@Утилизайция автомашин

Б.Б. Бобовт


новое имя для torrents.ru ч

демонтаж


сидений              облицовки      приборной  панели







ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


Б.Б. Бобович


@УТИЛИЗАЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ И АВТОКОМПОНЕНТОВ


Учебное пособие


Допущено Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 190201 «Автомобиле- и тракторостроение»


Москва 2010



УДК 504.064.45:629.33(075.8)

ББК 30.69
Б72

Рецензенты:

Графкина М.В., профессор, доктор технических наук, заведующая
кафедрой «Экология и безопасность жизнедеятельности»
Московского автомеханического института (технического университета);
Резчиков Е.А., профессор, кандидат технических наук, заведующий
кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология»
Московского государственного индустриального университета.


Бобович Б.Б.

Б72 Утилизация автомобилей и автокомпонентов: учебное посо­бие. - М.: МГИУ, 2010. - 176 с.


ISBN 978-5-2760-1830-0

В учебном пособии рассмотрен передовой зарубежный опыт орга­низации работ по утилизации выводимых из эксплуатации автомобилей. Дана оценка отечественной нормативно-правовой базы в этой области.

Рассмотрены технологии и оборудование для мойки и разборки ав­томобилей и автоагрегатов, а также технологии восстановления деталей.

Приведены технологические схемы утилизации кузовов, аккумуля­торов, пластмассовых деталей, автопокрышек, моторного масла, оби­вочных и других материалов. Рассмотрены вопросы сжигания и захоро­нения отходов, не подлежащих рецикпингу.

Изложены вопросы защиты окружающей среды и работающего персонала от вредного воздействия процессов и продуктов утилизации автомобилей и автокомпонентов.

Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений машиностроительного профиля, обучающихся по специальностям 190201 «Автомобиле- и тракторостроение», 280201 «Охрана окружаю­щей среды и рациональное использование природных ресурсов», 280202 «Инженерная защита окружающей среды», а также для преподавателей и инженерно-технических работников.

УДК 504.064.45:629.33(075.8) ББК 30.69


ISBN 978-5-2760-1830-0


© Бобович Б.Б., 2010
©МГИУ, 2010



@ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение......................................................................................................... 5

1. Зарубежный опыт утилизации автомобилей.................................... 7

2. Нормативно-правовая база обращения с выведенными

из эксплуатации автомобилями............................................................. 14

3. Основные узлы и агрегаты автомобиля........................................... 19

4. Разборка и очистка агрегатов и деталей

утилизируемых автомобилей.................................................................. 34

4.1.   Разборка автомобиля и его агрегатов........................................ 34

4.2.   Очистка агрегатов и деталей автомобилей............................... 36

4.3.   Анализ состояния и сортировка деталей,

снятых с автомобилей............................................................................ 40

5. Восстановление деталей утилизируемых автомобилей............... 43

5.1.   Организация работ по восстановлению деталей..................... 43

5.2.   Технологии восстановления деталей.......................................... 45

6. Процессы и аппараты, используемые

при утилизации металлолома................................................................. 51

6.1.   Значение использования вторичных металлов........................ 51

6.2.   Классификация металлических отходов.................................... 52

6.3.   Технология и оборудование для подготовки

металлолома к переплаву..................................................................... 55

6.3.1.   Прессование автомобильного металлолома..................... 55

6.3.2.   Дробление автомобильного металлолома......................... 59

6.3.3.   Видовая сепарация отходов металлов.................................. 64

7. Технологические схемы переработки

автомобильных кузовов и автоагрегатов............................................. 77

7.1.   Утилизация автомобильных кузовов.......................................... 77

7.2.   Утилизация отработанных аккумуляторов............................... 81

7.3.   Утилизация моторного лома........................................................ 84

7.4.   Переработка лома радиаторов.................................................... 85

7.5.   Утилизация катализаторов дожигания

выхлопных газов...................................................................................... 86

8. Утилизация пластмассовых деталей автомобилей......................... 90

9. Утилизация изношенных автопокрышек

и резинотехнических изделий................................................................ 108

9.1.   Изготовление и применение резиновой крошки.................. 110

9.2.   Производство регенерата............................................................ 115



9.3.      Химические способы утилизации резиновых отходов.... 118

10.   Утилизация отработанных моторных масел................................... 122

10.1.   Причины и виды загрязнений моторных масел...................... 122

10.2.   Способы регенерации отработанных масел............................ 126

10.3.   Промышленные установки для регенерации

отработанных масел................................................................................ 134

10.4.   Сжигание отработанных масел................................................... 139

11.   Переработка текстильных отходов.................................................... 143

11.1.   Применение текстильных материалов

в современных автомобилях................................................................. 143

11.2.   Технологии утилизации текстильных отходов......................... 144

11.3.   Производство нетканых материалов

из вторичных волокон............................................................................. 149

12.   Утилизация электролита...................................................................... 155

13.   Сжигание и захоронение отходов утилизации

автомобилей.................................................................................................. 157

14.   Охрана окружающей среды и техника безопасности

при утилизации автомобилей................................................................... 163

14.1.   Охрана окружающей среды......................................................... 163

14.2.   Техника безопасности при утилизации автомобилей.... 164

Список использованной литературы...................................................... 174


4




@ВВЕДЕНИЕ

Автомобиль является крупнейшим загрязнителем окружающей среды. Несмотря на это, трудно представить жизнь современного общества без автомобильного транспорта, поскольку отказаться от тех возможностей, которые он предоставляет и обществу, и инди­видуальному владельцу, мы уже никогда не сможем.

Автомобиль в наше время стал самым массовым средством транспорта, поскольку человек стремится передвигаться, по воз­можности, быстро, индивидуально и с комфортом. За последние полвека ежегодное расстояние, преодолеваемое человеком в раз­витых странах, увеличилось в несколько раз. Еще более быст­рыми темпами растет объем грузоперевозок. Все это было бы невозможно без бурного развития автотранспорта, которое на­блюдается в последней четверти XX века и в наши дни.

Автомобиль постоянно совершенствуется: увеличивается мощность его двигателя, улучшается дизайн, совершенствуется система безопасности, повышается комфортабельность. Вслед­ствие технического развития изменяется материальный состав автомобиля: для его производства используются всё новые и но­вые материалы, обладающие большой долговечностью и не спо­собные к деградации в обычных условиях под действием возду­ха, воды, солнечного света и бактерий. И самое, может быть, важное: неуклонно растет количество автомобилей, находящих­ся в эксплуатации. Считают, что мировой парк автомобилей приблизился к 700 млн единиц. Россия, Китай, Индия, другие страны переживают автомобильный бум. Автопарк России еже­годно увеличивается на 1,6.. .1,8 млн автомобилей. Только в Мо­скве ежегодный прирост парка автомобилей составляет более 15 тыс. штук, а общая численность зарегистрированных легко­вых автомобилей в Москве и Московской области в 2008 г. пре­высила 5,7 млн.

Рост автопарка не всегда связан с объективной необходимо­стью. Ему способствует техническая, экономическая и реклам­ная политика автопроизводителей, направленная на увеличение продаж автомобилей. С этой целью производится разработка но­вых моделей автомобилей и автокомпонентов, проводятся их мощная реклама и кредитование потенциальных покупателей.


5



Результатом агрессивной рекламной политики автопроизво­дителей является ускорение обновления автопарка и вывод из эксплуатации автотехники, узлы и компоненты которой вполне пригодны для дальнейшей эксплуатации. В России ежегодно вы­водится из эксплуатации более 500 тыс. автомобилей. Однако, учитывая, что в 90-е годы прошлого века в нашу страну хлынул поток подержанных автомобилей, иногда полностью вырабо­тавших свой ресурс, следует ожидать значительного увеличения количества автомобилей, выводимых из эксплуатации.

Помимо изношенных автомобилей в отходы поступают сня­тые при ремонте детали и автокомпоненты. К ним относятся ак­кумуляторы, элементы кузова, детали двигателя и трансмиссии, узлы подвески, автопокрышки, бамперы, другие детали из пла­стмасс и резины.

Кроме того, в отходы поступают заменяемые рабочие жид­кости: минеральное масло, антифриз, тормозная жидкость, сер­ная кислота и др.

Ускорившееся обновление автопарка, увеличение его чис­ленности создают реальную и серьезную угрозу окружающей среде, в т.ч. путем неоправданно большого потребления матери­альных ресурсов. Снизить его может рациональное обращение с выводимыми из эксплуатации автомобилями, автокомпонентами и материалами путем разборки, дефектации и возвращения вос­становленных узлов и агрегатов в производство и техническое обслуживание автомобилей.

Исходя из вышесказанного, утилизация автомобилей должна развиваться в двух направлениях: восстановления и повторного использования узлов, агрегатов и других автокомпонентов, со­хранивших свой ресурс, и переработки узлов и агрегатов, не подлежащих восстановлению, во вторичные материальные ре­сурсы с целью их использования при производстве новых мате­риалов.


6



1. @ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ УТИЛИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ


За прошедшее столетие после начала массового производст­ва автомобилей стала ясна цена, которую приходится платить обществу за удобства, предоставляемые колесным транспортом. Раньше других это поняли страны с высоким уровнем производ­ства и потребления автотранспортных средств - США, Япония, Германия, другие страны европейского сообщества.

Особенно отчетливо это проявилось в конце прошлого века, когда резко увеличились темпы автомобилизации многих стран и ускорилось обновление модельных рядов автомобилей. Это при­вело к общему увеличению численности автомобилей и сокраще­нию периода их эксплуатации и, как следствие, резко увеличило нагрузку на окружающую среду и в части токсичных выбросов, образующихся при эксплуатации автомобиля, и в части избыточ­ного потребления материальных и энергетических ресурсов.

Такая ситуация потребовала от общества разработки жест­ких требований к производителям и потребителям автотехники, позволяющих ограничить ее пагубное воздействие на окружаю­щую среду. Разработанные нормы касаются всех стадий жиз­ненного цикла автомобиля: от его проектирования до заверше­ния эксплуатации.

Целями ЕС, США, Японии и других стран при обращении с автомобилями, выработавшими свой ресурс, являются:

-     уменьшение загрязнения окружающей среды (почвы, воды, атмосферного воздуха) продуктами деградации автомобилей;

-     сокращение потребления материальных и энергетических ресурсов;

-     уменьшение затрат на производство материалов за счет использования вторичных материальных ресурсов;

-     сокращение нагрузки на окружающую среду за счет уменьшения добычи природных ресурсов.

Расчеты специалистов показывают, что утилизация средне­статистического легкового автомобиля массой 1050 кг позволяет сэкономить 3300 кг природных материальных ресурсов, снизить расход энергии на 56 ООО МДж, уменьшить выбросы вредных веществ на 1950 кг. Затраты на утилизацию такого автомобиля составляют 3000 рублей.


7



Оценка воздействия автомобиля на окружающую среду, в том числе по потреблению природных ресурсов, производится по стандартам ИСО 14040-ИСЮ 14043. С целью обеспечения выполнения требований этих стандартов в ЕС разработан ряд директивных документов, обязательных для исполнения всеми странами сообщества.

Среди других мер эти документы предписывают:

-     резкое сокращение образования неутилизируемых отходов при завершении жизненного цикла автомобиля;

-     повторное использование деталей и автокомпонентов;

-     необходимость производства из изношенных частей авто­мобиля вторичных материальных ресурсов;

-     необходимость производства энергии путем сжигания от­ходов, не подлежащих рециклингу.

К принятым директивным документам относятся:

-     Директива 2000/53/ЕС «Транспортные средства, вышед­шие из эксплуатации», вступившая в действие в июле 2007 г. Она определяет требования по уменьшению образования отхо­дов при выведении автомобиля из эксплуатации и устанавли­вает ответственность производителей автотранспортной тех­ники за ее утилизацию.

-     Директива 2005/64/ЕС «Об одобрении типа автотранспорт­ных средств в части пригодности к утилизации, рециклированию материалов и повторному использованию узлов и деталей».

-     Решение 2003/128/ЕС о маркировке пластмассовых дета­лей автомобилей, облегчающей их идентификацию и рацио­нальную утилизацию.

-     Решение 2005/673/ЕС о запрете использования в автомо­бильных компонентах и материалах тяжелых металлов: свинца (за исключением аккумуляторов), ртути, кадмия, шестивалент­ного хрома.

Директива 2000/53/ЕС предписывает всем странам, входя­щим в содружество, до 2006 года обеспечить утилизацию авто­мобилей, включая сжигание с получением энергии, на 85 %, а рециклирование, т.е. возврат в производственный цикл в виде вторичных материальных ресурсов, на 80% их массы. К 2015 году все страны должны добиться утилизации автомобилей на 95 %, а рециклирования на 85 %.



Некоторые послабления директива допускает для автотех­ники, произведенной до 01 января 1980 г., поскольку ее проек­тирование осуществлялось без учета необходимости экономиче­ски эффективной утилизации. При уничтожении этой техники в производство должно возвращаться не менее 70 %, а всего ути­лизироваться - не менее 75 % ее массы.

Директива 2005/64/ЕС требует от автопроизводителей с

15.12.2008       г. для одобрения транспортных средств в части их утилизации предоставлять следующие документы:

-    перечень всех использованных в составе автомобиля ма­териалов;

-    расчет согласно предписаниям стандарта ИСО 22628 воз­можных объемов повторного использования и утилизации мате­риалов, подтверждающий выполнение установленных норм по этим показателям;

-    подтверждение выполнения ранее принятых норм по ис­ключению использования токсичных тяжелых металлов;

-    подтверждение выполнения ранее принятого решения о маркировке изделий из полимерных материалов;

-    технологию проведения утилизации автомобилей;

-    доказательства контроля за использованием вторичных материальных ресурсов поставщиками автокомпонентов и при­меняемых материалов.

На базе этих директивных документов страны ЕС разрабо­тали национальные нормативно-правовые акты, а производители автотранспортных средств - стандарты предприятий. Автомоби­ли, не соответствующие требованиям директивных документов ЕС, не могут продаваться в странах содружества. Контроль за выполнением директив осуществляет Европейская комиссия по охране окружающей среды.

Учитывая сложность конструкции современных автотранс­портных средств, целесообразность повторного использования автокомпонентов, снятых с утилизируемых автомобилей, в стра­нах Евросоюза считают, что ответственность за утилизацию вы­веденных из эксплуатации автомобилей должна лежать на пред- приятиях-производителях автотехники.

Предприятие, ответственное за разработку новой продукции, обязано разработать и технологию утилизации по окончании ее


9



использования, включая и создание для этих целей специализи­рованных производственных мощностей.

Такой подход к обращению с выводимыми из эксплуатации автомобилями и другими сложными отходами реализуется в стра­нах ЕС наряду с льготным кредитованием и налогообложением, снижением транспортных тарифов и другими мерами экономиче­ской помощи предприятиям, занятым их сбором и утилизацией.

В развитых странах утилизацией автомобилей занимается специализированная отрасль промышленности со своей инфра­структурой и государственным регулированием обращения с выводимыми из эксплуатации автомобилями.

В мире утилизацией автомобилей занимаются более 1,5 млн человек. На заводах, перерабатывающих утилизируемые авто­мобили, работает свыше 700 шредерных установок (дробилок). Стоимость продукции, производимой из вторичных ресурсов, получаемых при утилизации автомобилей, оценивается в сотни миллиардов долларов.

В США перерабатывается до 95 % изношенных автомоби­лей, в странах ЕС - более 70 %. Доходы предприятий, занятых переработкой изношенных автотранспортных средств, состав­ляют в США более 25 млрд долларов ежегодно. В этой отрасли действуют более 7000 предприятий с числом работающих около 46 000 человек. Эти предприятия ежегодно утилизируют

14..      . 15 млн автомобилей общей массой более 20 млн тонн. Сбор и подготовку изношенных автомобилей к утилизации произво­дят 20 тыс. малых предприятий. На этих предприятиях происхо­дит выбор годных к эксплуатации или восстановлению автоком­понентов, и только после этого кузов автомобиля передается на шредерные заводы, на которых осуществляются измельчение и видовая сепарация продуктов дробления кузова. Количество шредерных заводов в США - более 200, в Германии - 47, в Анг­лии - 37, во Франции - 40.

Стратегия обращения с утилизируемыми автомобилями в развитых странах основана на экологической и экономической эффективности принимаемых организационных и технических решений. Она включает:

-  проектирование автомобилей и автокомпонентов с учетом обеспечения доступной и эффективной их утилизации;


ю



-     повторное использование автокомпонентов, снятых с ав­томобилей и пригодных для дальнейшей эксплуатации;

-     восстановление автокомпонентов, снятых с автомобилей и незначительно отличающихся от новых;

-     переработку деталей и узлов автомобилей, не подлежащих экономически эффективному восстановлению, во вторичные ма­териальные ресурсы;

-     получение энергии от сжигания горючих отходов, не под­лежащих переработке;

-     захоронение не подлежащих переработке негорючих от­ходов.

Технология утилизации закладывается в конструкцию авто­мобиля при его разработке. При проектировании автомобиля учитывается пригодность используемых материалов к рециклин- гу, отдается предпочтение легкоразъемным соединениям, облег­чающим разборку утилизируемого автомобиля, используются маркировка и кодирование узлов и агрегатов, обеспечивающие их идентификацию и последующее использование.

Так, при выборе конструкции соединения деталей автомо­биля устанавливается следующая приоритетность:

-     быстроразъемные соединения с использованием защелок, зажимов, клипс и др.;

-     резьбовые соединения, винты, болты, шпильки, доступные для электро- и пневмоинструмента;

-     легкоразъемные клеевые соединения.

Неразъемные соединения (сварка, пайка, прессовая и горя­чая посадка, склеивание высокопрочными клеями) используются только там, где это требуется для обеспечения конструктивной прочности автомобиля.

При выборе пластмасс предпочтение отдается термопла­стичным, легко поддающимся повторной переработке материа­лам: полипропилену, полиэтилену, АБС-пластику, полистиролу, полиметилметакрилату, полиэтилентерефталату, полибутилен- терефталату, поликарбонату и др. Термореактивные пластмассы, которые не могут быть расплавлены или переведены в вязко­текучее состояние путем нагревания, в настоящее время в се­рийном производстве автомобилей не используются.


п



Начиная с 2000 г., в странах ЕС введена обязательная единая маркировка деталей и узлов автомобилей, облегчающая видовую сепарацию и рациональное использование отходов. При выпуске новых марок автомобилей разрабатываются технологические инструкции по их разборке и возможным направлениям утили­зации автокомпонентов, т.к. и законодатели, и производители автомобилей отчетливо понимают, что без четкой маркировки, понятных и доступных технологий разборки невозможно обес­печить к 2015 г. возврат в производство 85 % массы выпускае­мых автомобилей.

Следуя предписанным нормативным требованиям, автопроиз­водители вырабатывают собственную техническую политику, кото­рая должна обеспечить безусловное выполнение принятых норм.

В Японии закон об утилизации автомобилей вступил в дей­ствие с 01.01.2005 г. Он регламентирует разборку автомобилей, использование снятых узлов и агрегатов, дробление кузова, ре- циклинг материалов, сжигание и захоронение нерециклируемых отходов. Объем рециклируемых автокомпонентов и материалов в Японии в 2005 г. достиг 88 % массы автомобиля. Японские ав­топроизводители стремятся увеличить его в 2010 и 2015 гг. до 92 и 95 % соответственно.

Некоторые японские фирмы, например, Тойота, планируют в 2010 г. увеличить в 10 раз по сравнению с 2002 г. продажу вос­становленных узлов и деталей. При этом стоимость демонтиро­ванных автокомпонентов, пригодных к повторному использова­нию, вдвое ниже стоимости новых деталей и агрегатов. Для об­легчения разборки утилизируемых автомобилей Тойота создает специальное технологическое оборудование и оснастку.

Согласно законодательству Германии автопроизводители должны принимать свои автомобили на утилизацию. Крупные автомобилестроительные фирмы строят специальные заводы для разборки и утилизации вышедших из эксплуатации автомоби­лей. Такие заводы по масштабам сопоставимы с автосборочны­ми производствами. Сбор подлежащих утилизации автомобилей осуществляют 1180 фирм.

Наряду с крупными предприятиями в стране существуют и мелкие фирмы, занятые утилизацией автомобилей. Для проведе­ния таких работ требуется лицензия и наличие технической до­кументации.


12



Принятая в развитых странах технология утилизации авто­мобилей включает следующие обязательные стадии:

-     сбор автотранспортных средств с выдачей их владельцам документа о проведении утилизации;

-     слив из различных систем автомобиля всех рабочих жид­костей с последующей их регенерацией;

-     демонтаж опасных и токсичных автокомпонентов, вклю­чая аккумуляторные батареи, масляные фильтры, топливные ба­ки, подушки безопасности и др.;

-     демонтаж автокомпонентов и деталей, пригодных для дальнейшей эксплуатации без доработки;

-     дефектацию и восстановление для дальнейшей эксплуата­ции автокомпонентов и деталей, требующих ремонта;

-     переработку дроблением и видовую сепарацию остатков утилизируемого автомобиля;

-     раздельную переработку отходов из различных материа­лов с целью производства вторичных материальных ресурсов;

-     сжигание горючих нерециклируемых отходов с получени­ем энергии;

-     захоронение неутилизируемых негорючих отходов.

Таким образом, в индустриально развитых странах накоплен

значительный опыт в области обращения с выводимыми из экс­плуатации автомобилями. Существующие в странах ЕС, США, Японии законы рассматривают утилизируемый автомобиль как крупный источник вторичных автокомпонентов и материальных ресурсов.

Действующие механизмы обращения с утилизируемыми ав­томобилями жестко предписывают нормы повторного использо­вания узлов, агрегатов и материалов. Для решения поставленных задач разработаны технические регламенты на проектирование автомобиля и порядок его разборки и утилизации.

Контрольные вопросы

1.   Расскажите о директивах ЕС в области утилизации автомобилей.

2.   Каковы цели и стратегия ЕС при утилизации автомобилей и спо­собы их реализации?

3.   Расскажите о стадиях процесса утилизации автомобилей в стра­нах ЕС.


13



2. @НОРМАТИВНО-ПРАВОВАЯ БАЗА ОБРАЩЕНИЯ С ВЫВЕДЕННЫМИ ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЯМИ

В России обращение с отходами производства и потребле­ния, в т.ч. такими сложными, как выведенные из эксплуатации автотранспортные средства, регулируется следующими феде­ральными законами:

-    «Об отходах производства и потребления» (от 24.06.1998 г. № 89-ФЗ, ред. от 18.12.2006 г.);

-    «Об охране окружающей среды» (от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ);

-    «О санитарно-гигиеническом благополучии населения» (от 30.03.1999 г. № 52-ФЗ, ред. от 31.12.2005 г.);

-    «Об общих принципах организации местного самоуправ­ления в Российской Федерации» (от 06.10.2003 г. № 131-ФЭ).

Эти законы направлены, прежде всего, на снижение загряз­нения окружающей среды отходами производства и потребления и практически не регулируют обращение с ними как с источни­ками вторичных материальных и энергетических ресурсов.

Наряду с федеральными законами, в ряде регионов страны приняты местные нормативные документы, направленные на ре­гулирование обращения с выводимым из эксплуатации авто­транспортом.

Так, в Москве принят ряд постановлений московского пра­вительства и распоряжений мэра города. Среди них:

-Постановление правительства Москвы от 07.12.1999 г. №1125 (ред. 31.07.2001 г.) «О создании общегородской системы сбора и переработки автотранспортных средств, подлежащих ути­лизации»;

-Распоряжение мэра Москвы от 03.11.1997 г. № 858-РМ «О состоянии и мерах по совершенствованию системы сбора, пере­работки и утилизации брошенных и разукомплектованных транс­портных средств»;

-Распоряжение первого заместителя премьера правительства Москвы от 17.02.1999 г. № 104-РЗП «О создании производственно­го комплекса по переработке отходов городского автотранспорта».

Кроме того, некоторые решения правительства города каса­ются утилизации автокомпонентов (аккумуляторов, автошин, изделий из цветных металлов, пластмасс) и расходных материа­лов (отработанных масел и др.).


14



Так же как и федеральные законы, они направлены на защиту окружающей среды, а не на рациональное использование содер­жащихся в выводимых из эксплуатации автомобилях ценных вто­ричных материальных ресурсов. Однако такой подход принципи­ально не изменяет отношение к изношенному автотранспорту.

В то же время выведенный из эксплуатации автотранспорт относится к отходам потребления, на обращение с которыми рас­пространяется действие межгосударственного стандарта ГОСТ 30773-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла. Основные положения», введенно­го в действие с 01.07.2002 г. Стандарт гармонизирован с междуна­родной и отечественной нормативной документацией и рассмат­ривает ликвидацию отходов как последнюю стадию жизненного цикла изделия, выводимого из эксплуатации.

Согласно стандарту на этой стадии должны быть определены:

-    пригодность отхода к утилизации;

-    способ подготовки объекта и возможные направления утилизации;

-    безопасность процесса утилизации;

-    ресурсосберегающий эффект от утилизации.

Стандарт предусматривает следующие способы обращения с утилизируемыми отходами:

-    использование объекта без доработки по прямому назна­чению повторно, но в другой сфере применения;

-    использование объекта с доработкой по прямому назначению;

-    демонтаж и использование составных частей утилизируе­мого объекта в исходном виде;

-    демонтаж и использование составных частей утилизируе­мого объекта в доработанном виде;

-    переработку утилизируемого отхода с целью получения вторичных материальных и энергетических ресурсов.

Стандартом предусмотрено, что при невозможности реали­зации ни одного из вышеперечисленных способов обращения с отходами они подлежат захоронению. В стандарте указывается, что важными аспектами обращения с отходами являются:

-    оценка воздействия отходов и продуктов их переработки на здоровье людей и окружающую природную среду;

-    создание современной инфраструктуры обращения с отхо­дами, включая стандартизацию, паспортизацию, сертификацию,


15



лицензирование, экспертизу, информационное и технологиче­ское обеспечение;

-    создание производственных мощностей по транспорти­ровке, переработке и захоронению отходов.

Стандарт подробно рассматривает производственно- технологические, ресурсные стороны проблемы обращения с от­ходами, а также обеспечения безопасности и рисков, связанных с их переработкой и захоронением.

Несмотря на существующие федеральные и региональные законы, а также наличие государственного стандарта, опреде­ляющего порядок обращения с отходами, сложные, многоком­понентные отходы, к которым следует отнести и автомобиль, у нас в стране перерабатываются незначительно. Это объясняется высокой стоимостью работ по их сбору и видовой сепарации. Доступность первичного сырья и его относительно низкая стои­мость также делают использование отходов нерентабельным, а су­ществующие в стране нормативно-правовые механизмы, регули­рующие обращение с отходами производства и потребления, не способствуют их вовлечению в хозяйственный оборот.

