Součásti motoru o hmotnosti třicet tun: čištění na hranici možností

Přehled

Velký blok námořního motoru váží více než automobil. V horní části rozsahu může dosahovat hmotnost jednoho bloku nebo klikového hřídele až třiceti tun a při takové velikosti již není problém čištění jen v tom, jak dosáhnout povrchů tryskami. Jde spíše o to, jak dostat součást do komory, jak ji otočit tak, aby z každé strany odtekla voda, a jak odstranit vodu z dutin, které mají objem desítky litrů.

Parametry procesu vypadají známě: postřik, ponoření nebo obojí, následované odvětřením a sušením. To, co se změní, je vztah mezi součástí a vším okolo ní. Součást nelze rychle přemísťovat, nelze ji otáčet mechanickým zařízením uvnitř komory a nelze ji kontrolovat během čištění.

Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) vyvíjí a vyrábí čisticí a odhrubovací systémy pro automobilové součásti pohonných jednotek od roku 2001; konfigurace popsané zde pocházejí z programů těžkých námořních motorů, včetně jednotek vyvážených do Japonska, nikoli z automobilových výrobních linek.

1. Proč změna velikosti mění proces

Tři vlastnosti se mění současně s rostoucí hmotností dílu a každá z nich ovlivňuje jinou část návrhu.

Změna hmotnosti ovlivňuje manipulaci

U dílu o hmotnosti třicet tun se tento přemisťuje jeřábem a napájenou vozíkovou soupravou, nikoli dopravníkem ani robotem. Tento jediný fakt určuje uspořádání komory, strukturu cyklu a bezpečnostní koncept. Stroj, který očekává paletu, nemůže přijmout díl doručený vozíkem, který je nutné do stroje zatlačit.

Změna objemu ovlivňuje sušení

Velký litinový kus udržuje vodu v průchodech měřených v metrech. Odvádění vzduchem odstraňuje vodu z povrchů, ke kterým má přístup, ale objem vody uvnitř chladicího pláště takových rozměrů se za krátkého cyklu bez rotace nevyprázdní a bez tepla či vakua se neodpaří. Sušení se tak stává fází, která určuje dobu cyklu, nikoli fází, která cyklus dokončuje.

2. Naložení součásti o hmotnosti vyjádřené v tunách

U strojů této třídy je nákladové uspořádání místem, kam směřuje většina inženýrského úsilí, a zároveň i místem, kde spočívá největší provozní riziko.

Vjezd vozíku a pomalý přenos

U jednotky o hmotnosti třicet tun vstupuje součást do komory na vozíku, který se do komory pomalu posouvá, protože rychlý přenos takové hmotnosti vytvoří dynamické zatížení, které by konstrukce musela odolat bez jakéhokoli přínosu. Dveře komory, podlaha a kolejnice jsou dimenzovány pro toto zatížení, nikoli pouze pro samotnou součást.

Přístup pro ruční práci

Při této velikosti se část čištění provádí operátorem pomocí trysky nebo kartáče, protože žádné automatické zařízení nedokáže v rozumném čase dosáhnout každého povrchu odlitku této velikosti. Specifikace takového stroje proto zahrnuje přístupové plošiny, osvětlení a přesně definovanou posloupnost, ve které se střídají ruční a automatické operace.

3. Otáčení a odvodnění

Otáčení dílu je nejlevnější způsob, jak se vyrovnat s vodou uvězněnou v dutinách; u těžkých dílů je rozsah otáčení samostatnou položkou specifikace.

Proč je rozsah důležitý

Upínací přípravek, který se otáčí o dvě stovky stupňů, dokáže předvést většinu ploch bloku, ale nemůže ho obrátit vzhůru nohama, čímž zůstávají horní plocha (deck) a olejový karter (sump) v pevné poloze. Přípravek, který se otáčí o tři sta šedesát stupňů, dokáže předvést každou plochu a v některém bodu cyklu umí orientovat libovolné otvory dutin směrem dolů. U lodních bloků, kde jsou karter i chladicí pláště (jackets) velké, je právě tento plný rozsah otáčení to, co umožňuje gravitaci vykonat práci.

Držení součásti o hmotnosti třicet tun během jejího otáčení

Upínací síla musí být dostatečná k udržení součásti proti otáčení i proti reakci proudění a musí být aplikována v místech, která nezpůsobí deformaci litiny s tenkými stěnami vzhledem k její velikosti. Tato kombinace obvykle znamená, že upínací zařízení je navrženo kolem nejtužších vlastností samotné součásti, nikoli kolem pohodlných povrchů.

4. Kde přežívá ruční práce

U těžkých námořních komponent zůstávají některé operace stále ruční a kvalitní konstrukce stroje to uznává, místo aby to ignorovala.

Postřikování při skenování plus ruční práce na konkrétních místech

Automatické postřikování při skenování pokrývá přístupné povrchy, zatímco se vozík pohybuje nebo tryska posouvá. Kritické oblasti jsou následně čištěny operátorem pomocí trysky, protože tyto oblasti jsou definovány funkcí, nikoli geometrií, a pevný program nemůže vědět, která část odlitku je pro daný motor rozhodující.

