化油器高壓水清洗機(jī)的設(shè)計(jì)

建寅力，馬 良

（湛江德利化油器有限公司，廣東 湛江524000）

湛江德利化油器有限公司自給上海大眾配套DB76A型化油器以來(lái)，逐步嚴(yán)格清潔度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，公司上下對(duì)清洗技術(shù)和清洗設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越重視，在不同的污染點(diǎn)上增設(shè)了許多清洗設(shè)備，其中有不少是自行設(shè)計(jì)的。下面介紹公司自行研制的高壓水清洗機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

1 沖洗方案的設(shè)計(jì)

高壓水沖洗，是采用清洗液高壓逐孔沖洗的方法，將孔系中的污物沖刷掉。據(jù)有關(guān)資料介紹，高壓噴洗的壓力范圍從300～3000 kPa不等（當(dāng)然有的采用德國(guó)或丹麥產(chǎn)的高壓柱塞水泵，工作壓力能達(dá)7000～10000 kPa），其能量密度比超聲波要高的多，適于清洗帶窄槽或小孔形狀復(fù)雜的零件。

1.1 清洗液的選用

本設(shè)計(jì)以最普通的水作為清洗媒介，由自來(lái)水經(jīng)粗、精過(guò)濾而得，第一步暫不考慮加熱，視清洗效果再考慮是否使用高溫水沖洗。

1.2 清洗目標(biāo)設(shè)定

工藝要求該機(jī)清洗DB76A化油器本體、上體鈍化后的污物。先沖水后沖氣，沖水時(shí)工作壓力達(dá)到1000 kPa左右，沖氣達(dá)到400～500 kPa或更高，才能滿(mǎn)足化油器清潔度的要求。

1.3 沖冼方式及原理圖

一般地，用水流或氣流間斷沖擊所洗孔比連續(xù)沖擊的清洗效果要好。要做到間斷沖洗，有兩種方案：

（1）水流保持連續(xù)，夾具體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

（2）控制水流的開(kāi)、斷，而夾具體不動(dòng)。

前者要做到對(duì)準(zhǔn)孔沖洗，就要求夾具運(yùn)動(dòng)的定位精度較高；后者相對(duì)來(lái)說(shuō)容易實(shí)現(xiàn)，只要采用通斷電磁閥即能控制水流的通斷，我們采用了這種方法。圖1為清洗DB76A化油器本體的沖洗原理圖。

圖1 清洗DB76A化油器本體的沖洗原理圖

沖洗順序通過(guò)電磁閥的通斷實(shí)現(xiàn)，噴水時(shí)間經(jīng)過(guò)PLC編制程序進(jìn)行試驗(yàn)清洗，由清潔度檢驗(yàn)結(jié)果，并顧及生產(chǎn)節(jié)拍要求來(lái)確定，就DB76A來(lái)說(shuō)，沖洗方式設(shè)定為：

Ⅰ部噴水5 s→Ⅱ部噴水5 s→Ⅰ部噴氣5 s→Ⅱ部噴氣5 s。圖中Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)分配器各開(kāi)設(shè)若干螺紋孔（螺紋孔數(shù)根據(jù)不同產(chǎn)品的噴水夾具設(shè)定），用軟管與夾具體上的噴嘴進(jìn)水、氣口聯(lián)接。

另外，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮噴管的布置以達(dá)到最佳清洗效果。

圖2 沖洗不同形狀孔道時(shí)噴管的布置

圖2為沖洗不同形狀孔道時(shí)噴管的布置，圖2（a）表示3個(gè)孔道不能同時(shí)吹，以免沖力有所抵消；圖2（b）表示沖大孔內(nèi)壁時(shí)，噴管可適當(dāng)變形；圖2（c）表示沖細(xì)長(zhǎng)盲孔時(shí)，盡量使噴管接近底部。這樣噴嘴應(yīng)是活動(dòng)的，可用氣缸將其逼進(jìn)或退出孔道。

2 元件選型及相關(guān)計(jì)算

2.1 水泵流量、功率理論計(jì)算

選擇與清洗要求相匹配的水泵是本機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，我們先用流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論計(jì)算，再對(duì)比選取水泵參數(shù)。

①水泵流量

我們將分配器、取水管道及噴嘴簡(jiǎn)化為如圖3的數(shù)學(xué)模型。

圖3 簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型圖

分配器處水的壓力即為工藝要求的工作壓力，我們?cè)诖艘鰤毫Ρ?，其顯示值為Pg1，噴嘴設(shè)計(jì)為收縮噴嘴，利用截面積變化來(lái)加速流體，我們定d1=8 mm（尼龍管的內(nèi)徑），小端d2=1.5 mm以通過(guò)噴嘴中心的水平面為基準(zhǔn)面，選取水管液面1及噴嘴出口斷面2，應(yīng)用總流伯努利方程

H為位勢(shì)能，由于分配管高度小，取水管道集中，可略去不計(jì)。

Pg1、Pg2為分配器處和噴管2處的表壓力，2處的壓力為大氣壓，故Pg2=0

α1、α2為 動(dòng) 能 修 正 系 數(shù)，為 方 便 計(jì) 算 取α1=α2=α，一般地 α=1.05～1.12

V1、V2為 1、2處速度。γ=ρg

hw為能量損失，本例中可以略去沿程損失，只計(jì)局部損失

則有:hw=ξ(ξ為局部損失系數(shù)，本例中取ξ=0.5×(1-

由連續(xù)性方程V1A1=V2A2有V2=

由（1）（2）可得（2）

工藝要求Pg1=106Pa

本例設(shè)計(jì)中：d1=8 mmd2=1.5 mm

則得V1=1.25 m/s

所以Q=V1d=62.8×10-6m3/s=0.23m3/h

清洗DB76A化油器本體中這樣的噴嘴數(shù)量16個(gè)，因?yàn)樵谇逑粗兄挥幸话雵娮煸诠ぷ?，則工作總流量 Q總=（16／2）Q=5.02×10-4m/s=1.84m3/h，即為泵的理論流量。