Постановление Правительства Российской Федерации от

31.12.2009       г. № 1194 предусматривает проведение эксперимента по стимулированию приобретения новых автомобилей взамен сдаваемых на утилизацию. По-видимому, оно окажет некоторую поддержку автопроизводителям, но также не будет способство­вать решению проблемы рационального использования утилизи­руемых автомобилей, являющихся источником ценных вторич­ных материальных ресурсов.

Увеличить объемы рециклинга в России автомобильной техники можно лишь при условии создания благоприятных нор- мативно-правовых, экономических и социально-политических механизмов. Эти механизмы должны учитывать интересы и обя­занности производителей автотехники, ее потребителей и пере­работчиков выведенных из эксплуатации автомобилей.

Решение проблемы может быть достигнуто только на феде­ральном уровне с учетом того, что автомобиль, даже изношенный и неэксплуатируемый, является объектом частной собственности.

Кроме того, для создания отрасли, занятой утилизацией из­ношенных автомобилей, необходима государственная экономи­ческая поддержка бизнеса, включая субсидирование процентных ставок по банковским кредитам, налоговые льготы, льготные та­


16



рифы на транспортные перевозки и пользование водными и энергетическими ресурсами.

При создании федерального законодательства о регулирова­нии обращения с выводимым из эксплуатации автотранспортом необходимо предусмотреть порядок, при котором его соблюде­ние станет экономически выгодным для всех участников: от владельца автомобиля до завода-производителя.

Из вышесказанного следует, что Россия нуждается в сроч­ной разработке Федерального закона об обращении с выводи­мым из эксплуатации автотранспортом и автокомпонентами. В этом законе автотранспортные средства должны рассматривать­ся как предметы частной собственности с вытекающими отсюда последствиями для объектов правового регулирования.

Закон должен устанавливать нормы правовой и экономиче­ской ответственности производителей, продавцов и владельцев автотехники за ее сбор и утилизацию.

Кроме того, закон должен предусмотреть меры финансовой поддержки бизнеса, занятого сбором и утилизацией автомобилей.

Помимо принятия такого Федерального закона для энергич­ного развития отрасли, занимающейся утилизацией выведенных из эксплуатации автотранспортных средств (АТС), необходимо разработать технический регламент. Основными разделами рег­ламента должны быть:

-    требования к конструкции АТС, соответствующие наибо­лее рациональному их рециклингу;

-    требования к предприятиям, отвечающим за сбор, транс­портировку и рециклинг АТС и их компонентов;

-    порядок государственного учета в ГИБДД и федеральной налоговой службе снятых с эксплуатации автомобилей.

Таким образом, существующее в стране законодательство в области обращения с отходами производства и потребления рас­сматривает их как важнейший загрязнитель окружающей среды, но не способствует рациональному использованию выводимых из эксплуатации автотранспортных средств. Для развития отрасли утилизации изношенных автомобилей необходимы создание бла­гоприятного законодательства, организация государственного ре­гулирования и финансовая поддержка предприятий, занимающих­ся рециклингом, а также разработка технического регламента, ус­танавливающего требования к конструкции АТС и порядок обра­щения с выведенными из эксплуатации автомобилями.


17



Контрольные вопросы

1.    Расскажите о нормативно-правовой базе России в области обра­щения с выводимыми из эксплуатации автомобилями.

2.    Расскажите о требованиях ГОСТ 30773-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла. Основные поло­жения».

3.    Расскажите о направлениях совершенствования нормативно-правовой базы России в области обращения с утилизируемыми автомобилями.


18




3. @ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И АГРЕГАТЫ АВТОМОБИЛЯ


За прошедшее столетие после создания автомобиля проде­лана огромная работа по совершенствованию его конструкции. В результате этого современный автомобиль очень мало похож на «самоходные» экипажи конца XIX века.

Важнейшие элементы автомобиля, такие как кузов, несущая рама, ходовая часть, двигатель, трансмиссия и рулевое управле­ние, сохранились и по сей день. Однако конструкция современ­ного автомобиля отличается наличием многочисленных систем, назначение которых - повысить его безопасность и комфорта­бельность, облегчить управление им и уменьшить загрязнение окружающей среды.

В соответствии с назначением к автомобилю предъявляют различные технические, экономические и экологические требо­вания. Эти требования можно разделить на три большие группы: функциональные, потребительские и требования к безопасности автомобиля.

Важнейшим требованием в последние годы становится при­способленность автомобиля, его узлов и агрегатов к рациональ­ному использованию при утилизации после выведения из экс­плуатации.

При изготовлении автомобиля применяются все классы со­временных материалов: сплавы на основе железа, меди, алюми­ния, свинца, цинка, магния, а также пластмассы, резины, клеи, герметики, лакокрасочные и текстильные материалы, керамики, стёкла, драгоценные металлы и др. Укрупненный материальный состав современного автомобиля представлен в табл. 3.1.


Таблица 3.1

Материальный состав автомобиля «Лада Калина»_____________


Материал

Содержание, %

Черные металлы

67

Пластмассы

10

Цветные сплавы

7

Резина

6

Шумо-, вибропоглощающие материалы

5

Стекло

4

Текстильные материалы

1

19



В стремлении удовлетворить требования различных групп потребителей автопроизводители постоянно расширяют модель­ные ряды автотехники, совершенствуют конструкцию и повы­шают качество автомобилей. Все выпускаемые транспортные средства можно разделить на легковые автомобили, грузовые ав­томобили, автобусы, троллейбусы, прицепы и полуприцепы. Среди 50 млн автомобилей, ежегодно выпускаемых мировым ав­топромом, есть транспортные средства самого разного назначе­ния, но львиную долю их составляют легковые автомобили (бо­лее 42 млн штук).

Несмотря на серьезные различия между автомобилями, про­изводимыми разными фирмами, все они состоят из следующих блоков: несущей конструкции, кузова (или кабины), двигателя, движителя (колес или гусениц), трансмиссии, подвески, систем управления.

Несущая конструкция служит для установки и крепления на ней всех узлов и агрегатов автомобиля. В качестве последней используется рама автомобиля или кузов. В автомобилях с ра­мой кузов также устанавливается на нее. Рама выполняет не только функцию соединения всех систем и агрегатов автомоби­ля, она придает ему необходимую прочность и жесткость. Рама автомобиля может иметь различную конструкцию, но чаще она состоит из лонжеронов, соединенных между собой поперечина­ми. Рамы изготавливаются из стальных профилей, соединяемых между собой заклепками, болтами и сваркой.

Кузов (рис. 3.1) служит для размещения пассажиров и груза, установки сидений, панели приборов, световых приборов, кли­матических установок, аудиосистем, компьютера и др. Кузова большинства современных легковых автомобилей являются не­сущими, т.е. на них крепятся все другие узлы и агрегаты.

К кузовам предъявляют ряд технических требований, кото­рые определяются стремлением снизить их стоимость, повысить топливную экономичность автомобиля и безопасность водителя и пассажиров.

Кузов современного автомобиля имеет стандартный набор различных элементов, назначение которых - удовлетворение технических требований к автомобилю. Он состоит из корпуса, капота, крышки багажника, дверей, крыльев, облицовки радиа-


20



тора, бамперов, панели приборов, подвижных и неподвижных стекол, сидений, облицовки крыши, пола и др.



Рис, 3.1. Каркас кузова автомобиля типа «хэтчбэк»


В конструкциях, в которых кузов является несущим, уста­новка всех систем производится на нем, и, помимо соединитель­ной функции, он определяет жесткость и прочность автомобиля. Несущий кузов воспринимает все нагрузки, действующие на ав­томобиль: массу пассажиров, груза и различных систем и агре­гатов, ударные, вибрационные, изгибающие нагрузки, возни­кающие при движении автомобиля и т.д. В нем размещаются во­дитель и пассажиры и, следовательно, на него возлагаются функции защиты их от воздействия внешней среды и от травма­тизма при аварии. Важной функцией кузова является обеспече­ние необходимого эстетического восприятия автомобиля, что достигается дизайнерской разработкой. Наконец, от формы ку­зова зависит аэродинамическое сопротивление при движении автомобиля, поэтому современные кузова имеют обтекаемую форму. Это не только улучшает скоростные характеристики ав­томобиля, но и повышает его топливную экономичность.

Корпус кузова автомобиля изготавливается чаще всего из штампованных стальных деталей, соединенных точечной свар­кой. В последние годы расширяется использование пластмасс для изготовления элементов кузова: капотов, крыльев, дверей,


21



крыши и др. Для этого применяют полиамид, поликарбонат, по­лиуретан, полипропилен и др.

С целью снижения уровня шума автомобиля детали кузова с большой поверхностью покрываются шумо- и вибропоглощаю­щими полимерными материалами.

Еще одним материалом для производства кузова автомобиля являются алюминиевые сплавы. Использование пластмасс и алюминиевых сплавов является следствием стремления снизить массу автомобиля и повысить коррозионную стойкость кузова. Снижение массы позволяет улучшить топливную экономич­ность, а повышение коррозионной стойкости увеличивает его долговечность.

Важнейшими элементами кузова являются системы, обеспе­чивающие комфортабельность, безопасность и информационное обеспечение водителя и пассажиров. К ним относятся сиденья, панель приборов, системы обогрева и кондиционирования, рем­ни и подушки безопасности и др.

При изготовлении этих изделий широко используются пласт­массы и текстильные материалы из полимерных нитей и волокон.

Кузова классифицируются по назначению, конструкции, компоновке и нагруженности. Конструкция кузова и его компо­новка зависят от назначения автомобиля.

В грузовом автомобиле несущей является рама; на ней уста­навливается кабина, в которой размещаются сиденья, панель приборов, система управления и др.

Кроме того, на раме устанавливается грузовой кузов, кото­рый в зависимости от назначения автомобиля может быть изго­товлен в виде бортовой платформы, фургона, цистерны и др. У специальных грузовых автомобилей на платформу может устанав­ливаться технологическое оборудование, военная техника и др.

Кузова и кабины легковых и грузовых автомобилей окраши­ваются современными лакокрасочными материалами, назначе­ние которых - защитить их от коррозии и придать необходимый эстетический вид.

Кузова легковых автомобилей и кабины грузовых автомоби­лей оснащаются различными системами, облегчающими управ­ление автомобилем и повышающими комфортабельность и безопасность. К ним относятся система освещения, система очи­


22



стки переднего и заднего стекол, различные контрольно­измерительные приборы на панели приборов и рулевом колесе, система кондиционирования, система регулирования положения рулевого колеса, система пассивной безопасности нового поко­ления (ремни с преднатяжением, надувные мешки и др.), аку­стические системы и т.д. Все эти системы имеют сложную кон­струкцию, их работа обеспечивается многочисленными датчи­ками и электронными приборами.

Двигатель (рис. 3.2) приводит в движение автомобиль с по­мощью движителя. Энергия двигателя возникает либо вследст­вие сжигания углеводородного топлива (бензина, дизельного то­плива, газа, биотоплива и др.), либо за счет питания от электри­ческой сети или электроаккумуляторов. Принципиально воз­можно создание автомобилей, работающих от других источни­ков энергии, но в настоящее время такие двигатели широкого применения не находят.



Рис. 3.2. Двигатель L7X автомобиля Clio V6 фирмы Renault


Наибольшее распространение среди двигателей наземных транспортных средств имеют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), которые могут быть поршневыми и роторными.


23



Самая массивная часть двигателя внутреннего сгорания - блок цилиндров с головкой (рис. 3.3). Именно в цилиндрах про­исходит сжатие и сгорание топливно-воздушной смеси и пре­вращение энергии расширяющихся газов в механическую энер­гию поршней двигателя, которая затем с помощью шатуна пре­образуется во вращательное движение коленчатого вала.

Блок цилиндров двигателя изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава. Поршни изготавливаются из алюминие­вого сплава, но некоторые элементы поршня делают из стали и чугуна. Шатун изготавливают чаще всего из стали, но в некото­рых двигателях используют шатуны из алюминиевых и титано­вых сплавов.



Рис. 3.3. Блок цилиндров двигателя V12 фирмы BMW


Важной частью двигателя является газораспределительная система, состоящая из клапанных механизмов, с помощью кото­рых обеспечивается поочередная подача в цилиндры топливно­воздушной смеси и выпуск из них продуктов сгорания.

Необходимыми составными частями ДВС являются системы питания, зажигания, смазки, охлаждения, выпуска отработавших газов.

Важным элементом современного ДВС является катализатор дожигания выхлопных газов. Его разработка и использование на


24



всех современных автомобилях связаны с ухудшением экологи­ческой обстановки в крупных городах с большими потоками ав­тотранспорта. Загрязнение атмосферного воздуха потребовало введения жестких норм по содержанию токсичных продуктов в выхлопных газах. В индустриально развитых странах действуют нормы Евро-5, в России с 2010 г. вводятся нормы Евро-4. Требо­вания этих стандартов могут быть выполнены только с исполь­зованием в системе выпуска отработанных газов катализатора дожигания.

Катализатор предназначен, как это следует из его названия, для дожигания неполностью сгоревших продуктов, содержа­щихся в отработавших газах, до безвредных компонентов, како­выми считаются вода и углекислый газ. Применение катализато­ров дожигания позволило резко снизить загрязнение окружаю­щей среды токсичными продуктами неполного сгорания топлива (СН, СО, NOx). Происходит это благодаря тому, что в конструк­ции катализаторов имеются слои драгоценных металлов - пла­тины, палладия, родия, которые обеспечивают активное взаимо­действие продуктов неполного сгорания топлива с кислородом, а также восстановление образовавшихся оксидов азота NOx до ис­ходного нейтрального продукта - азота. Эти слои имеют высо­коразвитую поверхность благодаря тому, что они нанесены на пористый керамический носитель или блок-носитель из метал­лической гофрированной фольги.

Катализатор дожигания устанавливается в систему выпуска отработавших газов перед глушителем, за выпускным коллекто­ром двигателя (рис. 3.4).



Рис. 3.4. Катализатор автомобиля «Лада Калина»


25



Наконец, работа двигателя внутреннего сгорания невозмож­на без источников электрического тока, от которых поступает питание на стартер при пуске, а затем происходит зажигание то­пливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. Для этого ис­пользуются кислотно-свинцовые аккумуляторные батареи, со­стоящие из пластмассового корпуса и свинцовых пластин, по­груженных в раствор серной кислоты заданной плотности (кон­центрации). Кроме аккумуляторной батареи в автомобиле имеется еще один источник электрического тока - генератор, от которого происходит зарядка аккумулятора во время работы двигателя.

Движитель преобразует энергию двигателя в движение ав­томобиля. Существуют различные конструкции движителей, но в подавляющем большинстве автомобилей движение осуществ­ляется с помощью колес, которые могут быть ведущими и ведо­мыми. Ведущие колеса приводятся в движение с помощью трансмиссии. Это они создают автомобилю тяговое усилие бла­годаря контакту колеса с дорогой и возникающей силе трения. Если сила трения недостаточна, вращающееся колесо пробуксо­вывает, и автомобиль не движется. Колесо автомобиля имеет важное значение: от него зависит не только возможность движе­ния автомобиля, но и управление, топливная экономичность, комфортабельность и безопасность пассажиров и водителя.

Колесо - это конструкция, объединяющая пневматическую резиновую шину (как правило, с камерой), металлические обод, соединительный диск и ступицу. Обод, на который надевается шина, жестко соединяется с диском, который крепится к ступице болтами или гайками. Конструкция колеса предусматривает ох­ват им ступицы (рис. 3.5).



Рис. 3.5. Конструкция колеса автомобиля: 1 - обод; 2 - камера; 3 - шина; 4 - вентиль


26



Для разборки и последующего использования автокомпо-
нентов изношенных автомобилей важно, что на ободья колес,
так же как и на пневматические шины, наносится маркировка,
указывающая важнейшие размеры колеса.

Пневматическая шина состоит из покрышки и камеры. По-
крышка изготавливается из износостойкой резины и армирую-
щего корда. Основой резины является каучук, который смеши-
вается с различными ингредиентами (современные высококаче-
ственные резины состоят из 18...20 ингредиентов). Для превра-
щения пластичной резиновой смеси в эластичную, прочную ре-
зину ее вулканизуют под давлением при повышенной темпера-
туре в специальных пресс-формах.

Покрышка неоднородна по конструкции и материальному
составу, что позволяет обеспечить различным ее участкам раз-
ные свойства в соответствии с испытываемыми при эксплуата-
ции нагрузками. Она состоит из борта, бортовой проволоки, кар-
каса, брекера, боковины и протектора (рис. 3.6).

6

5

4

з - -

2  -


Г

Рис. 3.6. Конструкция автопокрышки:

1 - борт 2 - бортовая проволока; 3 - каркас; 4 - брекер;

5 - боковина; 6 - протектор


Каркас шины изготавливают из прорезиненного корда, в ка­честве которого используют полимерные нити или стальную проволоку. Именно корд обеспечивает высокую прочность и эксплуатационную долговечность покрышки.

Борта шины предназначены для плотной и жесткой посадки на обод колеса, для чего внутрь бортов вставлена и прочно со­единена с резиновой массой стальная проволока.

Внутри покрышки имеется резиновая эластичная камера, она не имеет каркаса и способна растягиваться. Для создания в



27



камере повышенного давления воздуха у нее имеется вентиль с клапаном.

В ряде случаев используют бескамерные шины. Такая по­крышка герметично соединена с ободом колеса благодаря спе­циальным слоям эластичной резины, нанесенной на внутреннюю и внешнюю стороны шины.

Трансмиссия автомобиля (рис. 3.7) предназначена для пере­дачи крутящего момента от двигателя к движителю, т.е. к веду­щим колесам. Кроме того, с ее помощью можно изменить вели­чину крутящего момента и его направление.



Рис. 3.7. Трансмиссия автомобиля «Шевроле-Нива»:

1,3- приводы передних колес; 2 - редуктор переднего моста; 4 - сцепление;

5 - коробка передач; 6 - передний карданный вал; 7 - рычаг переключения передач;

8 - промежуточный вал; 9 - рычаг управления раздаточной коробкой;

10 - раздаточная коробка; 11 - задний карданный вал; 12 - задний мост


Работа трансмиссии осуществляется путем изменения пере­даточного числа. Ее конструкция влияет на массу и компоновку автомобиля, его безопасность и топливную экономичность.

В трансмиссию входят сцепление, привод сцепления, короб­ка передач, карданная передача, карданные шарниры, главная передача, дифференциал. В современных автомобилях широко используются автоматические трансмиссии и автоматические коробки передач, существенно облегчающие управление авто­мобилем.

Движитель (колеса) автомобиля связан с кузовом через под­веску, которая гасит колебания и воспринимает силы, дейст­вующие на него.


28



Подвеска (рис. 3.8) служит для снижения вертикальных на­грузок на кузов от неровностей дороги и обеспечения плавности движения и комфортности водителя и пассажиров. От подвески зависит не только комфортабельность автомобиля, но и долго­вечность кузова, т.к. она гасит возможные ударные нагрузки, возникающие при движении автомобиля по неровной дороге.



Рис. 3.8. Передняя подвеска автомобилей семейства УАЭ-31512:

I  - передний кронштейн; 2 - рама; 3 - буфер; 4 - накладка;

5 - кронштейн амортизатора; 6 - амортизатор; 7 - задний кронштейн;

8 - резиновые втулки; 9 - наружная щека серьги; 10 - внутренняя щека серьги,

II    - стремянка; 12-подкладка; 13-рессора; 14-шайба,

15 - втулка рессоры; 16 - ось рессоры


Подвеска автомобиля включает направляющее, упругое и гасящее устройства, а также элементы крепления к кузову. В ка­честве упругих элементов широко используются пружины, лис­товые рессоры и торсионы, изготавливаемые из стали. В послед­ние годы предпринимаются попытки устанавливать на некото­рых автомобилях рессоры из углепластика, однако сколько- нибудь широкого распространения в серийном производстве та­кие материалы пока не нашли.

Торсионы представляют собой упругие металлические стержни круглого сечения, работающие на скручивание.

Кроме стальных упругих элементов в конструкции автомо­билей используются ограничители хода колес в вертикальном направлении, сделанные из полимерных материалов - резины и полиуретана. В некоторых автомобилях используются пневма­


29



тические упругие элементы, представляющие собой баллоны из армированной резины, наполненные сжатым воздухом. Для созда­ния в баллонах давления предусмотрено использование компрессо­ров, являющихся элементом конструкции таких автомобилей.

Еще одним непременным элементом подвески современных автомобилей являются телескопические гидравлические аморти­заторы, состоящие из герметичного цилиндра, внутри которого перемещается шток с поршнем. Цилиндр заполнен вязкой жидко­стью и имеет перепускные клапаны для перемещения жидкости. Амортизатор работает упруго как на сжатие, так и на растяжение.

Соединение подвески с кузовом производится с помощью эластичных втулок из резины. Их назначение - гасить вибраци­онные колебания и снижать уровень шума в салоне, а также за­щищать подвеску от ударных нагрузок.

Важными узлами автомобиля, тесно связанными в прямом и переносном смысле с подвесками, являются мосты, на которых крепятся ступицы колес, упругие элементы и др. Мосты поддер­живают кузов и передают нагрузку от него на колеса и обратно от колес на кузов. Существуют различные признаки классифи­кации мостов, но основным является их назначение. По этому признаку мосты делятся на ведущие, управляемые, поддержи­вающие и комбинированные. Последние одновременно являют­ся ведущими и управляемыми.

Системы управления включают рулевое управление, тор­мозную систему, управление двигателем, трансмиссией, уров­нем комфорта в салоне и т.д.

Рулевое управление (рис. 3.9) - важнейшая система автомо­биля, от ее конструкции и надежности зависит безопасность во­дителя и пассажиров, возможность сохранять или изменять на­правление движения; она влияет на маневренность автомобиля, гасит ударные нагрузки, воспринимаемые ходовой частью.

Наиболее широко в современных автомобилях используется рулевое управление с колесами, способными поворачиваться в горизонтальной плоскости. Синхронизация поворота левого и правого колес обеспечивается рулевой трапецией.

Элементами рулевого управления являются: рулевая колон­ка с рулевым колесом, рулевой механизм, рулевой привод с уси­лителем.

Рулевое колесо находится в кабине водителя в постоянном контакте с ним. Путем его вращения собственно и осуществля-


зо



ется управление движением автомобиля по заданной траектории. Рулевой механизм предназначен для увеличения приложенных к рулевому колесу усилий рук водителя для поворота колес авто­мобиля. Он представляет собой механический редуктор.



Рис. 3.9. Рулевое управление автомобиля


Рулевое колесо соединяется с рулевым механизмом с помо­щью рулевого вала, часто выполняемого многозвенным с шар­нирными соединениями, что повышает безопасность водителя в аварийных ситуациях и упрощает компоновку автомобиля.

Рулевой привод - это система тяг и шарниров, передающих усилие от рулевого механизма к управляемым колесам.

Практически на всех современных автомобилях устанавли­ваются гидравлические усилители рулевого управления, облег­чающие управление автомобилем.

Очень важной системой автомобиля является система тормозного управления, от которой зависит безопасность авто­мобиля и других участников движения. Система тормозного управления предназначена для замедления и остановки автомо­биля при движении, а также для его удержания на стоянке.

Существуют различные способы торможения автомобиля, но наиболее широко используется создание тормозной силы ме­жду колесом и дорогой путем замедления его вращения при движении и полной блокировки на стоянке. Создаваемая тор­мозная сила зависит не только от величины усилия, препятст­вующего вращению колеса, но и от сцепления его с дорогой. На


31



скользкой дороге колесо при торможении блокируется, но авто­мобиль продолжает движение за счет скольжения колес, а не их качения. Поэтому современные автомобили оснащаются анти- блокировочной системой (АБС) тормозов.

Система тормозного управления автомобиля включает ос­новную (или рабочую), запасную и стояночную системы тормо­жения. Основная и запасная системы предназначены для замед­ления движения автомобиля, при этом запасная система сраба­тывает при выходе из строя основной, а стояночная предназна­чена для удержания автомобиля на стоянке.

Все тормозные системы состоят из тормозных механизмов и приводов. Привод основной и запасной систем осуществляется с помощью педали тормоза ногой (ножной тормоз). Для облегче­ния торможения в современных автомобилях используется уси­литель тормозов. У большинства современных легковых авто­мобилей используется гидравлический привод основной и за­пасной систем торможения. Передача усилия при нажатии на педаль тормоза происходит с помощью герметичной гидравли­ческой системы, заполненной тормозной жидкостью, к которой предъявляются специальные требования. Гидравлическая систе­ма состоит из главного и колесных тормозных цилиндров и тру­бопроводов.

Привод стояночной системы торможения, как правило, осу­ществляется с помощью рычага, приводимого в действие рукой (ручной тормоз). Удержание автомобиля на стоянке производит­ся путем блокировки задних колес механическим, реже электри­ческим или пневматическим приводами.

Тормозные механизмы создают усилия, замедляющие вра­щение колес автомобиля. В большинстве автомобилей их дейст­вие основано на создании большой силы трения между тормоз­ными колодками и элементами колеса. Тормозные механизмы размещаются внутри колеса и подразделяются на дисковые и ба­рабанные. В первом случае сила трения возникает при создании контакта между плоскими фрикционными накладками, установ­ленными на тормозные колодки, и вращающимся тормозным диском колеса. В барабанном тормозном механизме сила трения создается между тормозным барабаном, вращающимся вместе с колесом, и раздвигающимися при торможении тормозными ко­


32



лодками с фрикционными накладками. Их внешний радиус ра­вен внутреннему радиусу барабана, поэтому площадь контакта в момент торможения равна площади фрикционных накладок. Тормозные барабаны и диски отливают из серого чугуна.

На всех современных легковых автомобилях на передних колесах устанавливают дисковые тормоза, а на задних могут быть барабанные или дисковые.

Фрикционные накладки изготавливают из специальных композиционных материалов на полимерной основе. К ним предъявляют высокие требования: они должны быть теплостой­кими, износостойкими и иметь высокий коэффициент трения по чугуну. До недавнего времени их изготавливали из асбестокау­чуковой композиции. В последние годы в связи с запретом на использование асбеста фрикционные накладки изготавливают из композитов на полимерной основе с углеродными волокнами и из других материалов.

Таким образом, современный автомобиль представляет со­бой сложную инженерную конструкцию, состоящую из множе­ства блоков, агрегатов и систем управления. Количество деталей на одном автомобиле составляет 4...6тыс. штук. Автомобиль насыщен многочисленными электрическими, электронными, гидравлическими и пневматическими системами.

Узлы и агрегаты выводимых из эксплуатации автомобилей, а также материалы, из которых они изготовлены, являются цен­ными вторичными ресурсами и могут быть повторно использо­ваны при сборке и ремонте автомобилей, либо при изготовлении новых материалов. Утилизация автомобилей позволяет рацио­нально использовать вторичные материальные ресурсы, содер­жащиеся в снятом с эксплуатации автомобиле.

Контрольные вопросы

1.     Каковы основные узлы и агрегаты автомобиля?

