的污垢較多,所以清洗掉污垢的速度較快,清潔度的增長速度較快;隨著清洗時間的增長,表面的污垢逐漸減少,單位時間內(nèi)清洗的污垢量減少,清潔度的增長速度開始變慢。由表1中可以看出,在相同的清洗時間下,使用扁平噴嘴時的清潔度要大于使用圓錐形噴嘴時的清潔度,這是由于扁平噴嘴的有效清洗面大于圓錐形噴嘴的有效清洗面。因此,本文選擇扁平噴嘴清洗設(shè)備進(jìn)行正交試驗(yàn)。

        2 最優(yōu)清洗參數(shù)的正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

        對扁平噴嘴清洗設(shè)備采用正交試驗(yàn),主要研究的影響因素有3個,分別是噴射壓力、清洗角度和磨料流量,其參數(shù)設(shè)置如表2所示。

        表2 影響因素的參數(shù)設(shè)置表Table 2 Influencing factors

        采用3因素4水平正交試驗(yàn),忽略各因素間存在的交互作用,選擇L16(43)安排試驗(yàn),試驗(yàn)指標(biāo)為達(dá)到清洗要求時所需的清洗時間,A表示噴射壓力,B表示噴射角度,C表示磨料流量,T表示各因素的極差。正交試驗(yàn)組合方案及試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析Table 3 Orthogonal test and result analysis

        由表3可知,當(dāng)T值越大時,該因素對清洗效率的影響就越大。由T值大小分析可知,對清洗效率的影響程度由大到小的因素依次是:噴射壓力,噴射角度,磨料流量。其中,最優(yōu)的清洗參數(shù)為A3B2C2,即噴射壓力為0.7 MPa,噴射角度為45°,磨料流量為6 g·s-1。通過因素水平趨勢圖(圖6)可以更直觀地反映各因素對清洗效率的影響。

        圖6 因素水平趨勢圖Fig.6 Factor level trend graph

        3 結(jié)語

        在對比分析兩種不同噴嘴結(jié)構(gòu)清洗效率的基礎(chǔ)上,選用清洗效率較大的扁平噴嘴,采用正交試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),干式噴粉清洗設(shè)備的最優(yōu)清洗參數(shù)為:噴射壓力0.7 MPa、噴射角度45°、磨料流量6 g·s-1。使用最優(yōu)的清洗參數(shù)時,只需12~13 s的清洗時間便可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)清潔度,從而有效減少了清洗時間,提高了清洗效率。

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