Sušení proudem vzduchu a ruční kontrola

Postřikování proudem vzduchu při skenování spolu s ručním odváděním vlhkosti z klíčových oblastí je praktickou metodou sušení pro tento rozměr, protože vakuová komora pro součástku o hmotnosti třicet tun by představovala velmi vysokou investici. Přijímací kritérium je proto nutné formulovat tak, aby odpovídalo tomu, co lze touto kombinací dosáhnout, nikoli tomu, co by bylo možné dosáhnout vakuovým stupněm u menší součástky.

5. Čistota námořní součásti

Požadavek na čistotu námořního motoru je vyjádřen podle oblastí stejně jako u automobilových dílů, avšak oblasti jsou větší a tolerance se liší.

Velký námořní klikový hřídel vyčištěný v jednom cyklu může mít celkovou zbytkovou hmotnost devadesát miligramů, přičemž hmotnost nečistot v olejových otvorech je omezena na deset miligramů; blok generátoru má limit částic o velikosti sto padesát mikrometrů. Tyto hodnoty vypadají podobně jako u automobilových dílů, avšak popisují mnohem větší povrchovou plochu, což znamená, že proces musí odstranit materiál o řád větší množství, aby těchto hodnot dosáhl.

6. Co specifikovat

Specifikace pro tuto kategorii strojů by měla uvádět rozsah hmotnosti, způsob zvedání a vkládání, rozsah rotace, ruční operace a limit čistoty pro každou oblast. Měla by také uvádět přijímací zkoušku, neboť stroj, který vyčistí pouze jeden velmi velký díl za hodinu, nelze ověřit provozem sto takových dílů.

Praktické přijetí pro náročné námořní práce zahrnuje malý počet dílů podrobně změřených plus demonstraci, že posloupnost převodu a rotace dosáhne každé dutiny. To se liší od stodílového běhu používaného na automobilových linkách, a tato odlišnost by měla být dohodnuta před objednávkou, nikoli až po ní.

7. Bezpečnost u stroje této velikosti

Třicetitunový díl se otáčející uvnitř komory představuje zásobník energie, a bezpečnostní koncept musí vycházet z předpokladu, že upínací zařízení, pohon nebo upínání mohou selhat.

Selhání, které má význam

Scénář, který určuje návrh, je smyknutí dílu v upínacím zařízení během rotace. Při této hmotnosti není důsledkem poškozený díl, ale poškozený stroj, proto návrh zahrnuje mechanické zarážky, omezenou rychlost rotace, dokud není díl plně upnutý, a závazné zámky, které brání rotaci při otevřené komoře.

Pravidla přístupu

Ruční čištění takto velké součásti znamená, že operátor pracuje uvnitř komory s tryskou. Postup přístupu proto vyžaduje izolaci čerpadla, uzamčení upínače a vstup do komory pouze na základě definovaného povolení, což je jiná disciplína než u stroje, který jeden operátor načítá a vybírá.

Často kladené otázky

Proč se cyklus měří desítkami minut?

Protože součást musí být pohybována pomalu, několikrát otočena a sušena postupně, a protože vnitřní objem uchovává vodu, kterou nelze rychle odpařit. Samotné čištění tvoří jen zlomek celého cyklu.

Lze třicetitunovou součást čistit v tunelu?

Jen zřídka. Tunel předpokládá nepřetržitý tok součástí podobné velikosti; při této hmotnosti je součást přesunována individuálně a komora je jednostanční místnost.

Jak se velký litinový kus suší bez vakuového systému?

Otáčením, aby se vypouštěly dutiny, foukáním pomocí skenujících i ručních trysek a využitím tepla tam, kde to geometrie umožňuje. Kritérium sucha je formulováno na základě toho, co tento postup dosahuje.

Je čistota úměrná velikosti dílu?

Tolerance se nemění úměrně, ale množství odstraňovaného materiálu ano. Díl s desetinásobnou povrchovou plochou musí odstranit desetinásobné množství kontaminace, aby splnil stejnou hodnotu v miligramech.

Závěr

Při hmotnosti třicet tun je stroj určen především manipulací a odvodem kapalin, nikoli tlakem. Díl vstupuje na vozíku, otočí se o celý otáček, aby se vyprázdnily všechny dutiny, a následně je sušen kombinací rozmítacího proudu vzduchu a ruční práce.

Specifikace pro tuto kategorii zařízení by měla popisovat přenos dílu, rozsah rotace, ruční operace a realistický přijímací test. Stroj této velikosti se ověřuje na základě správného měření několika dílů, nikoli rychlého měření stovek dílů. Tento rozdíl v metodě přijetí stojí za to dohodnout co nejdříve, protože mění celý harmonogram projektu kolem stroje. Stočástkový běh, který na tomto typu zařízení není možný, by se nikdy neměl objevit v smlouvě jen z návyku.