2.     Что такое несущая конструкция автомобиля?

3.     Каковы основные узлы и системы двигателя внутреннего сгорания?

4.     Что такое движитель? Виды и устройство движителей.

5.     Расскажите о назначении трансмиссии и подвески автомобиля.

6.     Расскажите о системах управления автомобилем.


33



4.     @РАЗБОРКА И ОЧИСТКА АГРЕГАТОВ И ДЕТАЛЕЙ УТИЛИЗИРУЕМЫХ АВТОМОБИЛЕЙ


Автомобиль, поступающий на утилизацию, как правило, сильно загрязнен, поэтому вначале он должен быть очищен от грязи, что облегчает разборку, позволяет правильно оценить пригодность снятых узлов и агрегатов к повторному использо­ванию и восстановлению. Считают, что очистка позволяет на

20..               .30 % повысить ресурс восстанавливаемых деталей и агрега­тов и на 15...20 % поднять производительность труда при раз­борке автомобиля.

4.1.   Разборка автомобиля и его агрегатов

Разборка автомобиля заключается в разъеме различных со­пряжений агрегатов и узлов. Как уже отмечалось выше, в совре­менных конструкциях автомобилей предпочтение (там, где это возможно по конструктивным соображениям) отдается легко­разъемным соединениям.

Правильная разборка автомобиля позволяет вернуть в авто­сборочное и авторемонтное производства до 70...80% снятых узлов, деталей и агрегатов, в том числе 40...60 % после восста­новления.

Этапы разборки автомобиля и его агрегатов чередуются с этапами мойки и очистки. Утилизируемый автомобиль после мойки поступает на общую разборку, где с него снимают колеса, из его систем сливают все рабочие жидкости (топливо, масло, тормозную, охлаждающую и др.), снимают потенциально опас­ные системы (подушки безопасности с пиропатроном, предна- тяжители ремней безопасности, кондиционер, аккумуляторную батарею и т.д.). Затем с автомобиля снимают электрооборудова­ние, панель приборов, передний и задний бамперы, радиаторы, топливный бак, передний и задний мосты, карданный вал, тор­мозную и топливную системы, коробку передач, двигатель и т.д. Снятые агрегаты и системы автомобиля поступают на дальней­шую очистку и узловую разборку, которая выполняется на спе­циализированных участках.

Кузова после снятия узлов и агрегатов пакетируются и скла­дируются для последующей утилизации путем дробления и ви­довой сепарации дробленого продукта с целью выделения чер­ных и цветных сплавов и неметаллических материалов.


34



На рис. 4.1 показан склад подготовленных к дроблению ав­томобильных кузовов.



Рис. 4.1. Склад автомобильных кузовов, подготовленных к дроблению


При разборке используют специальное оборудование и ос­настку, а процесс проводится по технологическому регламенту, устанавливающему последовательность операций и правила их выполнения.

Основные работы, осуществляемые при разборке автомоби­ля, связаны с разъемом резьбовых и прессовых сопряжений. Кроме того, при разборке производится значительная работа по перемещению узлов и агрегатов.

Разборка производится на конвейере, эстакаде и стендах, оборудованных специальной оснасткой. Разъем резьбовых со­единений осуществляется с помощью пневмо- и электрогайко­вертов. Специализированные стенды оснащают подвесными многошпиндельными гайковертами.

Разборку теплопрессовых соединений производят с помо­щью винтовых, пневматических и гидравлических прессов.

Перемещение узлов и агрегатов по цеху осуществляют с по­мощью ленточных и подвесных конвейеров, электрокар и друго­го оборудования.


35



4.2.   Очистка агрегатов и деталей автомобилей

Загрязнение автомобиля и его агрегатов может быть наруж­ным и внутренним. Снаружи автомобиль загрязнен дорожно­почвенными и масляно-грязевыми отложениями, герметизирую­щими и лакокрасочными покрытиями, продуктами коррозии.

Внутри агрегатов автомобиля имеются загрязнения, возни­кающие в результате старения смазок, износа трущихся деталей, а также накипь, нагар, продукты коррозии, асфальто-смолистые отложения.

Загрязнения автомобиля и его агрегатов имеют сложный химический состав, и для их удаления используются механиче­ские, физико-химические и физические процессы, в основе ко­торых лежат те или иные способы разрушения загрязнений и удаления их с очищаемой поверхности.

Для удаления масляно-грязевых, дорожно-почвенных и ас- фальто-смолистых отложений и отслоившихся лакокрасочных покрытий используют пароводоструйный способ очистки с при­менением моющих средств или без них.

Нагар и накипь снимают термомеханическим, гидроабра­зивным способами и ванно-струйной обработкой щелочным рас­твором. Такие отложения удаляют также с помощью механиче­ского дробления струей мелких твердых частиц (стеклянных шариков, косточковой крошки, полимерных гранул и др.).

Продукты коррозии удаляют гидровиброабразивным спосо­бом, погружением в кислотный раствор и другими приемами.

Для очистки автомобильных узлов и агрегатов используют очистные средства, действие которых основано на растворении, ад­сорбции, эмульгировании, диспергировании и других процессах.

Наибольшее распространение нашли очистные средства на основе органических растворителей и специальные технические моющие средства. Использование нефтепродуктов (бензина, ке­росина и др.) в качестве моющих средств является устаревшей технологией, приводящей к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию ресурсов. Более эффективно использовать для этих целей специальные моющие растворы.

Все моющие средства имеют в своем составе поверхностно­активные вещества (ПАВ), которые снижают поверхностное на­


36



тяжение моющего средства и облегчают смачивание загрязнен­ных поверхностей.

Для ускорения процесса очистки используют нагревание очищающих сред, подачу их под высоким давлением, создание вибрационных колебаний сред и другие приемы.

Очистка автомобилей и их агрегатов осуществляется в струйных и погружных моечных машинах, ультразвуковых и дробеструйных установках. Такие аппараты могут работать в периодическом и непрерывном режимах. Последние работают на крупных авторазборочных и авторемонтных предприятиях. Для мойки автомобиля с применением синтетических моющих средств предназначена струйная моечная машина ОМ-4267.

Очистка погружением осуществляется в роторной машине АКТБ-227 и конвейерной моечной машине КМ-4 (рис. 4.2).


6



Рис. 4.2. Моечная машина КМ-4 конвейерного типа:

1 - ванна; 2 - контейнер; 3 - растяжка; 4 - цепной конвейер; 5 - балка; 6 - шестерня; 7 - каретка


Многостадийную комбинированную очистку деталей и агре­гатов производят в установках ОМ-4244 и ОМ-5458. Установки состоят из четырех ванн с различными составами, в которые пооче­редно загружают контейнеры с очищаемыми узлами и деталями.

Туннельные моечные машины выпускаются с подвесным и ленточным конвейерами. Их используют для мойки и очистки деталей сложной формы: фланцевых деталей с отверстиями, го­ловок блоков цилиндров, поршней, валов, роторных корпусов, зубчатых колес и др.

В туннельных машинах последнего поколения горячий моющий раствор под высоким давлением подается на детали че­


37



рез распылительные форсунки. Длина зоны очистки и скорость движения конвейера могут устанавливаться с учетом вида очи­щаемых деталей, степени их загрязнения и необходимой произ­водительности. На рис. 4.3 показана туннельная моечная машина фирмы Sampo-Rosenlew для очистки узлов трансмиссии.

Некоторые особенности имеет процесс удаления с деталей двигателя нагара, представляющего собой продукт неполного сгорания топлива и масла. При восстановлении деталей удале­ние нагара является обязательной операцией. Для этого исполь­зуют химическую, механическую и ультразвуковую очистку.



Рис. 4.3. Туннельная моечная машина для очистки узлов трансмиссии


При химическом способе детали погружают на 40...60 мин в щелочной раствор, подогретый до 80...90 °С, после чего их про­мывают в ванне. Химический способ очистки деталей от нагара недостаточно эффективен.

Механическая очистка деталей от нагара производится с по­мощью струйной обработки абразивными частицами, которые под воздействием разницы давлений воздуха с большой скоро­стью подаются на загрязненную поверхность. Удаление нагара производится косточковой крошкой, которая под давлением 0,4...0,5 МПа по шлангу направляется на обрабатываемую де­таль. Частицы крошки, ударяясь о поверхность детали, разру­шают слой нагара. При этом поверхность детали очищается, и на ней не образуются риски и царапины. Для очистки от нагара мелких деталей в качестве дисперсных чистящих частиц исполь­зуют металлический песок.


38




На рис. 4.4 показана комплектная линия Euroblast 10 с ци­клоном-рециркулятором и пылевой камерой для пескоструйной об­работки больших деталей, выпускаемая фирмой Guyson (Англия).



Рис. 4.4. Линия пескоструйной обработки деталей автомобилей


Вакуумные дробеструйные установки позволяют удалять грязь, окалину, ржавчину, старую краску без загрязнения окру­жающей среды. Установки такого типа компактны и мобильны. Образующиеся при обработке загрязненной поверхности пыль и дисперсные частицы удаляются вакуумным пылесосом и отде­ляются с помощью фильтров, а абразивный материал автомати­чески возвращается в технологический процесс. В табл. 4.1 при­ведена техническая характеристика вакуумной дробеструйной установки 1070PN.

Ультразвуковая (УЗ) очистка деталей от нагара и других за­грязнений применяется при обработке деталей сложной конфигу­рации, имеющих внутренние полости и другие труднодоступные участки поверхности. УЗ очистка деталей основана на передаче энергии ультразвуковых колебаний от преобразователя в моечную ванну, содержащую раствор для очистки. Колебания являются причиной образования мелких воздушных пузырьков, разрушаю­щихся в растворе, что создает эффект кипящей жидкости. Обра­зующиеся пузырьки при соприкосновении с очищаемой поверхно­стью лопаются и эффективно очищают деталь от различных, срав­нительно непрочных отложений, не повреждая самой детали.


39



Таблица 4.1

Техническая характеристика вакуумной дробеструйной ____________________ установки 1070PN______________________________


Характеристика

Единица

измерения

Значение

характеристики

1. Объем бункера для абразива

литр

38

2. Масса

кг

525

3. Производительность компрессора:

 

 

- давление

МПа

0,8

- объем воздуха

мэ/мин

10

4. Г абариты:

мм

 

- длина

 

1660

- ширина

 

735

- высота

 

1565

5. Длина шланга

м

15...45

6. Используемые абразивы

-

Чугунная дробь, оксид алюминия, стеклянные шарики, пластмассовая крошка, скорлупа ореха

Эффективность УЗ очистки зависит от частоты ультразвуко­вых колебаний, интенсивности ультразвука и физико-химических свойств моющего раствора. Для повышения эффективности УЗ очистки в моющий раствор добавляют поверхностно-активные вещества.

УЗ очистка осуществляется в специальных ваннах в моющих растворах с использованием поверхностно-активных веществ. Промышленность выпускает ванны различного объема. Не­большие ванны с объемом моечной камеры до 35 л оснащены пьезокерамическими преобразователями, генератором мощно­стью 1 кВт, устройством для подогрева моющей жидкости и другим комплектующим оборудованием.

Более крупные ванны объемом от 50 до 200 л снабжены магнигострикционными преобразователями, полупроводнико­выми генераторами, системами нагрева и охлаждения моющего раствора.

4.3. Анализ состояния и сортировка деталей, снятых с автомобилей

Детали автомобиля после разборки и очистки проходят де­фектацию, целью которой является определение их техническо­го состояния и пригодности для дальнейшего использования При этом определяются повреждения деталей. Повреждениями


40



называют отклонения свойств материалов и геометрических размеров деталей от допустимых значений, предусмотренных конструкторской документацией.

Повреждения деталей могут быть внешними и внутренними. Внешние повреждения определяют визуальным осмотром и с по­мощью измерительных приборов, а внутренние - путем исследова­ния структуры деталей способами неразрушающего контроля.

Причинами появления повреждений могут быть износ, уста­лость, коррозия и старение материала. Повреждения проявляют­ся в виде отклонений от первоначальных размеров, изменения геометрии и взаимного расположения деталей, появления тре­щин, негерметичности узлов, вмятин, обломов, задиров, забито­сти резьбы и других отклонений от требований конструкторской документации.

Повреждения определяют следующими способами:

визуальным осмотром;

измерением линейных размеров;

измерением взаиморасположения деталей;

определением герметичности узла;

измерением специальных характеристик.

При визуальном осмотре используют лупы и микроскопы. Линейные размеры определяют с помощью калибров и мери­тельного инструмента (штангенциркулей, микрометров и др.), резьбы проверяют резьбовыми калибрами. Взаимное располо­жение поверхностей деталей проверяют измерительными прибо­рами, имеющими индикаторы часового типа.

Усталостные трещины обнаруживают с помощью магнит­ных, капиллярных, акустических способов контроля, а также с помощью рентгено- и радио дефектоскопии. Герметичность узла определяют путем определения проницаемости по отношению к жидкости или газу, подаваемым под повышенным давлением.

Современные предприятия, занятые утилизацией автомоби­лей и восстановлением снятых с них деталей, оснащаются авто­матизированными средствами контроля последних поколений - координатными измерительными приборами с автоматической обработкой результатов измерения. Такие средства измерения позволяют повысить производительность труда и надежность измерения, исключив влияние человеческого фактора. Однако стоимость такого оборудования достаточно высока, и его ис­


41



пользование целесообразно лишь на крупных предприятиях с большими объемами производства.

Неразрушающие способы контроля структуры деталей осу­ществляются с помощью:

-     переносных и стационарных рентгеновских аппаратов ти­па РУП и РАП;

-     гамма-дефектоскопов типа РИД и РК;

-     ультразвуковых дефектоскопов типа ДУК и УД;

-     магнитных дефектоскопов типа УМД;

-     импедансных акустических дефектоскопов типа ИАД;

-     электромагнитных дефектоскопов типа ППД и ВД и дру­гих приборов.

В зависимости от характера повреждений и величины от­клонения характеристик от требуемых значений контролируе­мые детали подразделяют на годные, подлежащие восстановле­нию и непригодные для восстановления. Решение о восстанов­лении принимается в том случае, если оно признается техниче­ски и экономически целесообразным. Критерием эффективности является сравнение затрат на восстановление со стоимостью но­вой детали.

Годные детали без какой-либо доработки направляются для повторного использования на комплектацию действующего про­изводства и в розничную торговлю.

Непригодные для восстановления детали утилизируются. При этом должны быть организованы раздельное накопление и хранение металлических отходов с учетом их классов, групп, сортов и видов в соответствии с действующими стандартами на отходы металлов.

Контрольные вопросы

1. Как производится разборка утилизируемых автомобилей?

2. Какие процессы и аппараты используются при мойке и очистке деталей и агрегатов автомобилей?

3. Как проводится струйная очистка деталей?

4. Какие процессы и аппараты используются при дефектации дета­лей, снятых с утилизируемых автомобилей?


42



5.   @ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ УТИЛИЗИРУЕМЫХ АВТОМОБИЛЕЙ


В процессе эксплуатации детали и агрегаты автомобиля изна­шиваются, теряя первоначальные характеристики, размеры и внеш­ний ВИД- При этом износ узлов и агрегатов автомобиля различен.

Практика показывает, что не менее 25 % снятых с автомоби­ля узлов и деталей могут быть повторно использованы без ка- кой-либо доработки, поскольку сохраняют конструктивные и эс­тетические характеристики. Еще 50 % деталей могут быть дора­ботаны с помощью современных технологий восстановления, причем себестоимость восстановительных работ не превышает 30 % от стоимости новых деталей.

Восстановление деталей, снятых с автомобиля при его ути­лизации, - сложный многостадийный технологический процесс, целью которого является устранение выявленных дефектов и от­клонений от геометрических размеров и обеспечение их задан­ных физико-механических и эксплуатационных характеристик. Восстановление деталей и узлов позволяет использовать их ос­таточную долговечность, значительно сокращая ресурсопотреб­ление по сравнению с производством новых изделий.

Восстановление узлов и деталей утилизируемых автомоби­лей - важная и экономически эффективная подотрасль совре­менного автомобилестроения. В развитых странах восстановле­ние деталей и узлов производят, в основном, на автомобиле­строительных заводах, что позволяет строго следить за соблю­дением технологии, гарантировать высокое качество восстанов­ленных узлов и деталей, необходимых для использования в ос­новном производстве. Наряду с крупными предприятиями вос­становлением занимаются и небольшие фирмы, работа которых контролируется заводами-изготовителями автомобилей.

5.1.   Организация работ по восстановлению деталей

Эффективность работ по восстановлению деталей утилизи­руемых автомобилей зависит от правильного выбора техноло­гии, оборудования, технологической оснастки и организации контроля качества.

При выборе технологии восстановления учитывают:


43



-    размеры и форму детали;

-    вид материала, из которого она изготовлена;

-    необходимость и вид химико-термической обработки детали;

-    виды дефектов;

-    степень отклонения характеристик детали от требований конструкторской документации;

-    планируемый объем производства.

На крупных предприятиях восстановление деталей автомо­билей одного наименования целесообразно проводить по едино­му технологическому процессу. На средних и мелких фирмах работа может быть организована по групповому процессу, когда совместно восстанавливаются детали различной конструкции, объединенные общей технологией производства.

Восстанавливаемые детали с этой целью делят на пять групп: корпусные, круглые и некруглые стержни, полые цилин­дры, диски.

К корпусным деталям относят блоки и головки блоков ци­линдров, картеры, корпуса и крышки различных агрегатов и другие детали.

К круглым стержням относят различные валы, оси, полу­оси, крестовины, клапаны двигателя и другие детали.

К некруглым стержням относят шатуны, балки, лонжероны, тормозные колодки, педали, различные рычаги и другие детали.

К полым цилиндрам относят гильзы цилиндров, ступицы ко­лес, тормозные цилиндры, муфты и другие детали.

К дискам относят маховики, тормозные барабаны, диски сцепления, диски колес и другие детали.

Для каждой группы деталей разработаны свои производст­венные процессы, включающие определенный набор технологи­ческих приемов с учетом типичных для них повреждений.

При разработке технологических процессов восстановления деталей используют:

-    конструкторскую документацию на новую деталь;

-    перечень возможных дефектов восстанавливаемой детали;

-    технологии устранения повреждений;

-    режимы обработки детали;

-    характеристики необходимого оборудования, технологи­ческой оснастки, инструмента, средств измерения и контроля.


44



Помимо правильного выбора оборудования, позволяющего выполнение операций, предусмотренных технологией восста­новления деталей, и обеспечивающего необходимую производи­тельность восстановительного производства, очень важное зна­чение имеет оснащение производства стандартной или специ­ально разработанной технологической оснасткой.

Кроме этого, для обеспечения максимальной эффективности производства необходимо оснащение производства современ­ным износостойким режущим инструментом, дающим возмож­ность получать детали с необходимыми точностью и качеством поверхности при требуемой производительности.

Важное значение для получения высокой технико­экономической эффективности восстановительного производст­ва имеет организация контроля качества деталей. Контроль ка­чества должен осуществляться на всех стадиях производства: от входного контроля поступающих на предприятие материалов и изделий до контроля качества готовой продукции. Требования к современной системе качества определены международным стандартом ИСО 9000. Большое значение для организации кон­троля качества имеет оснащение производства необходимыми измерительными инструментами и приборами.

5.2.   Технологии восстановления деталей

Восстановление деталей автомобиля - это совокупность технологических операций, целью которых является приведение их к исходной форме, размерам и физико-механическим свойст­вам, утраченным в процессе эксплуатации. Важнейшими харак­теристиками деталей являются:

-     геометрические размеры;

-     расположение рабочих поверхностей относительно друг друга;

-     распределение массы относительно оси вращения;

-     твердость, прочность и жесткость материала;

-     структура материала;

-     шероховатость поверхности;

-     свойства поверхностного слоя;

-     наличие и вид защитного покрытия и др.

Восстановление изношенной детали производится в не­сколько стадий: сначала из нее изготавливается заготовка путем


45



нанесения на поверхность слоя материала (припуска), а затем полученная заготовка обрабатывается до заданных размеров и формы. После этого проводятся химико-термическая обработка и нанесение защитно-декоративных покрытий.

К технологиям создания припусков относятся:

-     различные способы наплавки, сварки и напыления;

-     пластическое деформирование;

-     установка дополнительных ремонтных элементов (деталей);

-     пайка;

-     нанесение гальванических и полимерных покрытий;

-     склеивание и др.

Достижение заданных размеров и формы осуществляется с помощью механической, газотермической, упрочняющей и дру­гой обработки.

Наплавка позволяет получать на деталях слои различного состава любой толщины при высокой производительности тру­да. Наплавление производится путем расплавления присадочно­го металла и нанесения его на восстанавливаемую поверхность. Наплавляемый металл предназначен для создания припуска с целью последующей механической обработки детали до задан­ных размеров и формы.

При сварке производится расплавление поверхностных сло­ев металла в соединяемых изделиях.

Расплавление металла при наплавке и сварке производят электрическим, плазменным, газотермическим, электрошлако- вым, лазерным, индукционным и другими способами.

Качество наплавки и сварки зависит от:

-     вида и состояния применяемого оборудования;

-     качества электродов, флюсов и наплавляемых материалов;

-     соблюдения технологического процесса.

При сварке и наплавке используют различные способы кон­троля качества готовых изделий.

Напыление осуществляется путем плавления и распыления металла потоком газа. По способу нагрева металла различают элек- тродуговое, газопламенное, высокочастотное, плазменное, детона­ционное и другие способы напыления. Для напыления используют проволоку или металлические порошки требуемого состава.

В последнее время появились шнуровые материалы для на­пыления, которые представляют собой композиционный мате­


46



риал на основе полимерного связующего и металлического по­рошкообразного наполнителя. При нагреве и плавлении шнура полимерное связующее полностью выгорает.

Технология напыления с использованием шнуровых мате­риалов отличается высокой производительностью, технологич­ностью и возможностью легко регулировать химический состав покрытия. К недостаткам данной технологии следует отнести низкую прочность покрытия по сравнению с прочностью основ­ного материала.

После напыления некоторых марок шнуровых материалов образовавшееся покрытие оплавляют, что повышает его проч­ность и связь с основным материалом.

Пластическое деформирование позволяет восстанавливать геометрию и форму изношенных деталей за счет перераспреде­ления металла из неизношенной части в зону износа. В основе технологии лежит способность металлов к пластической деформа­ции, которая используется при обработке металлов давлением.

Для восстановления размеров изношенных деталей приме­няют пластическое деформирование с помощью осадки, раздачи, обжатия, вытяжки, вдавливания (рис. 5.1).


Рис. 5.1. Схематическое изображение способов пластического деформирования: а - осадка; б - раздача; в - обжатие; г - вытяжка; д - вдавливание


Для восстановления геометрической формы деталей исполь­зуют правку статическим изгибом, ударом и термическую правку.



V777tym



47



При восстановлении физико-механических свойств изно­шенных деталей применяют поверхностное пластическое де­формирование с использованием дробеструйной обработки, об­катки шариками, алмазного выглаживания.

В ряде случаев восстановление деталей автомобиля произ­водят с помощью дополнительных ремонтных деталей, кото­рые используют для компенсации изношенных частей. Дополни­тельные детали изготавливают из того же материала, из которого сделана восстанавливаемая деталь. Технология позволяет вос­станавливать детали с большой степенью износа. Закрепление ремонтных деталей на восстанавливаемых производится запрес- совыванием, сваркой, приклепыванием, пайкой, с помощью вин­товых и штифтовых соединений.

Использование пайки для восстановления деталей ограни­чено ремонтом радиаторов, металлических топливных баков, приборов электрооборудования. При пайке используют припои с различной температурой плавления. Выбор припоя зависит от материала восстанавливаемой детали. Существуют оловянно­свинцовые, медно-цинковые, латунные и серебряные припои.

Гальванические покрытия применяют для восстановления размеров изношенных деталей, повышения их износостойкости, защиты от коррозии, придания необходимого внешнего вида. Нанесение гальванического покрытия производится способом электролиза из электролитов - водных растворов солей тех ме­таллов, которые нужно нанести на восстанавливаемую деталь. Гальваническим способом наносят железо, никель, медь, цинк, хром и другие металлы.

Детали, восстановленные путем нанесения гальванического покрытия, обладают высокой твердостью и износостойкостью. Для получения качественного покрытия, прочно связанного с основным материалом, необходима тщательная подготовка по­верхности восстанавливаемой детали.

Электролитическое осаждение покрытий производят в галь­ванической ванне под воздействием электрического тока.

В последние годы для создания гальванических покрытий на крупногабаритных деталях используют проточные и струйные технологии.

Восстановление деталей с помощью гальванических покры­тий обладает рядом важных особенностей, позволяющих, с оЛ'


48



ной стороны, получать необходимое качество деталей, а с дру­гой стороны, требующих специальных мер для защиты окру­жающей среды и, в частности, тщательной очистки сточных вод от тяжелых металлов. Поэтому его применение ограничено вос­становлением ответственных деталей с небольшим износом.

При восстановлении деталей и агрегатов автомобилей широко применяются полимерные материалы', пластмассы, клеи, герме­тики, лаки, краски и др. Они используются для восстановления размеров деталей, заделки трещин и пор, герметизации узлов, на­несения декоративно-защитных покрытий, склеивания деталей, фиксации и стопорения резьбовых и цилиндрических соединений.

Использование полимерных материалов снижает себестои­мость восстановления деталей, обеспечивает необходимое каче­ство узлов и агрегатов, повышает производительность труда.

Создание полимерных покрытий способом газопламенного напыления осуществляют с использованием дисперсных порош­ков на основе полиамида, полиэтилена, поливинилбутираля и других полимеров.

Для заделки трещин, восстановления рабочих поверхностей используют композиции на основе эпоксидных смол с высоким содержанием мелкодисперсных металлических порошков.

Дня герметизации пор, фиксации резьбовых соединений, заме­ны теплопрессовой посадки используют анаэробные клеи- герметики - низковязкие материалы с высокой проникающей спо­собностью, отверждающиеся в узких зазорах без доступа воздуха.

Широко используются для герметизации агрегатов и узлов высоковязкие силиконовые герметики, иногда называемые «жидкими прокладками».

Для соединения различных деталей традиционно использу­ют полимерные клеи различной природы, обеспечивающие тре­буемые эксплуатационные характеристики изделия в различных условиях эксплуатации.

До сих пор в данном разделе говорилось, в основном, о тех­нологиях создания заготовок, имеющих необходимый припуск для последующей механической обработки. Рассмотренные тех­нологии позволяют создать заготовку детали из материала за­данной структуры, обладающего необходимым комплексом свойств. Как отмечалось в начале раздела, такая заготовка долж­


49



на пройти следующую стадию, на которой снимаются излишки созданного припуска, обеспечивается взаимное расположение поверхностей и точность формы. Это производится с помощью черновой механической обработки путем точения, сверления, строгания и т.п.