②水泵功率計(jì)算：

將水箱、壓力泵、管道、分配器，構(gòu)成的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如圖4所示：

圖4 水泵系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖

壓力泵流量由上面計(jì)算知Q=5.02×10-4m/s，分配器與水箱高差Z1=1m（由操作高度而定）；分配器處的壓力為清洗的工作壓力，即相當(dāng)為水泵揚(yáng)程Z2=106／9800=102 m，略去沿程損失和局部損失，則水泵功率近似為

低流量管道泵的效率較低取η=30%，故

同時(shí)，我們可以計(jì)算求出吸水管徑，在水泵式供水系統(tǒng)中，吸水管允許流速為V允=1.2～2.0，現(xiàn)取V允=1.2，則得出吸水管直徑為

對(duì)比采用1"的水管，壓力管徑也可選取相同的管徑。為方便安裝，管道全部采用鋁塑管。

知道水泵流量Q和功率P以及清洗工作壓力?？疾靽?guó)內(nèi)水泵廠家的產(chǎn)品，我們選擇了廣州第一水泵廠生產(chǎn)的GDL型立式多級(jí)管道泵：25GDL2-12×9，通徑為 25 mm、流量 2m3/h、揚(yáng)程 108 m、功率為1.96 kW，水泵的軸、軸套、外筒體用不銹鋼制造，杜絕清洗過(guò)程污染的再發(fā)生。

2.2 過(guò)濾泵選型

主要參考其排量，只要大于或等于壓力泵的排量即可，即Q濾=2m3/h，DB76A化油器有上體、本體之分，考慮集中清洗及減少占地面積，我們將兩個(gè)清洗室做為一體，即一臺(tái)機(jī)有上述的2個(gè)供水系統(tǒng)，2臺(tái)壓力泵的吸水量靠一臺(tái)過(guò)濾泵供給，所以其排量定為4m3/h，從而對(duì)照選擇了廣泵生產(chǎn)的GDF25-15（4m3/h流量，15 m揚(yáng)程）耐腐蝕管道泵。

2.3 電磁通斷閥選擇

整個(gè)沖水、沖氣系統(tǒng)的可靠性主要由通斷閥和水泵決定，對(duì)比產(chǎn)品性能，我們選擇日本SMC廠家的先導(dǎo)式二通電磁閥：控水用vxp2260-10-5D，通徑為1"；控氣用vxp2140-04-5D，通徑為1/2"。在設(shè)計(jì)水氣系統(tǒng)時(shí)，需要注意通斷閥啟閉所具有的克服反向壓力的能力，若不具備，應(yīng)象原理圖中所示，在分配器的進(jìn)水口和進(jìn)氣口分別增設(shè)單向閥，若該閥的啟閉不可靠，將會(huì)造成高壓水會(huì)進(jìn)入氣路，壓縮空氣進(jìn)入水路的現(xiàn)象，更嚴(yán)重的是會(huì)造成很大的水擊壓力，損害管道和水泵。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水箱、清洗室構(gòu)成本臺(tái)清洗機(jī)的主體框架，水箱由清洗水回收槽和清潔水槽組成，其容積由公式V槽=1.5×2.5×V泵分（每分泵水量）算出，清洗室底部設(shè)計(jì)成漏斗狀，沖淋后的水由此流入回收槽，防止濺水的門(mén)與水平面成80°角，兩側(cè)開(kāi)設(shè)導(dǎo)向滑道，清洗室的頂板門(mén)都由厚5 mm的有機(jī)玻璃鑲嵌。水箱和清洗室都是由厚2 mm的不銹鋼焊接而成，力求作到美觀，其結(jié)構(gòu)不再詳述，可以參考《非標(biāo)設(shè)計(jì)手冊(cè)》之三。

為保證清洗效果，除了各部件采用不銹鋼制作外，過(guò)濾系統(tǒng)十分重要，我們采用了三級(jí)過(guò)濾：清洗水經(jīng)過(guò)400目磷銅絲布流入回收箱，過(guò)濾網(wǎng)要求隨時(shí)清洗，過(guò)濾泵前設(shè)有200目不銹鋼絲布粗過(guò)濾，泵后采用棉質(zhì)濾芯精過(guò)濾，以達(dá)到100μ的過(guò)濾精度，過(guò)濾器要定期清洗或更換。

3 清洗效果檢測(cè)

水清洗機(jī)在2010年6月進(jìn)行了驗(yàn)收。分配器上的表壓顯示為900～1000 kPa，說(shuō)明該機(jī)工作壓力設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。然后將DB76A化油器本體鈍化后，經(jīng)高壓水清洗，再進(jìn)行烘干，檢測(cè)其清洗度，結(jié)果表示雜質(zhì)的顆粒數(shù)比原來(lái)手工清洗的降低了60%以上，經(jīng)過(guò)裝配前及裝配中的多次清洗，完全達(dá)到了化油器的清潔度要求，這說(shuō)明清洗機(jī)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一年的實(shí)際使用，該機(jī)故障率低，清洗效果穩(wěn)定可靠。公司認(rèn)定該機(jī)研制是成功的，應(yīng)推廣應(yīng)用。目前，公司又制造了2臺(tái)這樣的水清洗機(jī)，用于摩托車(chē)化油器的本體清洗。

[1]曹 勇.精密清洗技術(shù)[J].汽車(chē)化油器，1997，（4）：55-56.