Затем с помощью чистовой обработки достигаются необхо­димые точность размеров и шероховатость поверхности. На этой стадии используются абразивная обработка, точное растачива­ние и хонингование отверстий. Удаление микротрещин произво­дится с помощью полировки.

Заключительной стадией восстановления деталей является уп­рочнение поверхностного слоя и придание ему необходимых физи­ко-механических свойств с помощью специальных технологий.

Перед окончательным контролем качества восстановленная деталь очищается от возможных технологических загрязнений, появившихся на ней вследствие различных видов обработки. Это могут быть остатки смазывающе-охлаждающей жидкости, поли­ровальной пасты, абразивных материалов и т.п.

Контроль размеров и физико-механических свойств (твер­дость и др.) восстановленных деталей производится с помощью мерительного инструмента и специальных приборов.

Для создания декоративно-защитных покрытий восстанов­ленных деталей и агрегатов применяют лакокрасочные материа­лы различной природы. К таким материалам относят грунты, шпатлевки, краски и лаки.

Полностью готовая деталь перед сдачей на склад покрывает­ся консервационным составом.

Контрольные вопросы

1.   Расскажите об организации работ по восстановлению деталей ав­томобилей.

2.   Назовите группы деталей автомобилей, объединяемых общей технологией восстановления.

3.   Назовите стадии восстановления деталей автомобилей.

4.   Расскажите о процессах и аппаратах, используемых при восста­новлении деталей автомобилей.

5.   Расскажите об использовании полимерных материалов при вос­становлении деталей и узлов автомобилей.


50



6.   @ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОЛОМА

После разборки автомобиля его кузов, агрегаты и детали, не подлежащие восстановлению, поступают на переработку с це­лью получения вторичных материалов. Наибольшую ценность из них представляют черные и цветные металлы, составляющие основную массу автомобиля.

6.1.  Значение использования вторичных металлов

Выводимые из эксплуатации автомобили являются крупным источником вторичных металлов. Их использование имеет большое значение, так как затраты на вовлечение металлических отходов в оборот значительно меньше, чем на выплавку металла из руды. Использование 1 т подготовленного лома черных ме­таллов позволяет экономить свыше 1,8 т руды, агломерата и ока­тышей, 0,5 т кокса, 45 кг флюсов, около 100 м3 газа. Значительно сокращается и расход энергии, необходимой для выплавки ме­талла (табл. 6.1).

Таблица 6.1


Экономия энергии при использовании металлолома


вместо выплавки металла из руды


Металл

Экономия энергии, %

Алюминий

95

Медь

83

Сталь

74

Свинец

64

Цинк

60

При использовании металлолома для выатавки металлов зна­чительно снижается нагрузка на окружающую среду (табл. 6.2).

Выработка цветных металлов из отходов является важней­шим источником их производства. Однако у нас в стране доля вторичных цветных металлов в общем объеме их производства значительно ниже, чем в технически развитых странах (табл. 6.3). Объясняется это тем, что большое количество отходов цветных металлов, особенно содержащихся в бытовых отходах, теряется на местах их образования, засоряя окружающую среду.


51



Таблица 6.2

Сравнительное воздействие на окружающую среду _________________  производства 1000 т стали_________________________________________________


Факторы, влияющие на окружающую среду

Выплавка стали из

Экономия,

%

РУДЫ

отходов

Использование первичного сырья, т

2278

250

90

Расход воды, м3

62750

32600

40

Количество веществ, загрязняющих атмосферу, т

121

17

86

Отходы горнопромышленных разработок, т

2828

63

97

Таблица 6.3


Доля вторичных цветных металлов в общем балансе, %


Металл

Россия

Страны ЕС

Алюминий

20

35

Медь

30

35

Свинец

23

50

Цинк

18

37

Преимущества получения цветных металлов из отходов по сравнению с их получением из рудного сырья характеризуются данными, приведенными в табл. 6.4.


Таблица 6.4

Сравнение основных показателей производства цветных металлов из рудного (числитель) и вторичного (знаменатель) сырья_____________


Показатели

Металлы

алюминий

медь

свинец

Среднее содержание в сырье, %

39,6/80

0,76/75

1,39/50

Извлечение в готовую продукцию, %

87/92,4

80/90

80/95

Расход условного топлива на 1 т готовой продукции, т

9/0,27

1,3/0,2

0,7/0,5

Количество отходящих газов на 1 т готовой продукции, тыс. м3

30/5

40/4

20/5

6.2.   Классификация металлических отходов

Классификация отходов черных металлов в нашей стране производится согласно ГОСТ 2787-86 «Металлы черные вторич­ные». В соответствии с ней отходы черных металлов в зависи­мости от содержания углерода подразделяются на два класса: стальной лом и отходы стали, а также чугунный лом и отходы


52



чугуна. Стальные отходы содержат менее 2,14%, а чугунные - более 2,14 % углерода. Кроме того, существуют внеклассовые отходы с неопределенным содержанием углерода.

Внутри этих классов отходы в зависимости от наличия леги­рующих элементов подразделяются на углеродистые и легиро­ванные.

Далее по показателям качества отходы черных металлов подразделяются на 25 видов. Наконец, по содержанию леги­рующих элементов отходы делятся на 67 групп: 61 группа лома и отходов легированных сталей (группы Б1-Б61) и 6 групп лома и отходов легированных чугунов (группы Б62-Б67). Помимо этого есть легированные стали, которые по своему химическому составу не относятся ни к одной из упомянутых 67 групп.

Стандартом регламентируется товарный вид отходов (бри­кеты, пакеты, шихтовые слитки, стружка, лом и т.д.), макси­мально допустимые габариты и масса кусков, брикетов и паке­тов, а также ограничивается содержание посторонних безвред­ных примесей (для разных видов — различное, но не более 5 %).

К качеству лома предъявляются высокие требования, обу­словленные способом последующего переплава металла. При выплавке стали в мартеновских печах наиболее важна физиче­ская характеристика лома, т.к. продолжительность загрузки и плавления, от которых зависит производительность мартенов­ских печей, определяется размерами и насыпной плотностью ме­таллолома.

При переплаве лома в кислородных конвертерах и дуговых печах эти характеристики лома не имеют существенного значе­ния, т.к. печи более удобны для загрузки. Производительность таких печей больше зависит от его химической однородности и близости по составу к выплавляемым маркам стали.

Литейное производство предъявляет высокие требования и к габаритам, и к химическому составу лома. Низкокачественный лом используется только в доменном производстве.

Металлолом для сталеплавильного производства должен иметь насыпную плотность не менее 1300.. .1500 кг/м3. Тяжело­весный металлолом в зависимости от интенсивности продувки печи должен иметь толщину кусков не более 250...350 мм, раз­меры пакетов не должны превышать 1050x750x2000 мм, а масса пакетов не должна быть менее 40 кг. Конвертерный способ не допускает переплава стружки из-за ее высокого угара.


53



В дуговых электропечах может переплавляться металлолом в виде пакетов с размерами не более 500x500x600 мм. Дробле­ный лом должен иметь насыпную плотность не менее

800..                  .900 кг/м3.

Независимо от способа переплава лом черных металлов не должен содержать цветных металлов. Даже небольшое количе­ство примесей может сделать металлолом непригодным для дальнейшего использования. Так, при содержании меди 0,02% цена стального лома ниже стоимости его транспортировки. Цена металлолома резко возрастает при увеличении содержания меди более 9 % и связана уже с более высокой ценой меди по сравне­нию с железом и с экономической целесообразностью ее извле­чения при таком содержании.

Классификация отходов цветных металлов производится по физическим, химическим свойствам и качеству. Отходы цветных металлов и сплавов делят на классы, группы и сорта. В соответствии с ГОСТ 1639-78 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия» отходы цветных метал­лов подразделяются на 15 классов. Класс объединяет отходы по физическим признакам. В зависимости от химического состава классы делятся на группы. Для разных металлов количество групп различно; каждая первая группа представляет собой тех­нически чистый металл, а каждая последняя - низкокачествен­ные отходы. Группы подразделяют на сорта, характеризующие качественные признаки лома и отходов: содержание металла, степень разделки, габариты, засоренность.

Масса пакетов отходов цветных металлов не должна пре­вышать: для алюминия и алюминиевых сплавов - 150 кг, для ме­таллов и сплавов других видов - 250 кг. Масса отдельных кусков для всех металлов и сплавов должна быть не более 100 кг, раз­меры - не более 600x600x1500 мм.

Отходы цветных металлов, не отвечающие требованиям к сортам основных групп, относятся к низкокачественным. Мак­симальные размеры отдельных кусков низкокачественных отхо­дов не должны превышать 1000x1000x2000 мм.

В настоящее время 95 % заготавливаемых отходов цветных металлов составляют алюминий, медь, свинец, цинк и их спла­вы. Остальная часть заготавливаемых лома и отходов представ­


54



лена титаном, никелем, магнием, оловом, вольфрамом, кадмием, кобальтом, молибденом, ртутью или их сплавами.

Эффективность использования металлолома связана с его подготовкой к переплаву. Для получения качественных металлов и сплавов отходы должны быть подвергнуты первичной перера­ботке, под которой понимается совокупность процессов сорти­ровки, разделки, пиротехнического контроля (для лома цветных металлов) и приведения лома и отходов к соответствующим массе и размерам. К сожалению, уровень подготовки сдаваемого металлолома далек от требований, в результате чего свыше 60 % заготавливаемых лома и отходов цветных металлов сдается как низкокачественное сырье.

В утилизируемом автомобиле содержится значительное ко­личество различных сплавов на основе цветных металлов: алю­миния, меди, цинка, магния, свинца и др. Наличие заводских клейм, нормативно-технической документации и средств кон­троля позволяет при разборке автомобилей производить сорти­ровку деталей с учетом марок сплавов, из которых они изготов­лены. При этом детали из черных сплавов сортируются по клас­сам, группам и видам, а детали из сплавов цветных металлов - по классам, группам и сортам. Не допускается поставка в метал­лолом агрегатов и узлов автомобилей без разборки и сортиров­ки, которые резко повышают эффективность утилизации и стои­мость отходов.

6.3.   Технология и оборудование для подготовки металлолома к переплаву

Под переработкой отходов металлов подразумевается тех­нологический процесс, в результате которого они приводятся в состояние, пригодное для использования в металлургическом и литейном производствах.

Автомобильный металлолом при подготовке к переплаву прессуют, дробят и сортируют по видам.

6.3.1.   Прессование автомобильного металлолома

Перед измельчением автомобильный кузов и другой крупно­габаритный металлолом прессуются. Для уплотнения металло­лома используют пакетировочные прессы. Особенность их рабо­


55



ты в том, что прессование одновременно осуществляется в трех плоскостях, в результате чего получают прочные компактные пакеты. Пресс имеет камеру прессования с несколькими плун­жерами, гидравлическую аппаратуру с баком для масла, меха­низм загрузки камеры. Пакетирование облегчает дробление ме­таллического кузова и приводит к снижению потерь металла на угар в процессе последующей плавки.

Модель пресса и его рабочие характеристики определяют допустимую толщину листа металлолома и параметры пакетов спрессованного лома. Процесс включает следующие операции: загрузку лома в пресс, прессование в различных направлениях, складирование пакетов. При этом используют краны, грузоподъ­емные электромагниты и другую механизированную технику. Отечественная промышленность выпускает гидравлические прессы с усилием прессования от 1 МН до 31,5 МН. Характери­стики некоторых из них приведены в табл. 6.5.


Таблица 6.5

Технические характеристики некоторых моделей _____________ пакетировочных прессов___________________________


Характеристика

Модель пресса

Б 1642

Б 1638

Б 1334

Максимальная толщина прессуемого металлолома (сталь с ст. = 450 МПа), мм

12

8

4

Усилие прессования, МН

16

6,3

2,5

Габариты пакета, не более, м:

 

 

 

- длина

2

1

0,5

- ширина

1

0,5

0,36

- высота

0,71

0,5

0,36

Производительность, пакетов/ч

20

36

35

Давление рабочей жидкости, МПа

32

32

20

Мощность электродвигателя, кВт

750

250

133

Габариты пресса, мм

 

 

 

- длина

18700

15100

9000

- ширина

18600

11930

5350

- высота

5870

4675

2780

На рис. 6.1 показана схема пресса Б 1642, применяемого для пакетирования металлолома.


56




6.1. Пакетировочный гидравлический пресс Б 1642


Процесс прессования осуществляется следующим образом. Металлолом краном загружается в загрузочную камеру 6 пресса, откуда поступает в пресс-камеру 2. Крышка 3 закрывается с по­мощью механизма прижима 4, и лом прессуется. При этом фор­мируется окончательная высота пакета. Затем с помощью меха­низма поперечного прессования / формируется ширина пакета. После этого механизм продольного прессования 7 формирует длину пакета. В это время давление в гидросистеме максималь­но. По окончании прессования включается механизм разгрузоч­ного устройства 8, и пакет с помощью механизма 5 выталкивает­ся из камеры. Затем окно выдачи пакета закрывается, и пресс го­тов к очередному циклу работы.

Для уплотнения автомобильного кузова и другого крупнога­баритного металлолома применяются также гидравлические пресс-ножницы (рис. 6.2), которые могут работать как в режиме прессования, так и в режиме резки.


57



Рис. 6.2. Пресс-ножницы гидравлические:

1 - загрузочная камера; 2 - узел подачи материалов;

3 - маслостанция; 4 - нож; 5 - гидроцилиндры

При пакетировании кузов автомобиля с помощью механизма подачи 2 подается в загрузочную камеру 1, где пакет формиру­ется по ширине. Затем кузов прессуется по вертикали. После формирования пакет с помощью механизма окончательного прессования выталкивается из камеры штемпелем.

При работе пресс-ножниц в режиме резки поперечная стенка камеры, являющаяся ножевой балкой, поднимается, и металло­лом с помощью механизма подачи перемещается под нож 4. Рез­ка осуществляется механизмом реза, работающим от гидропри­вода. В табл. 6.6 приведены характеристики некоторых типов пресс-ножниц.

Таблица 6.6


Характеристики пресс-ножниц для переработки металлолома


Характеристика

Модель

Н 0838

К10.3.36.01

Усилие. МН:

 

 

- окончательного прессования

6,3

4,0

- резания

6,3

4,0

Размеры загрузочной камеры, мм:

 

 

- длина

6000

4600

- ширина

3650

2500

- высота

1800

1300

Толщина пакетируемого лома, не более, мм

8

6



Окончание табл. 6.6


Характеристика

Модель

Н 0838

К10.3.36.01

размеры пакета, не более, мм: _ длина

1000

760

_ ширина

500

500

_ высота

500

500

Масса пакета, не более, кг

625

600

■Максимальное сечение лома, разрезаемого за 1 ход ножа

(при сг,= 450 МПа), мм:

- диаметр круга

150

110

- лист

70x1300

55x750

Установленная мощность электродвигателей, кВт

405

189

Масса пресс-ножниц, т

345

136

Габаритные размеры пресс-ножниц, мм: - длина

17800

12600

- ширина

13000

3200

- высота

7800

4700

6.3.2.  Дробление автомобильного металлолома

Дробление позволяет провести видовую сортировку мате­риалов, из которых изготовлен кузов утилизируемого автомоби­ля. Взрывоопасные смеси распыленных масел и топлива, ос­тающихся в автомобиле даже после подготовки кузова к утили­зации, представляют определенную опасность. Чтобы умень­шить ее, применяют следующие защитные меры: смятие и уп­лотнение кузова автомобиля перед дроблением; подачу инерт­ных газов в дробилку; предварительное охлаждение лома; впры­скивание воды в рабочее пространство дробилки; создание в ней предохранительных клапанов и отсасывающих устройств.

Для дробления отходов используют дробилки различного типа: щековые, конусные, роторные, валковые и др. При утили­зации автомобилей применяют роторные дробилки.

В роторных дробилках измельчение происходит за счет уда­ра, производимого с помощью молотков, жестко закрепленных на быстровращающемся роторе. Масса молотков достигает 120 кг. При ударе на дробимый предмет действует как масса мо­лотков, так и масса самого ротора.

Роторные дробилки позволяют получить большую степень из­мельчения, имеют высокую производительность, удобны в эксплуа­тации и потребляют меньше энергии, чем другие виды дробилок.


59



Роторные дробилки могут иметь один или два ротора. Более просты и удобны в эксплуатации однороторные дробилки, кото­рые и получили широкое распространение. Дробилки для из­мельчения автомобильных кузовов могут различаться располо­жением ротора и колосниковой решетки для удаления измель­ченного продукта. По этому признаку различают дробилки с вертикальным и горизонтальным расположением ротора. По­следние бывают с верхним и нижним расположением колосни­ковой решетки. Преимущества дробилок с верхним расположе­нием решетки - в сравнительно небольшом расходе электро­энергии и более высокой устойчивости при попадании неиз- мельчаемых предметов.

Производительность дробилки зависит от мощности при­водного двигателя, размеров ротора, способа загрузки кузова, его состояния, конфигурации колосниковой решетки (размера отверстий) и достигает 300 тыс. автомобилей в год.

На рис. 6.3 показано устройство однороторной дробилки.



60



Дробилка состоит из станины 1, на которой смонтирован корпус 2 с колосниковыми решетками 8 и 9. Металлолом посту­пает в приемный короб 6, а затем попадает под удары быстро вращающегося ротора 3, имеющего молотки 5, сидящие на осях 4. Огбойные плиты на внутренней поверхности корпуса имеют вы­ступы 7, способствующие равномерной подаче отходов на ротор.

В табл. 6.7 приведены характеристики некоторых роторных дробилок крупного дробления.


Таблица 6.7


Показатели

СМД-112

СМД-147

СМД-135

СМД-170Б

СМД-97

СМД-98Б

размеры ротора, мм:

 

 

 

 

 

 

- диаметр

600

800

1250

1300

2000

2000

- длина

400

600

1600

1600

2000

3000

Размер наибольшею куска загружаемого материала, мм

150

250

800

400

600

600

Номинальная частота

 

 

 

 

 

 

вращения ротора, мин'1

1250

1000

500

750

600

600

Мощность

 

 

 

 

 

 

электродвигателя,кВт

17

55

250

250

800

1250

Масса дробилки

 

 

 

 

 

 

без электродвигателя, т

1,5

3,0

25

11,0

46,0

60,0

Размеры, мм:

 

 

 

 

 

 

- длина

1100

1350

3000

2400

4000

4000

- ширина

1100

1400

3100

2800

4200

5500

- высота

1150

1250

5000

1900

3100

3100

Ряд зарубежных фирм для дробления автомобильных кузо­вов выпускает шредеры (рис. 6.4), в которых измельчение про­исходит в две стадии. Кузов автомобиля подается по наклонно­му лотку в шредер, сначала сплющивается с помощью мощных вращающихся валков, а затем затягивается ими в молотковую дробилку и измельчается.

Ротор шредера вращается со скоростью 600 оборотов в мину­ту. На нем в шахматном порядке на шести осях закреплены 16 мо­лотков массой около 100 кг каждый. Радиус вращения внешней части молотков - около 1 м. Корпус шредера футерован сменными износостойкими плитами. Толщина плит в различных местах со­ставляет 50... 100 мм. Решетка, отбойные плиты и ряд других эле­ментов шредера изготовлены из марганецсодержащих сталей.


61



Рис. 6.4. Шредер


При утилизации автомобилей с большими габаритами, автобу­сов и другой автотехники перед дроблением используют резку.

На процесс резки влияют:

-     прочностные свойства материала;

-     геометрия и температура разрезаемого изделия;

-     расположение изделия по отношению к режущему инст­рументу;

-     форма и состояние режущего инструмента;

-     величина зазора между ножами; скорость приложения на­грузки (скорость резания);

-     конструкция режущего оборудования (жесткость станины, точность направляющих, наличие опоры и т.д.);

-     величина трения между металлом и режущим инструментом.

Лучшим оборудованием для резки кузовов автомобилей яв­ляются гидравлические ножницы (рис. 6.5).

Гидравлические ножницы представляют собой агрегат, со­стоящий из станины, загрузочного и подающего устройств, ме­ханизмов прижима и реза, гидро- и электропривода.




5    4           (


--^ТГЯ—П................................................................. -*


Рис. 6.5. Гидравлические (гильотинные) ножницы модели Н0340

Конструкция ножниц позволяет резать металлолом порция­ми, объем которых определяется емкостью загрузочного устрой­ства. Процесс состоит из следующих операций: подготовки ло­ма; загрузки лома в ножницы; резки лома.

Ножницы работают совместно с мостовым краном, оборудо­ванным полип-грейфером или электромагнитной шайбой.

Принцип работы ножниц состоит в следующем. Лом загру­жается в короб 2, который после заполнения поворачивается с помощью гидропривода. При этом лом перемещается в загру­зочный желоб, по которому механизмом подачи 3 передвигается в ножницы. Величина хода ползуна механизма подачи регулиру­ется с пульта управления. Перед срабатыванием режущих нож­ниц лом ушютняется с помощью механизма прижатия 4, кото­рый удерживает лом во время резки. После срабатывания меха­низма резки 5 нарезанный металлолом падает в приемный бун­кер, откуда убирается краном. В это время загрузочный короб заполняется следующей порцией металлолома. Для облегчения процесса резки загрузочный желоб гидравлических ножниц обо­рудован крышкой 1 и механизмом предварительного смятия ме­таллолома 6.

Технические характеристики некоторых моделей гидравли­ческих (гильотинных) ножниц представлены в табл. 6.8.


63



Таблица 6.8


Технические характеристики некоторых гидравлических ножниц


 

Модель ножниц

Характеристика

НБ0340

Н0340

H233S

Максимальное сечение разрезаемого лома за один ход (сталь с сг, = 450 МПа):

- квадрат (сторона), мм

160

160

80

- круг (диаметр), мм

180

180

90

- лист, мм

90x1300

70x1850

50x750

- балка, швеллер (номер)

30...12

40...8

ем

Усилие, МН: - резания

10

10

3,15

- прижима

2,5

4,0

1,2

- лодпрессовки

2,4

2,0

-

Длина ножей, мм

1540

2100

800

Число рабочих ходов, мин'1

2

2

5

Размеры желоба, мм: - длина

8060

12000

4800

- ширина

3650

2000

750

- высота

1000

1000

500

Давление рабочей жидкости, МПа

32

32

32

Установленная мощность электродвигателей, кВт

998

670

1

66

Габариты ножниц, мм: - длина

23150

34800

13000

- ширина

12000

8600

3300

- высота

8800

13000

5810

Масса ножниц, т

400

459

80

6.3.3. Видовая сепарация отходов металлов

При переработке автомобильных кузовов и агрегатов, со­держащих черные и цветные металлы, полимерные материалы, стекло и т.п., используют различные способы сепарации отходов по видам материалов. Видовая сортировка позволяет произво­дить из отходов высококачественные вторичные материалы. Ее проводят по:

-     физическим признакам (магнитной восприимчивости, плотности, электропроводности и др.);

-     внешним признакам (цвету, характеру излома и др.);

-     предметным признакам (наименование детали);

-     маркировке деталей;

-     результатам химического, спектрального, рентгеновского, радиационного анализов.


64



Широко используются способы, основанные на различиях в магнитных, электрических и других физических свойствах отходов.

Магнитные способы позволяют создать мощные силы воз­действия на материалы, которые превышают силу гравитации в 100 и более раз, что облегчает процессы разделения. Эти спосо­бы обладают высокой избирательной способностью, экологической чистотой, простотой обслуживания и низкой себестоимостью.

Технология магнитной сепарации зависит, прежде всего, от состава подлежащих разделению материалов и определяется ти­пом используемых сепараторов.

Электромагнитные сепараторы, предназначенные для извле­чения железных и других ферромагнитных предметов из немаг­нитных материалов, нашли широкое применение при утилиза­ции автомобилей и автокомпонентов.

Номенклатура электромагнитных сепараторов, используе­мых для разделения отходов, достаточно велика, и они могут быть классифицированы следующим образом: подвесные желе- зоотделители, электромагнитные шайбы, электромагнитные шкивы, электромагнитные барабаны.

Для удаления магнитных материалов из потока продуктов дробления применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоотделители) типа ШЭ (рис. 6.6), которые устанавливают­ся вместо приводного барабана ленточного конвейера.

1 2



Рис. б. б. Электромагнитный шкив:

1 - диски-полюсы; 2 - катушка; 3 - вал;

4 - токораспределительная коробка; 5 - корпус шкива


Эффективность работы электромагнитного шкива зависит от массы, геометрии и магнитной восприимчивости извлекаемых


65



материалов, а также от плотности транспортируемого материала и скорости движения ленты конвейера.

Принцип работы электромагнитных шкивов состоит в том, что ферромагнитные материалы, транспортируемые лентой конвейера, притягиваются к ней в зоне установки шкива, а немагнитные сбра­сываются с ленты по ходу ее движения. Освобождение ленты от ферромагнитных материалов происходит в том месте конвейера, где отсутствует магнитное поле, т.е. там, где прекращается ее кон­такт со шкивом. Скорость движения ленты должна составлять 1,25-2,0 м/с. При более высокой скорости движения ленты снижа­ется полнота разделения магнитной и немагнитной фракций.

Другой разновидностью электромагнитных сепараторов яв­ляются железоотделители подвесные саморазгружающиеся типа ПС, предназначенные для извлечения и удаления ферромагнит­ных предметов из сыпучих немагнитных материалов, в том числе из лома и отходов цветных металлов (рис. 6.7).



Принцип работы подвесных сепараторов заключается в при­тягивании магнитных частиц к разгрузочной ленте, которая вы­носит их в сторону для разгрузки.

Сепараторы типа ПС работают в непрерывном режиме и осуществляют механическую разгрузку конвейера от магнитных материалов. В конструкцию сепаратора входят опорный 1, ве­


бб



дущий 4 и натяжной 6 барабаны, электромагнит 3, разгрузочная лента 2 и привод 7. Все элементы подвесного сепаратора смон­тированы на раме 5.

Подвесные железоотделители устанавливаются над ленточ­ными конвейерами, которыми транспортируются смеси магнит­ных и немагнитных дробленых отходов.

При утилизации отходов широко используется видовая се­парация в тяжелых средах, которая заключается в разделении материалов по плотности в гравитационном или центробежном поле в суспензии или жидкости, плотность которой является промежуточной между плотностями разделяемых частиц.

Тяжелые суспензии представляют собой взвешенные в воде тонкодисперсные частицы тяжелых минералов или сплавов- утяжелителей, в качестве которых используют ферросилиций, пирит, пирротин, магнетитовый и гематитовый концентраты и другие материалы крупностью до 0,16 мм.

В качестве тяжелых жидкостей используют водные раство­ры некоторых солей: хлорида кальция и цинка, иодида калия и другие, которые позволяют получать среды с плотностью до 3000 кг/м3.

На рис. 6.8 показан колесный тяжелосредный сепаратор СК-12.



Рис. 6.8. Колесный тяжелосредный сепаратор СК-12:

1 - ванна; 2 - элеваторное колесо; 3 - перфорированные черпаки;

4 - скребковый механизм;

I - уровень суспензии; II - загрузка; III - концентрат;

IV - суспензия; V - слив суспензии


Разделяемая смесь поступает по загрузочному лотку в ванну, состоящую из двух соединенных в нижней части отделений. В


67



одном из отделений размещено элеваторное колесо для выгрузки суспензии вместе с потонувшей, более тяжелой фракцией. Легкая фракция выгружается в верхней части ванны. Их перемешивание в зоне выгрузки предотвращается разделительной перегородкой.

Другим видом оборудования для разделения смешанных от­ходов способом тяжелосредной сепарации является сепаратор СБС-5, разработанный специально для технологических линий по переработке алюминиевого лома. Он предназначен для разде­ления смешанных отходов на фракции с высоким содержанием магния (плотность < 2650 кг/м ), с высоким содержанием цинка (плотность > 2850 кг/м3) и меднокремниевые алюминиевые сплавы промежуточной плотности. Технические характеристики сепаратора СБС-5 приведены в табл. 6.9.


Таблица 6.9

Технические характеристики сепаратора СБС-5______________


Характеристика

Единица

измерения

Значение

характеристики

Производительность по исходному продукту

т/ч

10

Крупность исходного продукта

мм

Р

О

О

Плотность сортируемого материала

кг/м3

2550... 3100

Мощность привода

кВт

2,2

Габаритные размеры сепаратора

м

3,36x1,8x2,05

Масса сепаратора

т

3,47

Для разделения материалов с разной плотностью использу­ется также пневматическая сепарация, основанная на различии в скоростях падения в воздушной среде частиц разных размеров и плотности.

Зигзагообразный пневматический сепаратор (рис. 6.9) при­меняется для удаления из дробленого продукта неметаллических примесей: краски, текстиля, пластмасс и других отходов.

Дробленый материал из приемного бункера 1 через шибер­ную заслонку 2 роторным загрузчиком 3 подается в рабочую зо­ну сепаратора. Навстречу потоку дробленого материала посту­пает воздух, который захватывает легкие компоненты отходов и через патрубок 7 направляется на очистку в циклон и фильтр. Для регулирования режима сепарации предусмотрен шибер 4 для подсасывания воздуха с целью снижения скорости потока. Тяжелая фракция накапливается на нижнем шибере 5 и перио­


6S



дически разгружается в короб 6. Конструктивные параметры зигзагообразного сепаратора - число колен, высота Н секции (колена), ее ширина, сечение свободного пролета S - определя­ются характеристиками сепарируемых отходов.


12                           4            7



Рис. 6.9. Зигзагообразный пневматический сепаратор


Материал в поперечно-поточном пневмосепараторе (рис. 6.10) поступает из бункера 1 в разделительную камеру 2. Наклонные полки 3 сепаратора обеспечивают пересечение пото­ка материала с сепарационными каналами 4. Через них отсасы­вается легкая фракция разделяемых материалов, которая осаж­дается в циклоне, устанавливаемом за сепаратором. Тяжелая фракция самотеком разгружается в специальный приемник 5. На качество разделения в поперечно-поточном пневмосепараторе влияют ширина щели сепарационных каналов и концентрация материала в рабочем объеме сепаратора.


69



Для разделения цветных металлов с различной электропро­водностью применяют электродинамические сепараторы.

В последнее время разработаны информационные способы сепарации. Для обогащения и сортировки лома и отходов цвет­ных металлов наиболее перспективными являются рентгенора­диометрический, радиорезонансный, фотометрический и ней- тронно-активационный способы.


Рентгенорадиометрическая сепарация лома и отходов цвет­ных металлов основана на эффектах взаимодействия излучений с кусками разделяемых металлов. Сущность процесса заключа­ется в следующем. На кусок исходного сортируемого материала направляют поток излучения. При этом материал, взаимодейст­вуя с излучением, меняет его интенсивность. Регистрируя пара­метры отраженного потока с помощью приемника, получают


70


1



Рис. 6.10. Поперечно-поточный пневмосепаратор



информацию о свойствах анализируемого сырья. Для согласова­ния приемника излучений с устройством, которое осуществляет вывод куска материала из потока сепарируемого отхода, уста­новка имеет узел переработки информации (блок-анализатор). Между всеми основными блоками сепарационной установки для сортировки лома и отходов цветных металлов могут устанавли­ваться фильтрующие элементы, уменьшающие погрешности из­мерения характеристики анализируемого материала.

Электронная схема осуществляет прием информации, обра­ботку ее и подачу управляющего сигнала на удаление с конвей­ерной ленты кусков сортируемого материала с заданным эле­ментным составом. Более сложные схемы обработки информа­ции позволяют учитывать размер и массу куска, проводить много­элементный анализ для отнесения отходов к определенному сорту.

К основным конструктивным узлам радиометрических сепа­раторов относятся: узел первичного излучения, механизм, по­дающий куски цветного металла в зону анализа; блок- анализатор и исполнительные механизмы. В сепараторах, рас­считанных на сортировку лома и отходов цветных металлов по нескольким классам крупности, имеются приспособления, обес­печивающие учет массы.

Питающее устройство предназначено для подачи исходного сырья на сепарацию. В качестве питающего устройства исполь­зуют электровибрационные, конусные и тарельчатые питатели. Транспортирующие устройства сепараторов предназначены для подачи разделяемых материалов в зоны облучения, регистрации и разделения, а также для создания покускового режима пита­ния. По типу транспортирующего устройства сепараторы могут быть разбиты на ленточные, вибрационные, ковшовые и кару­сельные. Устройства вибрационного типа обеспечивают ско­рость перемещения материала до 0,8... 1,2 м/с, ленточного типа - до 2...4 м/с и более. Транспортирующее устройство может быть одно- или многоканальным. Скорость движения материала на нем обычно выше, чем на питателе, поэтому при сходе с питате­ля кусок отрывается от идущего за ним следом, что позволяет получить нужный между ними интервал.

Узел первичного излучения и детекторные системы, регист­рирующие вторичное излучение, обеспечивают практическую


71



реализацию сортировки лома и отходов. В качестве источников первичного излучения в рентгенорадиометрическом сепараторе применяются радиоизотопы: Fe55, Со57, Cd1 , Am241 и рентгенов­ские трубки. Узел излучения снабжен защитными экранами, обеспечивающими безопасность обслуживающего персонала.

Детекторные системы сепараторов состоят из измерителя спектрального состава и интенсивности вторичного излучения кусков исходного сырья и блока оценки их геометрических раз­меров или массы. Для регистрации вторичного характеристиче­ского излучения применяют сцинтилляционные, пропорцио­нальные счетчики и полупроводниковые детекторы.

Исполнительные механизмы по команде блока-анализатора осуществляют выведение из потока исходного сырья тех или иных кусков цветных металлов в соответствующие приемные бункеры. В рентгенорадиометрических сепараторах чаще при­меняют электропневматические и шиберные исполнительные механизмы с приводом от тяговых электромагнитов.

На рис. 6.11 приведена схема работы рентгенорадиометри­ческого сепаратора с электродинамическими сбрасывателями.

Электродинамический сбрасыватель создает бегущее элек­тромагнитное поле, обеспечивающее силовое воздействие на немагнитные электропроводящие тела (куски цветных металлов и сплавов).

Для реализации процесса радиометрической сепарации в технологических схемах переработки лома и отходов цветных металлов создан ряд конструкций, различающихся применяе­мыми источниками первичного излучения, детекторными систе­мами, исполнительными механизмами, количеством сепараци- онных каналов и числом получаемых продуктов.

Рентгенорадиометрический сепаратор марки СРФМ4-150М, выпускаемый фирмой РАДОС (г. Красноярск), имеет произво­дительность от 2...3 до 40...60 т/ч в зависимости от размеров кусков сепарируемых продуктов. Сепаратор СРФ4-ЗП-150 имеет производительность 10...20т/ч. В качестве источника первично­го излучения в них используется портативный рентгеновский аппарат ПРАМ-50.


72




Рис. 6.11. Схема рентгенорадиометрического сепаратора с электродинамическими сбрасывателями:

1 - устройство формирования покусковой подачи; 2 - конвейер;

3 - детектор; 4 - блок-анализатор;

5 - блок управления исполнительными механизмами;

6 - электродинамический сбрасыватель; 7 - короб


На рис. 6.12 показана линия переработки низкокачественных отходов цветных металлов с использованием комплекса радио­метрической сепарации.

Исходное сырье грейфером 1 подают на фрагментатор 2, от­куда фрагментированный лом поступает в молотковую дробилку 3. Из дробленого продукта воздушным потоком от вентилятора 7 удаляется пылевидная фракция (пыль, краска, текстиль, мелкие частицы металла и др.), которая накапливается в циклоне 5 и ру­кавном фильтре 6. Куски металла пластинчатым питателем 4 по­даются на сепаратор-пучковыделитель 8, с помощью которого из дробленого лома выделяются пучки проволоки, текстиля и т.п. Далее сырье поступает на ленточный конвейер 9, над которым установлены два подвесных саморазгружающихся магнитных сепаратора 10 и 11. Первый сепаратор со слабым магнитным по­лем предназначен для выделения из смеси только кусков сво­


73



бодного черного металла, второй сепаратор с сильным магнит­ным полем - для выделения механических сростков ферромаг­нитных материалов и цветных металлов. Для выделения этих сростков используется также электромагнитный шкив 12 с силь­ным магнитным полем. Оставшийся на ленточном конвейере немагнитный продукт подается в барабанный грохот 13. Здесь дробленый продукт разделяется по классам крупности +10 -40 и +40 -150 мм, которые подаются соответственно на вибрацион­ный 14 и ленточный 15 электродинамические сепараторы. С их помощью получают два продукта: первый - концентрат цветных металлов, который преимущественно содержит куски алюми­ниевых сплавов, второй - неметаллические материалы, нержа­веющую сталь, титановые сплавы.



Рис. 6.12. Линия переработки низкокачественных отходов цветных металлов


Концентраты цветных металлов после дробления, магнитной и электродинамической сепарации поступают на комплекс авто­матизированной сортировки 16 отходов цветных металлов по группам и маркам сплавов.


74



Комплекс состоит из бункера-накопителя, устройства фор­мирования покусковой подачи исходного сырья, транспорти­рующих устройств, узла облучения кускового сырья, блока де­текторов Д, блока-анализатора БА, блока управления исполни­тельными механизмами БУИМ, системы исполнительных меха­низмов ИМ, приемников продуктов сепарации.

Комплекс работает следующим образом. Исходное сырье поступает через бункер-накопитель на вибропитатель и далее на устройства покусковой подачи дробленого материала, где обес­печивается заданная скорость транспортировки и необходимый интервал между кусками дробленого лома, которые подаются в зону облучения, создаваемого рентгеновскими трубками. Реги­страция вторичного характеристического излучения каждого се­парируемого куска осуществляется с помощью спектрометриче­ского детектора. Сигнал с детектора поступает в блок- анализатор, который определяет элементный состав кусков. Вы­деление кусков в соответствующий короб осуществляется ис­полнительными механизмами блока управления. Технические характеристики комплекса представлены в табл. 6.10.


Таблица 6.10

Технические характеристики комплекса автоматизированной


сортировки отходов цветных металлов


Параметры

Значение

Производительность при сортировке, т/ч:

-   низкокачественного алюминиевого лома

-   сплавов медной группы

5.. .7

2.. .3

Крупность исходного сырья при сортировке, мм:

-   алюминиевого лома

-   пома медных сплавов

+10-150 +40 -300

Установленная мощность электрооборудования, кВт

15

Таким образом, при утилизации автомобильного металло­лома основными стадиями технологического процесса являются: прессование, дробление и видовая сепарация материалов с по­мощью магнитных, радиометрических, гидро- и аэродинамиче­ских способов. Использование вторичных металлов, составляю­щих основную часть утилизируемых автомобилей, имеет важное экономическое и экологическое значение.


75



Контрольные вопросы

1.     Расскажите о значении использования вторичных металлов.

2.     Как проводится классификация отходов черных металлов?

3.     Как проводится классификация отходов цветных металлов?

4.     Расскажите о процессах и аппаратах, используемых при утилиза­ции металлолома.

5.     Какое оборудование используют для пакетирования металлолома?

6.     Какое оборудование используют для дробления кузова?

7.     Расскажите о видовой сепарации продуктов дробления кузова.

8.     Как проводится радиометрическая сепарация отходов цветных металлов?


76



7.   @ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ КУЗОВОВ И АВТОАГРЕГАТОВ


7.1.   Утилизация автомобильных кузовов

Основными стадиями процесса утилизации автомобильных кузовов являются пакетирование, дробление и видовая сепара­ция. Расход энергии при утилизации кузовов зависит от их ком­плектности (табл. 7.1).


Таблица 7.1


Расход энергии при дроблении кузовов автомобилей


Комплектация

Расход энергии, кВт ч/т

Вместе с двигателем, шинами, сиденьями

25.. .28

Без двигателя, шин и сидений

20...23

Сплющенный кузов

15...18

Как видно из представленных в таблице данных, наличие шин, двигателя и других агрегатов и узлов увеличивает энерго­емкость процесса на 60 %. При этом существенно снижается производительность установки и ухудшается качество видовой сепарации продуктов.

На рис. 7.1 показана принципиальная технологическая схема утилизации кузова автомобиля.

Согласно этой схеме с автомобиля перед пакетированием и дроблением снимаются агрегаты и крупные детали: бамперы, колеса, бензобак, сиденья и др.

Кузов автомобиля / поступает в пресс-ножницы 2, пакети­руется и измельчается в дробилке 3. Далее дробленый продукт попадает на пластинчатый конвейер 5, над которым подвешен магнитный сепаратор 4. С его помощью происходит выделение из потока черных металлов, которые поступают на склад гото­вой продукции. Оставшийся на конвейере дробленый продукт, содержащий цветные металлы и неметаллические материалы, проходит видовую сепарацию в пневмосепараторе 6.

При этом неметаллические материалы выводятся из потока, а цветные металлы разделяются по видам сплавов в установке радиометрической сепарации 7.


77




Демонтаж
приборной

панели


Демонтаж Демонтаж облицовки сидения -|


Демонтаж

аккумулятора


Рис. 7.1. Технологическая схема утилизации изношенных автомобилей:

1 - автомобиль; 2 - пресс-ножницы; 3 - молотковая дробилка; 4 - подвесной магнитный сепаратор; 5 - конвейер пластинчатый; 6 - пневматический сепаратор; 7 - установка радиометрической сепарации



За рубежом рядом фирм выпускаются комплектные линии для утилизации кузовов автомобилей и другого легковесного металлического лома. В табл. 7.2 приведены характеристики не­которых комплектных установок, выпускаемых фирмой «Metso Lmdemann» (Германия) для утилизации автомобилей.

Установки перерабатывают цельные кузова автомобилей по­сле слива рабочих жидкостей, снятия опасных автокомпонентов и других агрегатов (двигателя, колес и т.д.). Схема работы одной из них показана на рис. 7.2.

Технологический процесс переработки автомобильньгх кузовов на установке состоит из следующих операций: подготовки кузова; загрузки его в шредер; дробления кузова; сортировки дробленых продуктов; удаления и складирования готовой продукции.


Таблица 7.2

Характеристики шредерных установок фирмы «Metso Lindemann» _____ _________ для утилизации автомобилей_____________________________


Модель

Характеристики

мощность

привода,

кВт

ширина

загрузочного

лотка,

мм

скорость

вращения

ротора,

мин'1

производительность,

т/ч

Z2 190x260

750

920

1030

1500

2500

600

24..                .38

33..                .45

38..        .    50

45..  .60

ZZ 225*260

1500

2200

2600

3000

2500

600

50..   .        70

70..                .90

80..                    .100 90...110

 

3000

 

 

100.„120

гг 250x260

3700

2500

600

120...150

 

4400

 

 

140...180

 

5100

 

 

160...210

ZZ 300x300

6000

2900

600

180... 230

 

7500

 

 

220..280

Кузова автомобилей гидравлическим краном с грейферным захватом подаются на наклонный конвейер, по которому они под собственным весом передвигаются к двум питающим валкам 1 шредера 2. Верхний питающий валок способен перемещаться в вертикальной плоскости, что позволяет ему занимать оптималь­ное положение для приема кузовов различного размера. Валки


79



захватывают кузов автомобиля, сплющивают его и проталкива­ют в шредер.

Кузов автомобиля попадает в зазор между отбойной плитой и вращающимся ротором шредера с закрепленными на нем мо­лотками. Измельчение в шредере происходит до тех пор, пока размеры образующихся кусков кузова не станут меньше отвер­стий решетки. Образующиеся в результате дробления куски проходят через отверстия, покидают шредер и попадают на раз­грузочный вибрационный конвейер 6, расположенный под ним. Далее дробленый продукт подается конвейером 7 на сортировку.



Рис. 7.2. Шредврная установка для утилизации автомобильных кузовов:

1 - питающие валки; 2 - шредер; 3 - привод шредера;

4 - кабина оператора; 5 - пневмосепараторы; 6 - виброконвейеры;

7 - конвейер; 8 - обеспыливающий барабан; 9 - магнитная сепарационная установка; 10 - конвейер для цветных металлов;

11 - сортировочный конвейер; 12 - поворотный конвейер


Отделение кусков черного металла от цветных металлов и крупных кусков неметаллических материалов производится с помощью подвесного электромагнитного сепаратора 9, установ­ленного над сортировочным конвейером 11. Выделенный сталь­ной лом с помощью поворотного уборочного конвейера 12 по­ступает на склад или непосредственно в железнодорожные ваго­ны для отправки потребителю.

Установка снабжена системой пневматического удаления 5 из дробленого продукта мелких неметаллических частиц обли­


80



цовочного материала, оплетки проводов, лакокрасочного покры­тия и др. Направление воздушного потока, отсасывающего не­металлические частицы, противоположно движению дробленого металла. Отобранные неметаллические материалы складируются и вывозятся из цеха для дальнейшей утилизации либо на заводе, либо на специализированных предприятиях.

Для удаления цветных металлов установка оборудована специальным конвейером 10.

Цветные металлы проходят дополнительную сортировку по маркам сплавов с помощью сепаратора цветных металлов, прин­цип действия которого заключается в наведении вращающимся магнитным полем электродвижущей силы в токопроводящих цветных металлах. Траектория движения частиц цветных метал­лов после схода с ленточного конвейера зависит от физико­химических свойств сплавов, что позволяет их легко сортиро­вать в различные бункеры.

Система пылеудаления включает обеспыливающий барабан 8, циклон, воздушный фильтр и газопромывательный скруббер Вентури.

Управление установкой осуществляется с пульта из кабины оператора 4.

После сортировки получают несколько фракций: магнитную (черные сплавы), воздушную (неметаллические материалы с низкой плотностью) и различные фракции сплавов цветных ме­таллов - алюминия, цинка, меди и др.

7.2.   Утилизация отработанных аккумуляторов

Отработанные аккумуляторы являются основным источни­ком получения свинца из свинецсодержащих отходов. Помимо свинца в аккумуляторном ломе присутствуют пластмассы - по­липропилен (ПП) и поливинилхлорид (ПВХ), а также оксид и сульфат свинца в виде шлама.

Утилизация аккумуляторов производится ручным или меха­низированным способом.

При ручном способе аккумуляторная батарея очищается от грязи, из нее сливают электролит (серную кислоту) и промывают раствором соды для нейтрализации остатков серной кислоты.


81



Далее батарея разбирается вручную с применением слесарного инструмента на составляющие элементы: пластмассовый корпус, свинцовые пластины, пластмассовые ячеистые сепараторы, по­рошкообразные оксид и сульфат свинца, заливочную мастику.

Полученные детали и материалы складируются раздельно для последующей утилизации. Свинцовые пластины идут на пе­реплавку, оксид и сульфат свинца также идут в металлургиче­ский передел для восстановления до металлического свинца. Пластмассы и мастика используются в составе строительных ма­териалов, асфальта и других продуктов.

Ручная разборка аккумуляторных батарей позволяет полу­чить высококачественные вторичные материалы (свинец, пласт­массы, серную кислоту и др.), однако требует большого количе­ства тяжелого физического труда, связанного с обработкой вы­сокотоксичных продуктов.

Герметично закрытая аккумуляторная батарея, содержащая серную кислоту, относится ко II классу опасности, а свинец и его соединения - к I классу. Поэтому ручная технология утили­зации отработанных аккумуляторов, хотя и широко использует­ся, является устаревшей и постепенно уступает место более со­временным технологиям, в частности, основанным на дроблении и тяжелосредной сепарации дробленых продуктов.

Тяжелосредная сепарация при разделке аккумуляторного лома получила широкое распространение в зарубежной практи­ке. Различают два способа разделения - в искусственных и са- мообразующихся суспензиях.

Более совершенными являются схемы разделения в самооб- разующихся суспензиях. Поскольку плотность свинца равна 13,6 г/см3, а плотность ПП и ПВХ составляет 0,95 и 1,3 г/см3 со­ответственно, то тяжелая среда должна иметь плотность более 1,3 г/см3, но менее 13,6 г/см . Такая среда получается с помощью шлама оксидно-сульфатного свинца, присутствующего в акку­муляторном ломе.

На рис. 7.3 приведена технологическая схема утилизации отработанных аккумуляторов, основанная на тяжелосредной ви­довой сепарации продуктов дробления.

Исходное сырье - отработанные аккумуляторы 1 - поступа­ет на измельчение в дробилку 2, в которую подается раствор со­


82



ды (Na2C03) для нейтрализации остатков серной кислоты. Рас­твор готовится в мешалке 3 путем растворения соды, которая до­зируется питателем 4. Продукты дробления аккумулятора про­ходят через электромагнитный сепаратор 5 для отделения желе­зосодержащей фракции. С магнитного сепаратора дробленый продукт поступает на вибрационный грохот б, имеющий два си­та с ячейками 60 мм и 1 мм.


Na4C03



пвх

Рис. 7.3. Технологическая схема утилизации отработанных аккумуляторов:

1 - аккумулятор; 2 - дробилка; 3 - мешалка; 4 - питатель;

5 - магнитный сепаратор; 6 - вибрационный грохот;

7 - тяжелосредный сепаратор; 8 - центрифуга


Фракция крупностью > 60 мм с верхнего сита поступает на повторное дробление. Среднюю фракцию крупностью от 1 до 60 мм с нижнего сита направляют в тяжелосредный сепаратор 7 для разделения в самообразующихся суспензиях. Основное ко­личество шлама оксидно-сульфатного свинца с частицами раз­мером <1 мм, прошедшего через нижнее сито, обезвоживают в центрифуге 8 и направляют на восстановление. Небольшое ко­личество этого шлама направляется в гидросепаратор для созда­ния тяжелой среды. В результате тяжелосредной сепарации по­лучают металлический свинец и полимерную фракцию, состоя­щую из полипропилена и поливинилхлорида.


83



ПП и ПВХ, имеющие различную плотность, также разделя­ются в тяжелой среде с плотностью 1,1 г/см3, являющейся про­межуточной для этих полимеров.

Данная технология позволяет извлекать 99,4 % свинца, со­держащегося в отработанных аккумуляторах.


К моторному лому относятся двигатели внутреннего сгора­ния и коробки передач. Их материальной основой являются ли­тейные сплавы на основе алюминия или железа. Плотность лома


На рис. 7.4. показана технологическая схема процесса пере­работки моторного лома.


Отходы моторного лома гидравлическим многочелюстным грейфером 1 загружаются на пластинчатый конвейер 2, который транспортирует их в приемный бункер дробилки 3, где лом по­падает под удары молотков и отбрасывается на отбойные плиты.

Дробленый продукт с размером кусков менее 150 мм через щели между ротором и отбойными плитами разгружается на ленточный транспортер 4, который снабжен шкивным магнит­ным сепаратором 5. С его помощью происходит разделение про­дуктов переработки на черные и алюминиевые сплавы.


7.3.   Утилизация моторного лома


может быть от 1000 до 3500 кг/м3.



w js/ ~w w ж jvni Рис. 7.4. Линия переработки моторного лома


84



В результате переработки получают немагнитный продукт, состоящий из алюминиевых сплавов с содержанием стали до 0,2 %, и магнитный продукт с содержанием алюминия до 2 %. В зависимости от вида исходного сырья производительность ли­нии составляет 3.. .5 т/ч.

7.4.   Переработка лома радиаторов

Применяемые в настоящее время в автомобилестроении ти­пы и конструкции радиаторов можно разделить по видам основ­ных конструкционных материалов на медные и алюминиевые.

Лом радиаторов подвергают разделке для отделения сталь­ных деталей от цветных металлов ручным, механическим или огневым способами. При ручном способе разделку радиаторов производят инструментом, отделяя стальной кожух от корпуса радиатора, затем отделяют патрубки и мелкие детали от бачков. Отделенные элементы радиаторов с остатками латуни и припоя сортируют с визуальной оценкой вида материалов на две груп­пы: лом цветных и лом черных металлов.

Время разделки одного радиатора составляет 3...4 мин., вы­работка на одного работающего - 1,8.. .2,3 т в смену.

При механическом способе стальной кожух отделяют алли­гаторными ножницами. Производительность этого способа раз­делки по сравнению с ручным ниже, так как отделение железных деталей и при этом способе ведется вручную. Затраты времени на эту операцию остаются такими же, как при ручном способе. Использование же аллигаторных ножниц связано с дополни­тельными внутрицеховыми перевозками, увеличением себе­стоимости передела и повышенным переходом продукции в низ­кокачественную группу.

При огневой резке места крепления кожуха к остову радиа­тора прогревают пламенем резака. Припой плавится и стекает с радиатора. Последовательно прогревая все места пайки, радиа­тор освобождают от стального кожуха, на котором остается не­значительное количество наплывов припоя. Так же отделяются и другие стальные детали.

Радиаторы, у которых кожух крепится с помощью болтов, разделывают путем их срезания. На месте разделки производят сортировку полученных продуктов. Стальные детали, освобож­денные от припоя, после пакетирования направляют на переплав


85



предприятиям, перерабатывающим вторичные черные металлы. Латунный корпус радиатора поступает на пакетирование, а затем подвергается металлургическому переделу для выпуска оловян­ных бронз. Часть лома радиаторов в пакетированном виде ис­пользуют для производства подготовительных сплавов.

Стальные детали с каплями и наплывами припоя, остатками латуни накапливают и отгружают как низкокачественный лом черных металлов, содержащих медь. Припой, который стекает при оплавлении на площадку, переплавляют в слитки, которые реализуют как оловянно-свинцовые сплавы.

Общие потери цветных металлов при этом способе разделки радиаторов составляют чуть выше 4 % и представлены потерями с ломом черных металлов, угаром при резке и потерями при пе­реплавке припоя.

Огневая резка радиаторного лома сопровождается значи­тельными выделениями вредных веществ. Запыленность возду­ха, удаляемого от места разделки, составляет в среднем 87 мг/м3. В пыли находятся свинец, олово, цинк, медь, т.е. металлы, со­держание которых в воздухе рабочей зоны и в атмосфере насе­ленных пунктов лимитируется санитарными нормами.

Процесс подготовки радиаторного лома малопроизводите­лен и требует большого количества ручного труда. Разработана технология механизированной подготовки лома радиаторов к металлургическому переделу, которая включает следующие опера­ции: дробление, грохочение, магнитную сепарацию и пылеулавли­вание. Широкого применения эта технология пока не нашла.

7.5.   Утилизация катализаторов дожигания выхлопных газов

Сравнительно новым компонентом автомобилей являются ка­тализаторы дожигания выхлопных газов. Как известно, выхлоп­ные газы содержат токсичные продукты горения углеводородных топлив: оксид углерода, оксиды азота, углеводородные радикалы и др. Их содержание в выбросах автомобиля зависит от его конст­рукции, режима движения и качества используемого топлива.


86



Для снижения токсичности выхлопных газов используют ка­тализаторы дожигания, которые превращают токсичные продук­ты в безвредные вещества: углекислый газ, воду и азот.

Катализ широко присутствует в окружающей природе и ис­пользуется во многих промышленных производствах, особенно в химической промышленности. Катализ позволяет интенсифици­ровать химические превращения.

Катализаторы дожигания выхлопных газов представляют собой носитель с высокоразвитой поверхностью, на которую на­несены каталитически активные вещества. В качестве носителя используются пористая керамика и металлическая фольга.

Каталитически активными веществами в автомобильных ка­тализаторах являются драгоценные металлы: платина (Pt), пал­ладий (Pd), родий (Rh) и некоторые другие. Поверхность актив­ного слоя на носителях измеряется сотнями квадратных метров, а толщина составляет несколько нанометров. Автомобильная промышленность является крупнейшим потребителем этих ме­таллов. Мировой автопром ежегодно потребляет 150 т платины и 140 т палладия для производства автокатализаторов. Драгоцен­ные металлы, выполняющие роль катализаторов, не расходуются при химических реакциях превращения токсичных продуктов вы­хлопных газов в безвредные вещества, но облегчают этот процесс.

Катализаторы дожигания устанавливают, как правило, сразу за приемной трубой, перед глушителем. Химические реакции на поверхности катализатора протекают при температуре

150..                              .180°С, т.е. после того, как слои каталитически активных металлов прогреются от выхлопных газов.

Срок службы автокатализаторов составляет в странах ЕС, США и Японии 100... 150тыс. км. В России он существенно меньше - 40.. .50 тыс. км - из-за низкого качества топлива, неко­торые компоненты которого «отравляют» каталитически актив­ные металлы, а также из-за неудовлетворительного качества ав­тодорог, благодаря чему хрупкий керамический носитель раз­рушается от частых ударных и вибрационных нагрузок.

В странах с развитой автомобильной промышленностью до­рогостоящие катализаторы дожигания, снимаемые с выводимых из эксплуатации автомобилей, подлежат обязательной утилиза­ции. В России утилизация автомобилей, имеющих в своем со­


87



ставе катализаторы дожигания, пока не носит массового харак­тера. Однако содержание в катализаторах драгоценных металлов столь велико, что их утилизация экономически эффективна. Следует сказать, что переработка первичного сырья при содер­жании в нем платины в количестве 2х10_6% считается рента­бельной. Содержание же драгоценных металлов в отработанных катализаторах составляет 0,09...0,13 %, в том числе платины - до 0,12%.

В катализаторах дожигания массой 1,2 кг содержится около 1,5 г драгоценных металлов. Учитывая, что современные техно­логии позволяют извлекать 94...99 % драгметаллов, утилизация катализаторов дожигания выхлопных газов является высокоэф­фективной.

Платина - тугоплавкий и труднолетучий металл. Он обладает способностью адсорбировать на поверхности кислород и водород.

Мельчайший порошок платины с размером частиц

20..                               .40мкм называется платиновой чернью, ее каталитическая активность выше, чем у компактного металла. Один объем пла­тиновой черни «поглощает» 100 объемов кислорода. Именно это свойство позволяет широко использовать платину в качестве ка­тализатора дожигания выхлопных газов автомобиля.

Платина - чрезвычайно инертный, устойчивый к различным химикатам металл. В тонкодисперсном состоянии она хорошо растворяется в царской водке — смеси азотной (1 часть) и соля­ной (3 части) кислот.

Традиционные технологии утилизации автомобильных ката­лизаторов включают следующие этапы:

-     сбор и первичную обработку катализаторов;

-     получение концентратов драгоценных металлов;

-     аффинаж.

Первичная обработка автокатализаторов заключается в ме­ханическом извлечении носителя драгоценных металлов из стального корпуса и, при необходимости (в зависимости от ис­пользуемой технологии), его измельчении. После дробления проводится классификация по крупности с целью получения од­нородного продукта с требуемой дисперсностью.

Получение концентратов драгоценных металлов осущест­вляется гидро- и пирометаллургическим способами. Содержание драгоценных металлов в концентрате составляет более 95 %.



При использовании гидрометаллургических процессов дра­гоценные металлы растворяют в царской водке. Полученные продукты фильтруют и затем из раствора выделяют драгоценные металлы различными реагентами. В результате химического взаимодействия образуется платинохлористоводородная H2(PtCl6) и другие кислоты. При обработке катализатора царской водкой удается извлечь 98...99 % драгоценных металлов.

Отделение благородных металлов от носителей сухими, или пирометаллургическими, способами с учетом тугоплавкости платины, палладия и родия производят плазменной плавкой, по­зволяющей перевести металлы в расплав. При этом частицы ке­рамического носителя, имеющего более высокую температуру плавления, сохраняются в твердом состоянии.

Аффинаж - металлургический процесс получения благо­родных металлов высокой чистоты путем их разделения и очи­стки от загрязняющих примесей.

Итак, существующие технологии утилизации автомобиль­ных катализаторов дожигания выхлопных газов позволяют из­влекать из них наиболее ценные компоненты - драгоценные ме­таллы - платину, палладий и родий. Объемы вовлечения в про­мышленное производство вторичных драгоценных металлов со­измеримы с их добычей из минерального сырья. Об этом свиде­тельствует тот факт, что мировое потребление платины и палла­дия значительно превышает объемы их добычи, что является следствием регенерации этих металлов из отработанных автока­тализаторов.

Таким образом, технологический процесс утилизации авто­мобилей предусматривает раздельную переработку кузова и аг­регатов. Разработанные технологии позволяют извлекать из ути­лизируемых автомобилей более 95 % черных и цветных метал­лов, содержащихся в автомобиле.

Контрольные вопросы

1.    Расскажите о технологии утилизации автомобильных кузовов.

2.    Расскажите о технологии утилизации автомобильных аккумуляторов.

3.    Расскажите о технологии утилизации моторного лома.

4.    Как проводится утилизация радиаторов автомобилей?

5.    Расскажите о технологии утилизации автомобильных катализаторов.


89



8.   @УТИЛИЗАЦИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ


Детали из пластмасс широко используются в современном автомобиле. Из них изготавливают крупногабаритные изделия с большой массой (бамперы, панель приборов, каркасы облицовки крыши и дверей кузова, сиденья, бензобак и др.), а также много­численные сравнительно небольшие детали автомобиля (расход­ные бачки рабочих жидкостей, ручки, декоративные накладки, детали электронного оборудования и многое другое). На рис. 8.1 показаны некоторые детали из полимеров, используемые в авто­мобиле BMW.



Рис. 8.1. Детали из пластмасс автомобиля BMW


Масса пластмасс в отечественном автомобиле «Лада» при­ближается к 100 кг. Далеко не всегда при утилизации автомоби­лей демонтируемые с них детали из пластмасс пригодны для восстановления и повторного использования. Поэтому утилиза­ция пластмассовых деталей выводимых из эксплуатации авто­мобилей имеет большое значение, позволяя сократить потребле­ние первичных материальных и энергетических ресурсов и сни­зить нагрузку на окружающую среду.


90



Известны следующие основные способы обращения с отхо­дами пластмасс:

-     переработка во вторичное полимерное сырье для повтор­ного использования при производстве изделий;

-     пиролиз с получением углеводородного сырья для энерге­тического и химического применения;

-     сжигание вместе с твердыми бытовыми отходами с полу­чением тепловой и электрической энергии;

-     захоронение на полигонах.

Основным способом обращения с отходами пластмасс должно стать их повторное использование, выполняющее при производстве изделий из пластмасс такую же роль, какую играет металлолом в металлургии. Однако в силу различных, прежде всего организационных, причин это сделать не всегда удается. Поэтому некоторое количество отходов пластмасс, образующих­ся при утилизации автомобилей, подвергается пиролизу, сжига­ется и захоранивается.

Пиролиз полимерных материалов проводится при темпера­туре 400...500 °С при ограниченном доступе воздуха. Продук­тами пиролиза являются ценные сырьевые материалы: пиролиз­ный газ, не уступающий по своим свойствам природному газу, пиролизная смола, являющаяся ценным продуктом для синтеза полимерных материалов, и твердый углеродный остаток, иду­щий на изготовление адсорбента.

Пластмассы обладают высокой теплотворной способностью. Некоторые из них (полиэтилен, полипропилен и др.) превосхо­дят по этому показателю природные топливные ресурсы - уголь и нефть. Поэтому трудно отделяемые от других материалов пла­стмассовые детали небольшого размера сжигают. В отличие от природного топлива при сжигании пластмасс выделяются ток­сичные продукты, что требует значительных затрат на очистку дымовых газов.

Захоронение - со всех точек зрения нерациональный способ обращения с пластмассовыми отходами, т.к. не приносит ника­кого экономического или технического результата, но требует строительства дорогостоящих полигонов.

Сжигание и захоронение неутилизируемых отходов, в т.ч. пластмасс, будут рассмотрены в главе 13.


91



В общем виде переработка отходов пластмасс с целью их повторного использования состоит из следующих стадий: сорти­ровки, мойки, сушки, измельчения и гранулирования.

Сортировка заключается в разделении деталей по видам пластмасс. Она проводится вручную на сортировочных столах.

Идентификация видов пластмасс производится с целью от­деления друг от друга отходов изделий, изготовленных из раз­личных полимеров, поскольку их смешивание приводит не толь­ко к ухудшению внешнего вида и физико-механических свойств будущих изделий, но и очень часто снижает технологические свойства получаемых вторичных материалов. С целью иденти­фикации в последние годы все автомобильные заводы и произ­водители автокомпонентов наносят на пластмассовые детали маркировку, показывающую марку использованного полимера.

Мойка деталей осуществляется с целью очистки отходов от загрязнений с помощью специальных моющих агрегатов. Для мойки используют воду и синтетические моющие средства.

Сушка вымытых деталей осуществляется с целью удаления остатков воды.

Измельчение и гранулирование отходов пластмасс произ­водится с целью получения вторичного сырья, которое по форме и размерам соответствовало бы первичному сырью.

Первичное сырье, используемое при изготовлении изделий из пластмасс, представляет собой гранулы со стандартной вели­чиной зерен, с постоянной объемной массой и хорошей сыпуче­стью. Вторичные материалы, получаемые из отходов термопла­стов, должны иметь аналогичный гранулометрический состав. Для этого используются специальные аппараты для переработки полимерных отходов.

Крупногабаритные изделия из пластмасс предварительно наре­заются на циркулярных пилах или ленточно-пильных станках.

Для гранулирования широко используются режущие грану- ляторы, в которых измельчение отходов происходит между ро­торными и статорными ножами. В табл. 8.1 приведены характе­ристики роторных измельчителей, выпускаемых отечественной промышленностью.


92



Таблица 8.1

Технические характеристики роторных измельчителей пластмасс


Характеристика

Марка гранулятора

ИПР-100

ИПР-150

ИПР-300

ИПР-450

Производительность, кг/ч

25... 60

50...150

150..350

200... 1500

Диаметр ротора, мм

100

150

300

450

Скорость вращения ротора, об./мин.

1500

1300

700

700

Количество ножей ротора, шт.

3

3

9

15

Количество неподвижных ножей, шт.

2

2

2

3

Зазоры между ножами, мм

0,1

0,1

CN

О

О

0,2. .0,4

Мощность электропривода, кВт

1,0

1,6

18,5

27,5

Производительность измельчителя определяется видом отхо­дов и конструктивными особенностями установки: количеством и длиной ножей, а также скоростью вращения ротора. В процессе работы производительность роторных измельчителей падает вследствие износа ножей. Поэтому при падении производительно­сти измельчителя на 20...30% от первоначального значения при работе на одном материале необходимо проводить их заточку.

Степень измельчения отходов определяется размером ячеек сита, ограждающего камеру помола со стороны выхода измель­ченного материала. Размер частиц измельченных отходов может изменяться от 3...5 до 25...30 мм.

Конструкция измельчителя приведена на рис. 8.2.

Роторные измельчители при работе издают сильный шум. С целью его уменьшения измельчитель вместе с двигателем и вентилятором заключают в шумозащитный кожух, что позволяет снизить уровень шума на 10.. .15 дБ.

В процессе вторичного использования пластмасс необходи­мо предотвратить или уменьшить ухудшение физико­механических и реологических свойств вследствие термомеха­нического воздействия, которому подвергается полимер при из­мельчении, гранулировании и формовании. С этой целью в ком­позиции на основе вторичных полимерных материалов вводят


93



дополнительные стабилизаторы, позволяющие сохранить их экс­плуатационные характеристики. Для различных видов полимеров разработаны и известны такие стабилизирующие вещества.



1


Рис. 8.2. Роторно-ножевой измельчитель с водяным охлаждением:

^ - поворотная плита; 2 - электродвигатель; 3 -лоток; 4 - съемная калибрующая решетка; 5 - ротор; 6 - статор; 7 - маслоотражатели;

8 - ножи ротора; 9 - загрузочный бункер; 10 - маховик; 11 - упорные подшипники; 12 - массодробители; 13 - регулируемые ножи статора;

14 - штуцер для подачи воды


Помимо режущих грануляторов используют экструдеры- грануляторы. Гранулирование в экструдерах позволяет осущест­вить направленную модификацию отходов с получением про­дуктов с улучшенными свойствами за счет добавления в компо­зицию специальных ингредиентов.

Червячные экструдеры для гранулирования отходов термо­пластов имеют узел дегазации. В зависимости от последователь­ности двух процессов, проходящих во время гранулирования, - резки и охлаждения - процесс осуществляют двумя способами. Выбор способа гранулирования зависит от свойств полимера: вязкости и адгезии расплава термопласта к металлу.

При горячем гранулировании на экструзионной головке рас­плав выдавливается через отверстия решетки (количество кото­рых достигает 300) в виде жгутов (стренг) и тут же срезается скользящими вдоль решетки ножами. Полученные при резке


94



гранулы охлаждаются воздухом или водой. Таким способом гра­нулируют полиолефины, в частности, полипропилен, широко используемый для изготовления бамперов автомобилей.

При холодном гранулировании жгуты расплава полимера после выхода из экструзионной головки сразу поступают в ван­ну с водой, охлаждаются, а затем нарезаются на гранулы ножом гильотинного типа. Температура воды поддерживается в преде­лах 50...70°С, что позволяет ей интенсивно испаряться с по­верхности гранул. Расход воды составляет 40 м3 на 1 тонну гра- нулята. Размер гранул зависит от диаметра отверстий решетки экс­трудера и скорости вращения шнека. Полученные гранулы исполь­зуются в качестве полноценного заменителя первичного сырья.

Производительность экструдера-гранулятора зависит от диаметра шнека и вида перерабатываемого пластика. Она изме­няется от 40 до 500 кг/ч.

На рис. 8.3 показана линия горячего гранулирования.



Рис. 8.3. Установка горячего гранулирования термопластов


Установка состоит из бункера-питателя, экструдера шнеко­вого, гранулирующей головки с устройством резки, водяной ванны охлаждения, шнекового транспортера и центрифуги для отделения воды.

Линия ЛГГПС 90-250 имеет технические характеристики, представленные в табл. 8.2.

Утилизация деталей из полиолефинов. К полиолефинам, применяемым в автомобилестроении, относятся полиэтилены высокой и низкой плотности (ПЭВП и ПЭНП) и полипропилен


95



(ПП). Из полиэтилена высокой плотности производят различные мелкие детали автомобиля, сравнительно недавно из него начали изготавливать бензобаки. Из полиэтилена низкой плотности де­лают пленку. Полипропилен широко используется для изготов­ления бамперов, панели приборов автомобиля и других деталей.


Таблица 8.2


Технические характеристики установки ЛГГПС 90-250


Характеристика

Единица

измерения

Значение

Производительность

кг/ч

до 250 (зависит от вида полимера)

Установленная мощность электродвигателя

кВт

120

Расход воды

м3

1,5

Масса

кг

3900

Габариты: -длина -ширина - высота

мм

4500

2000

2500

Особенностью термопластов, и в частности полиолефинов, является возможность их многократной переработки путем рас­плавления и повторного формования без существенного измене­ния характеристик.

В табл. 8.3 приведено изменение свойств полипропилена в процессе многократной переработки.


Таблица 8.3

Влияние многократной переработки способом литья _____ под давлением на свойства полипропилена________________


Наименование

показателя

Кратность переработки

1

2

3

4

5

Прочность при статическом изгибе, МПа

42,3

37,2

30,8

32,9

34,2

Удельная ударная вязкость, кДж/м2

1300

1250

1100

1050

990

Прочность при растяжении, МПа

35,6

34,1

35,2

34,6

33,5

Относительное удлинение, %

52

55

59

61

98

96



Данные табл. 8.3 показывают, что при 3...4-кратной перера­ботке свойства полипропилена изменяются незначительно. Это позволяет смешивать гранулы вторичного полипропилена, полу­чаемые при утилизации деталей автомобилей, с гранулами пер­вичного материала для производства новых изделий.

Утилизация отходов поливинилхлоридных материалов. Поливинилхлорид применяется в производстве обивочных ис­кусственных кож, синтетических тентовых материалов, пленок, литьевых изделий и т.д.

Можно выделить три основных направления в использова­нии отходов ПВХ-материалов:

-     переработку отходов в линолеум, искусственные кожи и пленочные материалы;

-     химическую переработку с регенерированием ПВХ смолы;

-     использование в смеси с другими полимерами в различ­ных полимерных композициях.

Производство линолеума. Поскольку ПВХ широко применя­ется при изготовлении рулонных материалов на текстильной ос­нове, ниже будут рассмотрены особенности переработки отхо­дов таких текстильно-полимерных материалов. Технологическая схема процесса производства линолеума с использованием отхо­дов искусственной кожи представлена на рис. 8.4.

По такой схеме можно изготавливать различные покрытия для полов (линолеум, линолеумную плитку), искусственные ко­жи технического назначения и другие материалы.

Отходы искусственных кож сначала поступают на измель­чение в дробилку 1. Из дробилки полученная крошка через вы­пускное отверстие выталкивается в накопительную емкость.

При переработке отходов загрязненных ПВХ материалов важной стадией процесса является их очистка и промывка в ме­шалке 2 с вертикальными лопастями. Мешалка расположена та­ким образом, что весь внутренний объем промывочного устрой­ства делится на две зоны: зону турбулентного потока, который образуется ниже лопастей мешалки, и зону ламинарного потока над ними.


97





Рис. 8.4. Технологическая схема производства линолеума с использованием отходов искусственной кожи:

1 - роторный измельчитель; 2 - якорная мешалка; 3 - центрифуга; 4 - барабанная сушилка; 5 - крекер-вальцы; 6 - гранулятор; 7 - вальцы; 8 - каландр; 9 - рулон с лицевым слоем напольного покрытия; 10 - охлаждающие барабаны




Через дозирующее устройство крошка непрерывно поступа­ет в промывочное устройство сначала в турбулентную зону, а за­тем в зону ламинарного потока. Отходы всплывают на поверх­ность промывного раствора, плотность которого больше плотно­сти дробленых отходов, и отбираются с помощью специального подъемного устройства.

Улавливающие воронки, расположенные в днище мешалки ниже зоны турбулентности, собирают посторонние включения, отделенные от отходов, и выводят их через трубопровод.

Промытая и очищенная от посторонних включений крошка поступает в центрифугу 3 и барабанную сушилку 4, где отделя­ется от воды и высушивается. Высушенная крошка по трубопро­воду направляется на гомогенизацию на крекер-вальцы 5 с реб­ристой поверхностью валков.

Время обработки на крекер-вальцах составляет 1.. .5 мин для разрушения текстильной основы и гомогенизации смеси. Полу­ченная гомогенная смесь поступает на экструдер-гранулятор б, а оттуда в виде гранул подается в накопительный бункер.

При переработке отходов поливинилхлорида и производстве из них гранул в состав полимерной композиции дополнительно вводят стабилизаторы, а также пластификаторы, которые позво­ляют избежать механодеструкционных процессов.

Установлено, что при использовании соответствующих ста­билизаторов возможна 6-кратная повторная переработка отходов ПВХ практически без изменения его физико-механических свойств.

Линолеум с использованием отходов искусственной кожи изготавливают многослойным: лицевой слой делают из компо­зиции, содержащей первичное сырье, а нижний слой - из 30 % первичного и 70 % вторичного сырья. Это соотношение зависит от количества текстильных волокон в отходах. Если вторичное сырье изготовлено из материалов, не содержащих текстильную основу (пленок, листовых материалов, безосновного линолеума), то его содержание в нижнем слое может достигать 95... 100 %.

Композиция на основе вторичного ПВХ из накопительного бункера подается на вальцы 7, на которых получается полотно необходимой толщины. Далее оно калибруется на каландре 8 и соединяется с лицевым слоем 9 из первичной композиции,


99



имеющим декоративную отделку. Полученный линолеум охла­ждается на барабанах 10, упаковывается и сдается на склад.

Линолеум, изготовленный с применением отходов в нижнем слое, по свойствам практически не отличается от материала, из­готовленного полностью из первичного сырья.

Хорошими свойствами обладает трехслойный линолеум, из­готовленный с применением гранулята, полученного из отходов искусственной кожи. Содержание ПВХ в таком грануляте со­ставляет 76...85 %, волокна - 24... 15 %. Нижний слой линоле­ума изготавливается полностью из вторичного материала, сред­ний слой содержит 75 % отходов, а тонкий лицевой слой изго­тавливается из первичного сырья.

Технологический процесс изготовления линолеума из отхо­дов искусственной кожи осуществляется с использованием обо­рудования для производства линолеума и искусственной кожи.

Регенерация поливинилхлорида. При регенерации можно утилизировать любой вид отходов ПВХ-материалов, в том числе различные пленки, листовые материалы, искусственные кожи.

Технологическая схема регенерации ПВХ из отходов искус­ственных кож и тентовых материалов состоит из следующих стадий:

-     измельчения отходов искусственных кож и тентовых ма­териалов;

-     отделения магнитных материалов от массы отходов;

-     складирования подготовленных отходов в бункер;

-     смешивания отходов с селективным растворителем и рас­творения в нем поливинилхлоридной смолы;

-     отделения нерастворимых фракций;

-     понижения растворимости ПВХ в растворителе путем до­бавления воды;

-     выделения ПВХ (фильтрования);

-     сушки полученного полимера;

-     дистилляции раствора (разделения воды и растворителя).

Технологическая схема представлена на рис. 8.5.


100



Отходы

искуственной кожи


Емкость

с растворителем и дозатор


11

Л


дистиллятор


Рис. 8.5. Технологическая схема регенерации ПВХ из отходов искусственных кож и тентовых материалов:

1 - дробилка двухвалковая; 2 - сепаратор магнитный; 3 - бункер; 4 - емкость с растворителем;

5 - барабанный смеситель; 6 - центрифуга; 7 - емкость с водой; 8 - мешалка лопастная; 9 - барабанный вакуумный фильтр; 10 - сушилка барабанная; 11 - дистиллятор; 12 - бункер с регенерированным ПВХ



После измельчения в дробилке 1 отходы по транспортеру подаются в магнитный сепаратор 2, в котором осуществляется видовая сепарация и отделение магнитной фракции. Из магнит­ного сепаратора отходы попадают в накопительный бункер 3, а из него поступают в барабанный смеситель 5, в котором смеши­ваются с растворителем, поступающим из емкости 4.

В смесителе в течение 1 часа при постоянном перемешива­нии происходит растворение ПВХ. Нерастворившиеся компо­ненты отделяются в центрифуге 6. Раствор Г1ВХ проходит в ме­шалку лопастную 8, в которую добавляют воду из емкости 7 для снижения растворимости полимера. Благодаря этому происходит осаждение ПВХ. Смесь, которая получилась в результате этих операций - выпавший в осадок ПВХ, растворитель и вода - про­ходит через барабанный вакуумный фильтр 9, где происходит отделение ПВХ от жидкостей. Затем полимер проходит через сушилку 10 и попадает в бункер 12. Смесь растворителя и воды через систему трубопроводов поступает в дистиллятор 11, где происходит отделение воды от растворителя, после чего они возвращаются в емкости 7 и 4 соответственно.

Описанный способ дает возможность получать поливинил­хлорид, близкий по свойствам к исходному.

Использование отходов ПВХ в смеси с другими полимерами. Использование отходов искусственной кожи на основе ПВХ, смешанных с отходами других полимерных материалов и не прошедших видовую сепарацию, малоэффективно, т.к. не позво­ляет получить продукты высокого качества. Из таких смесей можно производить вибропоглощающие прокладки, поддоны и другие неответственные изделия.

Утилизация деталей из пенополиуретана. Из пенополиу­ретана изготавливают подушки и спинки сидений, подголовни­ки, подлокотники и другие детали автомобилей. Материал обла­дает высокой объемной деформацией, т.к. имеет низкую плот­ность. Среди технологий утилизации изделий из пенополиурета­на следует выделить:

-    переработку, связанную с предварительным растворением отходов и выделением исходного сырья;

-    гидролиз полиуретановых отходов;

-    дробление и использование полиуретановых отходов в ка­честве наполнителей.


102



При растворении измельченные отходы эластичного пено­полиуретана (ППУ) при температуре 180...200 °С при непре­рывном перемешивании обрабатывают растворителем до полу­чения гомогенного раствора. Полученный раствор смешивают с исходным полиэфиром, изоцианатом или форполимером. Из по­лученной смеси растворитель может бьггь удален при повышен­ной температуре под вакуумом с остаточным давлением менее 10 мм рт.ст.

Продукты, полученные из отходов ППУ, являются сырьем для заливочных композиций, использование которых позволяет изготавливать изделия с меньшей стоимостью и обеспечить эко­номию первичного сырья. Содержание отходов в конечном про­дукте может достигать 20 %.

В табл. 8.4 приведены физико-механические показатели литье­вых изделий, изготовленных с использованием отходов ППУ.


Таблица 8.4


Физико-механические показатели литьевых изделий, изготовленных с использованием отходов ППУ


Наименование показателей

Значение показателя при содержании отходов, мас.ч. на 100 мас.ч. форполимера

10

15

20

Прочность при разрыве, МПа

40.9

37,2

30,3

Относительное удлинение, %

407

445

419

Модуль (300%), МПа

22,4

17,1

15,0

Сопротивление раздиру, Н/мм

96

82

78

Твердость по Шору, уел. ед.

94

93,5

92

Гидролизная технология заключается в обработке отходов ППУ водяным паром при давлении 0,05...0,15 МПа и темпера­туре не ниже 185 °С в присутствии аммиака, способствующего увеличению скорости процесса. В результате гидролиза получа­ют сырьевые продукты - диамины и жидкие олигомеры, при­годные для получения новых материалов.

Измельченные отходы ППУ в виде порошка можно добав­лять в термопластичный полиуретан, в резиновые смеси на ос­нове нитрильных, хлоропреновых и других полярных эластоме­ров в качестве усиливающих наполнителей.


юз



Например, для изготовления различных эластичных деталей используют композицию из 6...25 % уретанового форполимера,

4..           .5  % полистирола и 70...90 % измельченных отходов ППУ. Возможно также изготовление формованных деталей из от­ходов пористых или непористых полиуретановых эластомеров. Для этого их измельчают, пластицируют в экструдере с одно­временным отводом газообразных продуктов, причем термооб­работку ведут с регулированием температуры по зонам:

130..                              .170°С         в первой зоне и 160...190°С во второй. Получен­ные компаунды представляют собой эластичные термопластич­ные материалы, которые обладают хорошими физико­механическими свойствами и применяются при изготовлении формованных деталей способом литья под давлением. В табл. 8.5 представлены физико-механические показатели таких деталей.


Таблица 8.5


Физико-механические показатели формованных деталей _________________  из отходов ППУ


Наименование показателей

Значение показателей

Прочность при растяжении, МПа

50

Относительное удлинение при разрыве, %

300

Плотность, г/см3

1,15

Твердость по Шору А, уел. ед.

60

Утилизация деталей из полистирольных пластиков. По-

листирольные пластики широко применяются в различных от­раслях промышленности. В автомобильной промышленности используются изделия из ударопрочного полистирола и акрило- нитрилбутадиенстирола (АБС). Это детали облицовки интерье­ра, различные крупногабаритные детали, получаемые термо­формованием из листовых материалов.

В табл. 8.6 приведены данные об изменении свойств поли­стирола в процессе многократной переработки.

Многократная (до 5 раз) экструзия полистирола, как видно из данных табл. 8.6, приводит к незначительному изменению его характеристик, за исключением относительного удлинения.


104



Таблица 8.6


Влияние многократной переработки на свойства ____________ ударопрочного полистирола___________________________________


Наименование показателя

Кратность переработки

1

2

3

4

5

Удельная ударная вязкость, кДж/м2

3350

3510

3580

3300

3400

Прочность при растяжении, МПа

35,4

34,2

34,5

33,7

33,7

Относительное удлинение, %

21,1

20,3

12,2

9,6

11,1

Молекулярная масса Ю'3

193,6

171,8

160,3

149,6

137,7

Показатель текучести расплава, г/10мин

4,44

5,35

5,75

5,86

5,96

Наиболее простым и эффективным способом утилизации отходов полистирольных пластиков является их дробление и ис­пользование полученной крошки в качестве добавок к исходно­му материалу. При содержании в композиции до 20 % по массе вторичного пластика эксплуатационные и технологические ха­рактеристики материала практически не отличаются от свойств первичного полимера.

Измельчение амортизованных изделий из полистирольных пластиков проводится на роторных дробилках, а полученная крошка вследствие однородности по гранул оме грическому со­ставу не требует дополнительной грануляции через расплав. Для последующей переработки литьем под давлением целесообразно использовать крошку размером около 5 мм.

Утилизация деталей из реактопластов. Наряду с термо­пластами в автомобилестроении иногда используются и реакто- пласты, которые не плавятся при нагревании. Их утилизация описанными выше технологиями невозможна. К ним относятся, в частности, стеклопластики, которые используются, в основ­ном, для тюнинговой доводки автомобиля.

Стеклопластики состоят из термореактивного полимера и стеклянного наполнителя в виде нитей или текстильной основы. Стеклянный наполнитель, являясь чрезвычайно прочным, для своего разрушения требует значительных затрат энергии. К тому же его частицы обладают высокой абразивностью, что приводит к быстрому износу ударных органов измельчающего оборудования.

Для измельчения отходов стеклопластиков используются де­зинтеграторы специальной конструкции, основным ударным ор-


105



ганом которых являются пальцы двух роторов, вращающихся навстречу друг другу с высокой скоростью (более 120 м/с). За время пребывания в камере дезинтегратора, которое составляет всего 0,25 с, материал разрушается с образованием частиц раз­мером в несколько микрон, приобретая совершенно новые физи­ко-химические свойства. У частиц такого порошка имеются функциональные группы, делающие его активным наполните­лем. Кроме того, резко возрастает их удельная поверхность. Раз­мер частиц органической части порошка, т.е. самого реактопла- ста, составляет З...20мкм. Они агрегируются в конгломераты размером до 100 мкм, имеющие сферическую форму. Стеклян­ные частицы наполнителя вытянуты, нитеобразны, отношение длины к диаметру такой частицы составляет 1,5.. .2,0.

Стеклопластиковые порошки называют органоминеральным наполнителем (ОМН). Такой наполнитель выполняет роль мо­дификатора: благодаря наличию функциональных групп на по­верхности частиц он участвует в химическом взаимодействии с полимером. За счет этого ускоряется процесс образования трех­мерной структуры, а полученные материалы приобретают высо­кие физико-механические свойства. Использование ОМН в каче­стве наполнителей в композициях на основе реактопластов сни­жает время отверждения в 6... 10 раз, повышает теплостойкость до 200 °С.

Используют ОМН и для изготовления лакокрасочных по­крытий с хорошими декоративными свойствами, повышенными физико-механическими характеристиками и более высокой экс­плуатационной долговечностью.

Введение ОМН в клеевые композиции на основе эпоксид­ных смол позволяет повысить прочность при отрыве в

1,5..            .2 раза при склеивании титанового сплава и на 10...15% при склеивании стали. Время отверждения клеевой композиции снижается с 24 до 4 ч. Предельное содержание порошка стекло­пластика в клее не должно превышать 33 %.

Таким образом, основные виды полимеров, используемых при серийном изготовлении автомобилей, являются термопла­стами. Они способны к многократной переработке и являются ценным вторичным сырьем, практически не уступающим по своим характеристикам первичным материалам.


106



Для их эффективного использования необходим раздельный сбор утилизируемых деталей и строгое разделение их по видам пластиков. Для облегчения идентификации и раздельного сбора полимеров заводы-производители указывают на деталях вид ис­пользованного сырья.

Наиболее рациональным способом обращения с утилизи­руемыми пластмассовыми деталями автомобилей является их применение в измельченном виде в составе полимерных компо­зиций того же состава для производства аналогичных деталей.

Контрольные вопросы

1.     Расскажите о применении пластмасс в автомобилестроении и спо­собах обращения с образующимися при утилизации автомобилей отхода­ми пластмасс.

2.     Каковы основные стадии переработки пластмасс во вторичные материалы?

3.     Расскажите о технологии производства линолеума из отходов обивочной искусственной кожи.

4.     Расскажите о технологии регенерации поливинилхлорида из от­ходов искусственной кожи.

5.     Расскажите о способах утилизации отходов пенополиуретана.


107



9. @УТИЛИЗАЦИЯ ИЗНОШЕННЫХ АВТОПОКРЫШЕК И РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ


Изделия из резины изготавливают путем вулканизации рези­новых смесей на основе каучуков. Состав резиновых смесей раз­личен и зависит от ассортимента изделий. В автомобилестроении используются следующие изделия из резины: автопокрышки, при­водные ремни, шланги, сальники, манжеты, коврики и др. Многие резиновые изделия имеют сложную конструкцию и наряду с рези­ной содержат металл, текстиль и другие материалы.

Наиболее крупными по габаритам, многотоннажными и сложными по составу изделиями из резины являются автопо­крышки. В их состав входят резина, металлическая проволока, полимерные нити.

С ростом численности автотранспорта постоянно увеличи­вается и количество изношенных автопокрышек. Ежегодно в России образуется более 1,1 млн тонн изношенных автопокры­шек, из них утилизируется только 10 %.

До 50 % автопокрышек, снимаемых с автомобилей при ути­лизации, могут быть восстановлены. При восстановлении авто­покрышек заменяют изношенный протектор на новый путем на­варки сырой резиновой смеси. Такую технологию можно ис­пользовать только для шин с каркасом, имеющим необходимую прочность и жесткость. При наварке остаток изношенного про­тектора удаляют механическим способом и на каркас наклады­вают сырую резиновую смесь. Далее покрышка помещается в обогреваемую пресс-форму для формирования рисунка протек­тора и вулканизации резиновой смеси. Восстановленные автопо­крышки по всем характеристикам отвечают техническим требо­ваниям к новым изделиям.

Не подлежащие восстановлению автопокрышки и резино­технические изделия, снятые с утилизируемого автомобиля, яв­ляются источником ценных вторичных материалов.

Особенности химического строения эластомеров, имеющих прочную трехмерную структуру с поперечными связями, а также сложность надмолекулярных образований придают им уникаль­ные свойства, делают резины незаменимыми материалами для современного машиностроения и других отраслей экономики.


108



В то же время именно эти свойства, в ряде случаев усугуб­ляющиеся сложной конструкцией изделия (например, автопо­крышки), являются основой значительных трудностей, связан­ных с их утилизацией после завершения эксплуатации.

Способы переработки изношенных автопокрышек и резино­технических изделий можно разделить на физические, физико­химические и химические (рис. 9.1).



Рис. 9.1. Классификация способов утилизации отходов резин


Физические способы переработки отходов резин представ­ляют собой различные технологии их измельчения с целью по­лучения резиновой крошки (муки). Образующийся продукт со­храняет все свойства резины. Процесс измельчения достаточно сложен, поскольку благодаря высоким эластическим свойствам резины, энергия, затрачиваемая на ее разрушение, расходуется в значительной степени на механические потери. Эффективность измельчения резины зависит от температуры и скорости прило­жения нагрузки. Если процесс измельчения происходит при температуре ниже температуры хрупкости полимера, то его де­формации невелики и разрушение носит хрупкий характер и не требует больших затрат энергии.

Физико-химические способы переработки отходов, под ко­торыми имеется в виду регенерация, осуществляемая различны­ми технологиями, позволяют сохранить структуру сырья, ис­пользованного в процессе производства резины. При регенера­ции разрушается пространственная вулканизационная сетка ре­зины за счет теплового, механического и химического воздейст­вия на нее. Получаемый продукт - регенерат - обладает пласти­


109



ческими свойствами и используется при изготовлении резино­вых смесей с целью частичной замены каучука.

Химические способы переработки приводят к необратимым химическим изменениям не только резины, но и веществ, ее со­ставляющих (каучуков, мягчителей и т.д.). Они осуществляются при высокой температуре, вследствие чего происходит деструк­ция полимерного материала. К химическим способам относятся сжигание и пиролиз.

Несмотря на то, что химические способы переработки отхо­дов резины позволяют получить ценные продукты и тепловую энергию, такая утилизация является недостаточно эффективной, поскольку она не позволяет сохранить исходные полимерные материалы.

9.1.   Изготовление и применение резиновой крошки

Наибольшее распространение получила технология измель­чения шин в высокоэластическом состоянии при умеренных скоростях, несмотря на значительно более высокий расход энер­гии по сравнению с криогенной технологией.

По этой технологии переработка покрышек ведется в сле­дующей последовательности: мойка - вырезка бортов - предва­рительное дробление - грубое дробление - мелкое дробление - видовая сепарация - помол.

В настоящее время разработаны различные виды оборудова­ния для измельчения резиновых покрышек, которые различают­ся по характеру и скорости нагружения, конструкции рабочих органов и т.п. Для этих целей применяют абразивные ленты и круги, гильотины, борторезки, дисковые ножи, прессы, вальцы, роторные дробилки и другое оборудование.

Традиционно применяемое у нас в стране оборудование для дробления резиновых отходов - вальцы. За рубежом чаще при­меняют дисковые и роторные измельчители. Однако схема, ос­нованная на применении вальцов, является более производи­тельной и менее энергоемкой.

В последнее время за рубежом получило распространение криогенное измельчение изношенных шин. По сравнению с из­


110



мельчением при комнатной температуре оно имеет следующие преимущества:

-     уменьшает энергозатраты;

-     исключает пожаро- и взрывоопасность;

-     позволяет получать мелкодисперсный порошок резины с размером частиц до 0,15 мм;

-     уменьшает загрязнение окружающей среды.

Эффективность криогенного измельчения покрышек являет­ся следствием:

-     ослабления связи между металлокордом и резиной при низкой температуре, что приводит к частичному отделению ре­зины от металла;

-     резкого снижения эластичности резины, в результате ко­торого хрупкое разрушение происходит при незначительных де­формациях.

При криогенном измельчении покрышки охлаждаются в те­чение 25 минут в устройствах барабанного типа, расход жидкого азота составляет 0,25... 1,2 кг на 1 кг измельчаемого материала. Охлажденная покрышка измельчается в различного типа дро­билках (рис. 9.2). Полученная в результате дробления крошка имеет размеры от 0,15 до 20 мм.

Стоимость жидкого азота составляет 2/3 от всех затрат на криогенное дробление.

Технологическая схема криогенного измельчения покрышек представлена на рис. 9.3.

При подготовке покрышек к криоизмельчению они моются, сортируются и поступают на борторезку 1 для удаления борто­вых колец. Далее покрышка поступает в охлаждающую камеру барабанного типа 2, куда подается жидкий азот.

Покрышки охлаждаются в камере до -120 °С (температура стеклования практически любых резин выше -70 °С). Имею­щийся запас охлаждения покрышки необходим для компенсации теплопритоков к ней во время перемещения из охлаждающей камеры 2 к молоту 3, а также для компенсации тепловыделений при ударе, происходящих вследствие превращения кинетической энергии молота в тепловую. Молот имеет спрофилированные пуансон и матрицу, на которой происходит разбивание хрупкой


ш



покрышки. Измельченная покрышка транспортером подается на шкивной железоотделитель 4, с помощью которого происходит отделение резины и текстиля от металла. Резиновая крошка по­ступает в бункер.




Рис. 9.2. Механизмы для криодробления покрышек с металлокордом:

А - ударно-отражательная дробилка: 1 - покрышка; 2 - валок;

3, 4 - отражательные плиты Б - валковая дробилка: 1 - покрышка; 2,3- валки В - ударно-валковая дробилка: 1 - покрышка;

2,3- теплоизолированные матрица и пуансон; 4 - валковая дробилка Г - молотковая дробилка: 1 - покрышка; 2 - транспортер;

3 - ротор; 4 - молоток


Металлокорд поступает в обжиговую печь 5 для выжигания остатков резины на проволоке и далее в пакетировочный пресс 6.

Куски резины, содержащие текстильный корд, дополнитель­но измельчаются в роторном измельчителе 7. Измельченный продукт разделяется на резиновую крошку и волокно, которое затем подается на пакетировочный пресс 8.


112



В результате разрушения резина, содержащаяся в покрышке, превращается в крошку, причем 57 % крошки имеет размеры от 1,25 до 20 мм и 24 % - от 0,14 до 1,25 мм. Это позволяет сущест­венно сократить затраты на доизмельчение резиновой крошки, если оно необходимо по условиям ее дальнейшего использования.


1                                                                  2                      3



Рис. 9.3. Схема криогенного дробления изношенных покрышек:

1 - универсальная борторезка; 2 - охлаждающая камера; 3 - молот;

4 - железоотделитель шкивной; 5 - обжиговая печь;

6 - пресс пакетирования металла; 7 - роторный измельчитель;

8 - пресс пакетирования текстиля


Удельные затраты энергии на разрушение покрышки в ох- рупченном виде в 1,8 раза меньше, чем в эластичном.

Для резки и измельчения амортизованных шин с металло- кордом целесообразно применение шредеров - двухроторных машин с дисковыми ножами, имеющих большую мощность.

Измельченная резина в виде крошки широко применяется в различных областях, и прежде всего, в качестве полноценной добавки к свежим резиновым смесям.

Тонкодисперсная резиновая крошка в максимальной степени сохраняет эластические и прочностные свойства исходного ма­териала. Композиции, содержащие измельченную резину, пред­ставляют собой дисперсию типа «полимер в полимере» с четко выраженной границей раздела.


из



Дисперсность резиновой крошки оказывает большое влия­ние на свойства резиновых изделий, а также на возможное со­держание ее в составе смеси. С уменьшением размеров крошки возможно увеличение ее содержания в резиновых изделиях. При этом прочностные свойства материала не только не снижаются, но возрастают по сравнению с резиной, содержащей в таком же количестве активные минеральные наполнители. Это становится возможным при использовании резиновой крошки с размером частиц в несколько микрон, что достигается при новейших спо­собах измельчения, например, с помощью абразивно-дискового измельчителя, в котором резиновая крошка измельчается в зазо­ре между двумя вращающимися в разные стороны абразивными кругами.

При использовании резиновой крошки в составе резин необ­ходимо учитывать, что ее свойства в процессе хранения ухуд­шаются, т.к. происходит ее старение вследствие интенсивного окисления по образованной в процессе измельчения высокораз­витой поверхности.

Целесообразно использование резиновой крошки в составе асфальтобетонных дорожных покрытий. Благодаря повышенным фрикционным свойствам и лучшему сопротивлению износу такие покрытия могут быть эффективными на горных дорогах, на пло­щадях и улицах с интенсивными транспортными потоками, на взлетно-посадочных полосах аэродромов, на мостах и в тоннелях.

Высокие эластические и фрикционные свойства, обеспечи­ваемые дорожному покрытию резиновой фракцией, делают этот материал полезным для создания дорог в регионах с большими температурными перепадами, при строительстве трамвайных путей (виброзащитные свойства), беговых дорожек стадионов.

При изготовлении асфальтобетонных покрытий использует­ся резиновая крошка размером до 25 мм без удаления частиц ме- таллокорда и волокна. Композиция изготавливается в бетоно­мешалках (бетонные смеси) или обогреваемых смесителях (ас­фальтовые смеси). Для укладки покрытия используются обыч­ные дорожно-строительные машины.


114



9.2.   Производство регенерата

Другим направлением утилизации резиносодержащих отхо­дов, в частности изношенных шин, является получение регене­рата - пластичного материала, способного вулканизоваться при добавлении в него вулканизующих агентов и частично заменить каучук в составе резиновых смесей.

Существуют различные способы получения регенерата, от­личающиеся характером и интенсивностью воздействия на рези­ну, а также природой и количеством веществ, участвующих в химических процессах. При регенерации резины происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых она превращается в пластичный продукт - регенерат.

При получении регенерата применяют мягчители, активато­ры, модификаторы, эмульгаторы и другие вещества.

В качестве мягчителей используются продукты переработки нефти, угля, сланцев и лесохимического производства. Содер­жание мягчителей зависит от способа получения регенерата.

Активаторы позволяют сократить продолжительность и сни­зить температуру процесса, улучшить свойства конечного про­дукта. В качестве активаторов наибольшее применение нашли серосодержащие органические соединения.

Модификаторы позволяют придать регенерату и резине на его основе некоторые специальные свойства - прочность, масло-, бензостойкость, блеск и др. Для модификации регенерата ис­пользуются как мономеры (малеиновый ангидрид, малеиновая и олеиновая кислоты и др.), так и полимеры (полистирол, полиме- тилметакрилат, поливинилхлорид и др.).

Эмульгаторы используются в технологических целях - для ста­билизации дисперсий измельченных резиновых отходов.

Начальная стадия получения регенерата любым из сущест­вующих способов - измельчение резиновых отходов. Размер частиц, которые необходимо получить при измельчении, опре­деляется способом последующей регенерации, а также свойст­вами резины, подвергаемой регенерации, и требованиями к ре­генерату. Чем меньше размеры частиц резины, тем более быстро и равномерно они набухают в мягчителях, в результате чего по­вышается производительность оборудования и улучшается каче­ство регенерата. Однако уменьшение размеров резиновой крош­


115



ки связано с увеличением затрат на ее получение, поэтому раз­меры частиц всегда больше 0,5 мм.

Наиболее перспективен термомеханический способ получе­ния регенерата вследствие непрерывности процесса, полной его механизации и автоматизации, а также непродолжительности цикла. При этом способе не образуются сточные воды, что также весьма существенно снижает стоимость продукта.

При получении регенерата термомеханическим способом (рис. 9.4) используется крошка размером не более 0,8 мм при со­держании текстильных волокон не более 5 % по массе.

По этой технологии автопокрышка с помощью конвейера 1 подается в моечную машину 2 и далее в борторезку 3. Затем с помощью конвейеров 4 и 6 куски покрышки последовательно попадают в дробилки 5 и 7. Измельченный продукт просеивается в грохоте 8. Полученная крошка заданного размера вместе с ме- таллокордом проходит через магнитный сепаратор 9, где отделя­ется от металлокорда. Металл брикетируется и передается на пе­реплавку в металлургическое производство. Резиновая крошка после магнитного сепаратора накапливается в бункере 11.

Подготовленный к регенерации материал вместе с другими компонентами подается в червячный смеситель 12, охлаждае­мый водой. Под влиянием механических воздействий и темпера­туры в смесителе в тонком зазоре между шнеком и корпусом происходят набухание и частичная девулканизация резины за счет тепла, выделяющегося при деформации резины, и воздейст­вия кислорода, мягчителя и других добавок. Средняя длитель­ность пребывания резины в смесителе не превышает 7 мин, осе­вое усилие, развиваемое шнеком, составляет 1000 кН. Темпера­тура продукта, выходящего из головки смесителя, не должна превышать 190 °С, для чего его корпус охлаждается водой. При дальнейшем прохождении через червячный девулканизатор 14 происходит окончательное разрушение резины, продукт охлаж­дается до 70...80 °С и в таком виде поступает на рафинирующие вальцы 16 и закаточную машину 17, где ему придается товарный вид (пленка, свернутая в рулон наподобие рулона толя или рубе­роида). При этом на вальцах происходит гомогенизация регене­рата и очищение от посторонних включений и недостаточно дест- руктированных частиц резины.


U6




Рис. 9.4. Схема производства регенерата термомеханическим способом:

1 - подвесной конвейер; 2 - моечная машина; 3 - борторезка; 4 - загрузочный конвейер; 5 - ножевая дробилка;

6 - межоперационный конвейер; 7 - двухвалковая дробилка; 8 - инерционный грохот; 9 - магнитный железоотделотель; 10 - емкость с мягчителем; 11 - бункер; 12 - червячный смеситель; 13 - бункер-дозатор; 14 - червячный девулканизатор; 15 - шнековый конвейер; 16 - вальцы рафинирующие; 17 - закаточная машина



В резинотехнической промышленности регенерат применя­ют в составе резиновых смесей для частичной замены каучуков при изготовлении рукавных изделий, прокладок, ремней, обуви и другой продукции.

На основе регенерата получают резиновые клеи с высоким сопротивлением старению и адгезией к различным материалам.

9.3.   Химические способы утилизации резиновых

отходов

При химических способах, к которым относятся пиролиз и сжигание, происходит разрушение не только резины, но и сырья, использованного при ее производстве, т.е. каучуков и других ин­гредиентов.

В результате пиролиза получаются вещества, близкие по со­ставу к продуктам крекинга нефти и являющиеся ценным хими­ческим и энергетическим сырьем.

В зависимости от конструкции технологического оборудо­вания пиролизу могут подвергаться как измельченные резино­вые отходы, так и целые автопокрышки. Пиролиз происходит в отсутствие или при ограниченном доступе кислорода при темпе­ратуре 500.. .1000 °С. От температуры зависит состав продуктов, образующихся при пиролизе. В процессе пиролиза выделяется значительное количество теплоты, так что ее подвод извне к ре­актору необходим только на начальной стадии процесса. Схема пиролитической установки приведена на рис. 9.5.

Изношенные покрышки 1 после мойки поступают в гильо­тину 2, где разрезаются на куски размером 100...400 мм и в та­ком виде подаются в бункер, а оттуда - в загрузочное устрой­ство 3, которым снабжен реактор 4. Загрузочное устройство представляет собой шлюзовую камеру с двумя затворами, пре­дотвращающими попадание в реактор избыточного количества воздуха. Загрузка кусков покрышек в реактор производится циклично. Реактор снабжен топкой 5, в которой для начала процесса сжигается природный газ, а затем, после стабилиза­ции процесса пиролиза, в нее подается образующийся пиролиз­ный газ. В нижней части реактора имеется разгрузочное устрой­ство для выгрузки металлокорда и образующегося кокса.


118





Рис. 9.5. Схема установки утилизации автопокрышек способом пиролиза:

1 - автопокрышка; 2 - гильотина; 3 - загрузочное устройство;

4 - реактор; 5 - топка; 6 - циклон; 7 - холодильник; 8 - дистилляционная колонна;

9-конденсатосборник; 10-теплообменник; 11 - компрессор; 12-дробилка кокса;

13 - магнитный сепаратор


Дисперсные продукты пиролиза (сажа) выносятся из реактора потоком образующегося пиролизного газа в циклон 6, где газ от­деляется от твердых частиц сажи. Из циклона газообразная фракция попадает в холодильник 7, в котором охлаждается про­точной водой. Образующаяся газоконденсатная смесь стекает в дистилляционную колонну 8, где разделяется на фракции с раз­личной температурой кипения, которые собираются в конденсато- сборники 9. Нижняя часть дистилляционной колонны обогревается горячей водой, поступающей из холодильника в теплообменник 10. Часть пиролизного газа, выходящего из дистилляционной колонны, с помощью компрессора 11 поступает на сжигание в реактор. Из­быточный пиролизный газ подается внешним потребителям.

Твердая фаза в виде смеси кокса и металлокорда после вы­грузки из реактора подается в валковую дробилку 12 и разделяет­ся магнитным сепаратором 13. Металлокорд брикетируется и по­ставляется внешнему потребителю для дальнейшего переплава. Измельченный и прошедший грохочение дисперсный кокс грану­лируется с целью получения активного угля.

Характеристики процесса пиролиза шин при различных температурах приведены в табл. 9.1.


119



Таблица 9.1


Выход и теплота ceoi

оания продуктов пиролиза

шин

Продукты, теплота сгорания

Температура пиролиза, °С

500

700

800

Твердые, % мае.

60,5

52,0

44,0

Жидкие, % мае.

30,3

27,9

17.7

Г азообразные, % мае.

6.8

18,2

26,2

Потери, % мае.

2,4

1.9

2,1

Расход энергии, МДж/кг

4,2

5,7

4,6

Теплота сгорания, МДж/кг

-   газообразных продуктов

-   жидких продуктов

-   твердых продуктов

34,018

44,125

35,350

44,095

42,080

33,390

37,768

25,620

31,080

Газообразные продукты пиролиза содержат 48...52 % водо­рода, 25...27% метана и имеют высокую теплоту сгорания (34...44МДж/кг). Они используются как источник энергии. Твердые продукты пиролиза (так называемый шинный кокс) ис­пользуют при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов, фенола, нефтепродуктов. Технический углерод (сажа), получае­мый при пиролизе, используется в качестве активного наполни­теля в производстве резиновых смесей и пластмасс, в лакокра­сочной промышленности. Жидкая фракция продуктов пиролиза резиновых отходов также является высококачественным топли­вом, но может использоваться и в составе резиновой смеси, вы­полняя роль пластификатора.

Существующие промышленные установки для утилизации шин способом пиролиза имеют высокую производительность (30.. .50 тыс. т отходов в год).

Японские специалисты, выполнившие сравнительный эконо­мический анализ различных направлений утилизации изношенных шин, пришли к выводу, что пиролиз наиболее эффективен.

При сжигании автопокрышек происходит полное разруше­ние исходных продуктов с выделением значительного количест­ва тепловой энергии, т.к. резиновые отходы являются высокока­лорийным продуктом. По энергетическому потенциалу автопо­крышка сравнима с высококачественным углем: ее теплотворная способность составляет 30 МДж/кг.


120



В Японии с целью получения тепловой энергии сжигают 200 тыс. тонн шин ежегодно.

В Великобритании для сжигания покрышек используется вер­тикальная циклонная печь с внутренним диаметром 1,8 м, отли­чающаяся непрерывной подачей шин в неподвижную топку, вы­сокой температурой сжигания 1900...2100 °С, а также грануляци­ей жидкого ишака. Производительность такой печи не менее 1 т/ч, время пребывания шины в печи - 2.. .5 мин, номинальная паро- производительность котла-утилизатора - 13,6 тыс. т/год.

Автопокрышки используются в качестве альтернативного топлива в цементных печах. Разработаны автоматизированные системы загрузки в печь изношенных покрышек без измельче­ния. Процесс осуществляется с помощью роликового конвейера с применением весового дозатора, определяющего массу каждой покрышки, что необходимо для правильного дозирования возду­ха и основного топлива, которое осуществляется автоматически с помощью ЭВМ. Использование автопокрышек в количестве до 25 % от массы основного топлива позволяет организовать про­цесс горения практически без выделения угарного газа и обеспе­чить полное сгорание шин. Содержащийся в покрышках метал- локорд оплавляется, окисляется и переходит в виде оксидов в вырабатываемый клинкер (полуфабрикат цемента), что улучша­ет свойства конечного продукта.

Таким образом, существующие способы восстановления и вулканизации изношенных автопокрышек и резинотехнических изделий предоставляют переработчикам широкий спектр воз­можностей как для получения высококачественных восстанов­ленных изделий, так и для производства ценных вторичных ма­териальных и энергетических ресурсов, пользующихся спросом на рынке.

Контрольные вопросы

1.     Дайте классификацию способов утилизации автопокрышек и дру­гих резиновых отходов.

2.     Расскажите о физических способах утилизации автопокрышек и применении резиновой крошки.

3.     Расскажите о производстве регенерата из изношенных автопокрышек.

4.     Расскажите о пиролизе и сжигании автопокрышек.


121



10.   @УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ


Моторные масла являются одним из видов нефтепродуктов, к которым относятся также топлива, смазки и др. Масла подраз­деляются на моторные, трансмиссионные, энергетические и ин­дустриальные. Ассортимент смазок чрезвычайно широк и вклю­чает более 200 марок полужидких, пластичных и твердых мате­риалов. Все нефтепродукты, как правило, являются многоком­понентными системами. В их состав входят различные добавки (антидетонаторы, противостарители, загустители, присадки и др.), которые предназначены для придания нефтепродуктам технических свойств, обеспечивающих их работоспособность в специфических условиях.

Нефтесодержащие отходы и нефтепродукты являются одни­ми из основных загрязнителей окружающей среды.

10.1.    Причины и виды загрязнений моторных масел

При работе масла соприкасаются с металлами, подвергаются воздействию окружающего воздуха, температуры, давления и других факторов. Под их влиянием происходит разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, обуг­ливание (неполное сгорание), разжижение горючим, загрязнение посторонними веществами и обводнение масел. В результате старения образуются такие продукты, как органические кислоты, жиры, сажа, шлам, продукты распада присадок.

При эксплуатации автомобилей в маслах накапливаются ас- фальто-смолистые соединения, коллоидальные кокс и сажа, раз­личные соли, кислоты, а также металлическая пыль и стружка, минеральная пыль, волокнистые вещества, вода и т.д.

Металлические частицы попадают в масло в результате из­носа деталей; минеральные примеси - пыль, песок - засасыва­ются в масляную систему из воздуха, накапливаются в рабо­тающем масле и вызывают интенсивный износ трущихся по­верхностей. Во время работы в двигателях и аппаратах масла об­водняются. Вода проникает в масло из окружающего воздуха, из продуктов сгорания топлива или через неплотности водяных ох­лаждающих устройств.


122



Вода находится в масле в растворенном состоянии, а также образует с ним эмульсию; в зависимости от условий она может частично переходить из одного состояния в другое. С изменени­ем температуры, связанным обычно с изменением режима рабо­ты двигателя, происходит конденсация на поверхности масла влаги, имеющейся в воздухе, иногда в значительном количестве.

При соприкосновении масел с нагретыми частями двигателя происходит их термическое разложение (крекинг), в результате которого образуются легкие летучие и тяжелые продукты. Кро­ме того, масла подвергаются значительным местным перегре­вам, а иногда Частично сгорают.

При работе в двигателях, машинах, аппаратах, при хранении на складах и транспортировании - всюду масла соприкасаются с кислородом воздуха. Контакт с кислородом является главной причиной, вызывающей химическое изменение масла (окисле­ние). При окислении идет разложение ненасыщенных компонен­тов с образованием гудрона.

В процессе окисления изменяются физико-химические свой­ства масла, что приводит к ухудшению его эксплуатационных характеристик. Скорость и глубина окисления, а также характер образующихся продуктов зависят от природы масла, температу­ры, давления воздуха, продолжительности работы масла, вели­чины поверхности соприкосновения с воздухом, от наличия хи­мических соединений, способных каталитически ускорять или замедлять этот процесс, и т.д.

При температуре до 20...30 °С и нормальном давлении про­цесс окисления масла на воздухе идет медленно. С повышением температуры скорость его заметно возрастает. При температурах

270..                   .300 °С и выше наряду с бурно протекающими процессами окисления наблюдается термическое разложение углеводородов с образованием углекислого газа, воды и углистых веществ.

В результате окисления смолистых веществ, содержащихся в масле, получаются нерастворимые в нем продукты типа ас- фальтенов и карбенов.

Чем больше поверхность контакта масла с воздухом, тем бо­лее благоприятные условия создаются для диффузии кислорода внутрь объема масла и, следовательно, для окислительной полиме­ризации и образования таких продуктов, как смолы, асфальтены.


123



Некоторые металлы и образующиеся в процессе работы дви­гателя соли, например, нафтеновых кислот, каталитически уско­ряют окисление масла.

Скорость окислительных процессов возрастает и при нали­чии в масле воды, так как она активирует упомянутые выше ка­тализаторы.

Действие содержащихся в маслах загрязнений на соответст­вующие узлы и агрегаты проявляется в абразивном износе дета­лей, забивании масляных каналов и засорении маслоочистительных устройств, интенсификации коррозионных процессов, повышении склонности масла к ценообразованию, окислению и т.д.

В табл. 10.1 приведены источники загрязнения масла, цир­кулирующего в системе смазки двигателя.

Изменение физико-химических показателей работающих масел, а следовательно, и качество отработанных масел зависят от конструкции двигателя и условий эксплуатации автомобиля.

Отработанные нефтепродукты, согласно ГОСТ 21046-86 «Нефтепродукты отработанные. Общие технические условия», подразделяются на группы:

-         ММО - масла моторные отработанные;

-         МИО - масла индустриальные отработанные;

-         СНО - смеси нефтепродуктов отработанных.

В первую группу входят: отработанные моторные (для авиаци­онных и автомобильных двигателей), трансмиссионные, компрес­сорные, вакуумные масла, а также масла для прокатных станов. Основное направление использования ММО - регенерация.

Во вторую группу входят: отработанные индустриальные масла и рабочие жидкости для гидросистем, газотурбинные, изоляционные, приборные и турбинные масла, масла для ком­прессоров холодильных машин. Основное направление исполь­зования МИО - регенерация.

В третью группу входят: смеси отработанных нефтепродук­тов; нефтяные промывочные жидкости; масла, применявшиеся при термической обработке металлов; нефть и жидкие нефтяные топлива, извлекаемые из очистных сооружений и нефтесодержа­щих вод. Основные направления использования СНО - переработ­ка на нефтеперерабатывающих предприятиях в смеси с нефтью и использование в качестве компонента котельного топлива.


124



Таблица 10.1

Источники загрязнения моторных масел_________________


Вид загрязнения

Источник загрязнения

Минеральные абразивные частицы

Проникают в двигатель при поступлении воздуха и топлива в цилиндры, а также в картер через неплотности заливной горловины

Металлические частицы

Образуются в результате износа двигателя. Наибольший износ деталей может быть при сухом трении, значительный — при граничном трении в момент запуска и остановки двигателя, резком изменении режима работы и неустановившихся нагрузках

Мазеподобные смолистые осадки

Образуются при окислении картерного масла из-за непрерывного соприкосновения с газами, проникающими в картер двигателя

Лаковые отложения

Образуются в виде тонкого слоя при окислении масла на горячих поверхностях юбки поршня и в канавках поршневых колец, частично смываются и попадают в циркулирующее масло

Нагар

Образуется при непрерывном окислении масла под действием высоких температур в процессе работы двигателя на днищах поршней, в камере сгорания, на клапанах и свечах. Частицы нагара проникают в картерное масло при смазке поверхностей цилиндров и поршней

Вода

Водяные пары вместе с газами проникают а картер двигателя и конденсируются

Топливо

Проникает в картер и попадает в масло вместе с газами

Сернистая и серная кислоты

Сернистый газ, образующийся при сгорании j топлива, соединяясь с водяными парами, образует сернистую, а затем и серную кислоты

По свойствам отработанные нефтепродукты должны соот­ветствовать требованиям, приведенным в табл. 10.2.

При утилизации автомобилей отработанные масла переда­ются специализированным организациям для регенерации со­вместно с маслами, собранными при техническом обслуживании автомобилей в процессе эксплуатации.

Организация сбора отработанных нефтепродуктов включает в себя нормирование и планирование сбора, учет количества со­


125



бранных масел, техническое обеспечение их приема, хранения, транспортировки и контроль качества.


Таблица 10.2

Показатели качества отработанных нефтепродуктов__________


Показатели

Нормы для группы

 

ММО

МИО

 

сно

Вязкость кинематическая, мм2/с, не менее:

- при 50 'С

25

5

 

 

- при 100 °С

5

-

 

-

Вязкость условная при 20 'С, Ст. не менее

29

13

 

_

Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ”С, не менее

100

120

 

_

Содержание механических примесей, % мае., не более

2

2

 

3

Содержание воды, % мае., не более

4

4

 

5

Содержание горючего, % мае., не более

6

6

 

Норма сбора отработанных масел - это максимальное тех­нически обоснованное количество отработанных масел, которое может быть собрано при эксплуатации или ремонте техники и оборудования (с учетом естественной убыли, возникающей в процессе сбора, транспортировки и хранения масел).

Нормирование сбора отработанных масел производят для единичных машин, механизмов, двигателей и другого оборудо­вания, а также для участков, цехов, предприятий и объединений.

10.2.   Способы регенерации отработанных масел

Регенерация отработанных масел является одним из источ­ников пополнения масляных ресурсов. Для регенерации отрабо­танных масел применяются технологии, основанные на физиче­ских, физико-химических и химических процессах и заключаю­щиеся в обработке масла с целью удаления из него продуктов старения и загрязнений.

К физическим способам относятся обработка масел в сило­вом поле с использованием гравитационных, центробежных и, реже, электрических, магнитных и вибрационных сил, а также фильтрование, водная промывка, выпаривание и вакуумная дис­


126



тилляция. Эти технологии позволяют удалять из масел твердые частицы загрязнений, микрокапли воды и частично смолистые и коксообразные вещества, а также легкокипящие примеси.

Значительную часть твердых загрязнений и воды из отрабо­танных масел можно удалить отстаиванием. Отстаивание явля­ется одним из наиболее простых физических способов и заклю­чается в выпадении из масла взвешенных частиц под действием силы тяжести, если эти включения имеют достаточные размеры, а их плотность заметно превышает плотность масла. Наиболее прост по аппаратурному оформлению процесс статического от­стаивания в отстойниках периодического действия, однако он протекает медленно. Необходимую эффективность очистки можно достичь путем снижения вязкости масла с помощью по­догрева.

Применение динамических отстойников полунепрерывного и непрерывного действия, оборудованных приспособлениями для сокращения продолжительности отстаивания (горизонталь­ными и наклонными перегородками, коническими тарелками и т.п.), связано со значительным усложнением устройства и об­служивания этих аппаратов, поэтому подобные отстойники по­лучили ограниченное распространение и при регенерации отра­ботанных масел используются редко.

В связи с тем, что процесс отстаивания протекает медленно и часто не обеспечивает необходимой степени очистки отрабо­танного масла, его применяют, как правило, лишь для предвари­тельной очистки масел.

Сократить продолжительность очистки по сравнению с от­стаиванием можно с помощью центробежных сил. Физическая сущность очистки масла в центробежном поле заключается в действии на частицы силы, направленной от центра по радиусу к стенке аппарата. Такая очистка производится в гидроциклонах и центрифугах. В гидроциклоне потоку очищаемого масла прида­ется интенсивное вращательное движение, а аппарат остается неподвижным. В зависимости от схемы движения потока жидко­сти в аппарате гидроциклоны можно разделить на прямоточные и противоточные.

Получившие более широкое распространение противоточ­ные гидроциклоны имеют значительное гидравлическое сопро­


127



тивление, что связано с изменением направления потока масла в них на 180°. Применение спрямляющих устройств несколько снижает гидравлическое сопротивление, но усложняет конст­рукцию аппарата и может снизить эффективность очистки масла из-за изменения гидродинамической структуры потока жидко­сти. Более перспективным является применение прямоточных гидроциклонов, в которых поток жидкости сохраняет свое пер­воначальное направление. Однако эффективность очистки масла в аппаратах этого типа несколько ниже, чем у противоточных гид­роциклонов, что обусловлено уносом некоторого количества твер­дых частиц и микрокапель воды потоком очищаемого продукта.

Достоинства гидроциклонов - отсутствие движущихся час­тей, компактность, простота обслуживания, невысокая стои­мость. Однако скорость движения частиц в гидроциклонах ниже, чем в центрифугах, поэтому мелкие частицы улавливаются с не­достаточной полнотой. Конструкции центрифуг, применяемых для очистки масла, весьма разнообразны.

Центрифуги выполняются трубчатыми (с полым цилиндри­ческим ротором), в которых центрифугирование осуществляется в толстом слое, и камерными (с цилиндрическими, коническими, спиральными, радиальными вставками, делящими ротор на от­дельные камеры), в которых центрифугирование происходит в тонких слоях.

Для обезвоживания масла применяются главным образом трубчатые центрифуги. Вместе с тем трубчатые центрифуги не обеспечивают достаточно высокую степень чистоты масла, а центрифуги с коническими тарелками могут, как правило, ус­пешно выполнять только одну из двух необходимых операций - удалять из масла твердые частицы или отделять от него воду. Чтобы обойтись без последовательной установки двух центри­фуг, за рубежом разработана система ALKAR, включающая на­ряду с центрифугой автоматические устройства для одновре­менного удаления из корпуса очистителя как твердых загрязне­ний, так и воды.

Камерные центрифуги более эффективны при удалении твердых частиц, так как при центрифугировании в тонкослой­ных камерах им требуется пройти значительно меньший путь,


128



чем в толстом слое в роторе, а проскальзывание масла относи­тельно ротора в этих устройствах проявляется гораздо сильнее.

Для очистки масла от твердых частиц могут применяться также электроочистители. Преимуществами очистки и обезво­живания отработанных масел в электроочистителях являются небольшие размеры этих аппаратов, отсутствие у них движу­щихся частей, постоянство пропускной способности и перепада давления, возможность автоматизации процесса очистки. Одна­ко электроочистители имеют довольно сложную конструкцию, энергоемки и требуют высокой квалификации обслуживающего персонала.

Среди загрязняющих отработанное масло частиц значитель­ную часть составляют ферромагнитные частицы, образующиеся в процессе работы двигателя. Для их удаления из масла приме­няют магнитные очистители, работа которых основана на ис­пользовании магнитного поля, создаваемого постоянными маг­нитами. Они улавливают частицы размером от 0,4 мкм. Для мак­симальной эффективности процесса очистки необходимо со­вместить направления движения очищаемого масла с направле­нием силовых линий магнитного поля и обеспечить ламинарный характер потока жидкости.

Очистка минеральных масел фильтрованием происходит путем отделения взвешенных в масле твердых частиц при про­хождении через пористый фильтрующий материал. Фильтрова­ние при постоянном перепаде давления осуществляется при по­даче масла объемными насосами. В качестве фильтровальных материалов, применяемых для очистки масел, применяют бума­гу, картон, войлок, различные волокнистые маты, ткани, волок­на, проволочные сетки.

При регенерации отработанных масел применяются фильт­ры как периодического, так и непрерывного действия.

К фильтрам непрерывного действия относятся ленточные, барабанные и дисковые вакуум-фильтры, а также фильтр­прессы.

Фильтр-прессы применяются при кислотно-контактной очи­стке для удаления отбеливающих глин.

Фильтрование применяется также и при обезвоживании нефтепродуктов, для чего используют фильтры-сепараторы, в конструкции которых имеются три последовательно установ­


129



ленных перегородки — фильтрующая, коагулирующая и водоот­талкивающая.

Фильтрующая перегородка задерживает твердые частицы. Коагулирующая перегородка служит для укрупнения микрока­пель воды до размеров, при которых происходит их выпадение из потока нефтепродукта. Водоотталкивающая перегородка пре­дотвращает проскок отдельных капель воды, прошедших через коагулирующую перегородку и не выпавших в отстойник.

Недостатки фильтров-сепараторов - резкое снижение эф­фективности водоотделения при повышении вязкости и плотно­сти нефтепродукта и при наличии в нем поверхностно-активных веществ, а также трудоемкость замены фильтрэлементов, выра­ботавших свой ресурс работы.

Наряду с рассмотренными способами очистки для регенера­ции отработанных масел могут применяться комбинированные способы, основанные на одновременном использовании двух или нескольких силовых полей, а также сочетании силовых по­лей и пористых перегородок.

Совместное действие силовых полей с фильтрованием через пористые перегородки достигается применением гидродинами­ческих фильтров, фильтрующих центрифуг, магнитных и вибра­ционных фильтров. В гидродинамическом фильтре совмещается действие гидродинамических (инерционных) сил потока масла с фильтрованием. Этим обеспечивается самоочистка фильтрую­щей перегородки в процессе работы. Инерционные силы, дейст­вующие на твердую частицу, возникают при перемещении пото­ка жидкости вдоль фильтрующей перегородки или при принуди­тельном движении перегородки относительно потока жидкости.

Гидродинамические фильтры с неподвижным фильтрующим элементом, в которых инерционные силы возникают за счет по­тока очищаемого масла, просты по конструкции и в эксплуата­ции, но в них некоторая часть очищаемого масла отводится вме­сте с загрязнениями на сброс, причем, чем выше тонкость очист­ки, тем больше потери масла. Перемещение фильтрующей по­верхности относительно потока масла позволяет избежать по­терь очищаемого продукта, однако при этом усложняется конст­рукция очистителя и возникает потребность в приводе (механи­ческом, электромагнитном и т.д.).


130



Эффективность гидродинамических фильтров может быть повышена за счет комплектации их электроосадительным уст­ройством, создающим электрическое поле в отстойной части корпуса фильтра.

Совмещение действия центробежного поля с фильтрованием осуществляется в фильтрующих центрифугах, у которых стенка ротора имеет перфорацию. Перепад давления на фильтрующей перегородке в этих устройствах создается центробежной силой, а задержка частиц загрязнений осуществляется фильтрующим материалом.

В магнитных фильтрах совмещены фильтрующие элемен­ты, задерживающие немагнитные частицы, с постоянными маг­нитами для очистки масла от загрязнений ферромагнитного про­исхождения. При этом обычно фильтрующие элементы предо­храняют поверхность магнита от попадания на нее продуктов окисления масла. Эти устройства применяются при регенерации отработанных масел, содержащих большое количество металли­ческих частиц.

Водная промывка применяется для удаления из масла водо­растворимых низкомолекулярных кислот, солей органических кислот, образующихся при щелочной очистке отработанных ма­сел, а также иногда для частичного удаления из масел углеводо­родных загрязнений в виде кокса. Несмотря на простоту процес­са водной промывки, затруднено поддержание рабочей темпера­туры масла и последующее отделение воды от него.

При обезвоживании масел выпариванием в резервуарах без давления отработанные масла нагревают до 70...80°С, выдер­живают при этой температуре несколько часов, затем нагревают до 110°С.

Этот способ требует обеспечения резервуаров обогреватель­ными устройствами (трубчатыми, змеевиковыми, секционными и т. п.), энергоемок и продолжителен по времени.

Обезвоживание масла можно вести способом массообмена с сухим воздухом путем его барботажной продувки через слой об­водненного продукта, для чего используются проложенные на дне резервуара перфорированные трубы.

Отработанные моторные масла могут содержать тяжелые фракции горючего, которые удаляются путем испарения при ва­куумной отгонке. Из них получают масляные дистилляты, ис-

ш



пользуемые затем в качестве сырья для создания масляных ком­позиций. Перегонка ведется в вакуумной колонне или в колонне с использованием тонкопленочного испарителя. Остаточное давление составляет 8... 12 кПа, температура поддерживается в пределах 218...260 °С на первой стадии и 325...345 °С на вто­рой. Достоинствами этого способа регенерации являются высо­кое качество получаемого продукта, максимальное использова­ние сырья, возможность применения стандартного оборудования нефтепереработки и простота регулирования технологического режима. Его применяют при крупнотоннажной переработке отра­ботанных масел в условиях специализированного производства.

К физико-химическим способам относятся коагуляция, ад­сорбция и селективное растворение содержащихся в масле за­грязнений. Разновидностью адсорбционной очистки является ионно-обменная очистка.

Наиболее широкое распространение получил процесс коагу­ляции, т.е. укрупнения частиц загрязнений, которое достигается при использовании в качестве коагулянтов неорганических и ор­ганических электролитов и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Указанные соединения полностью удаляют из отрабо­танного масла мелкодисперсные механические примеси, нерас­творимые в масле продукты старения и воду, вызывают сниже­ние кислотного числа, зольности, коксуемости масел.

Наиболее эффективным коагулянтом является метасиликат натрия. Оптимальная концентрация его водного раствора - 30 %, а расход составляет 5 % от массы очищаемого масла.

Для повышения качества масла после обработки коагулян­тами осуществляют его адсорбционную очистку, которая заклю­чается в том, что загрязняющие масло продукты адсорбируются гранулами адсорбента, имеющими высокоразвитую поверх­ность. В качестве адсорбентов применяются вещества природно­го происхождения (отбеливающие глины, бокситы, природные цеолиты) и полученные искусственным путем материалы (сили­кагель, алюмогель, синтетические цеолиты).

Адсорбционная очистка может осуществляться перколяци- онным и контактным способами.

Перколяционный способ, при котором масло пропускается через адсорбент, позволяет снизить его расход в сравнении с


132



контактным способом, предусматривающим перемешивание масла с измельченным адсорбентом. Контактный способ полу­чил более широкое распространение из-за простоты применяе­мого оборудования. К недостаткам этого способа следует отне­сти необходимость утилизации большого количества адсорбента после очистки масла.

Ионно-обменная очистка основана на способности ионитов (ионно-обменных смол) задерживать загрязнения, диссоции­рующие в растворенном состоянии на ионы. Процесс очистки можно осуществлять контактным способом при перемешивании отработанного масла с зернами ионита размером 0,3...2,0 мм или перколяционным способом при пропускании масла через заполненную ионитом колонну. В результате ионообмена под­вижные ионы в пространственной решетке ионита заменяются ионами загрязнений. Ионообменная очистка позволяет удалить из масла кислотные загрязнения, но не обеспечивает задержки смолистых веществ.

Селективная очистка отработанных масел основана на рас­творении загрязняющих компонентов в селективных раствори­телях, в качестве которых применяют фурфурол, фенол и его смесь с крезолом, нитробензол, ацетон и другие жидкости. Смесь, полученную в результате обработки масла селективным растворителем, разделяют на две фазы - рафинад (чистое масло, содержащее небольшие примеси растворителя) и экстракт (рас­творитель с содержащимися в нем загрязнениями). Затем произ­водится отгонка растворителя из рафинада и экстракта для по­вторного использования. Селективная очистка может прово­диться в аппаратах типа смеситель-отстойник в сочетании с ис­парителем для отгонки растворителя (ступенчатая экстракция) или в двух колоннах. В этом случае для удаления из масла за­грязнения используют экстракционную колонну, а для отгонки растворителя - ректификационную.

Химические способы очистки основаны на химическом взаимодействии веществ, загрязняющих отработанные масла, с вводимыми в эти масла реагентами. При этом в результате хи­мических реакций образуются соединения, легко удаляемые из масла. К химическим способам относятся кислотная и щелочная


133



очистка, гидрогенизация, а также осушка и очистка от загрязне­ний с помощью оксидов, карбидов и гидридов металлов.

Кислотная очистка масла концентрированной серной ки­слотой позволяет удалить из масла асфальто-смолистые соеди­нения и другие продукты старения (карбоновые и оксикислоты, фенолы и т. д.). Одновременно с химическими реакциями между серной кислотой и продуктами окисления масел происходит рас­творение в ней некоторых загрязняющих масло веществ (напри­мер, нафтеновых кислот). Для регенерации минеральных масел обычно используется серная кислота концентрацией 93...96 %.

Щелочная очистка применяется после кислотной для ней­трализации веществ кислого характера (сульфосоединений, наф­теновых кислот, остатков серной кислоты), а также в качестве самостоятельного процесса для нейтрализации органических ки­слот (нафтеновых, оксикарбоновых и др.), образовавшихся в ре­зультате старения масла. При этом образуются водорастворимые соли, удаляемые из масла путем отстаивания. Для регенерации масел используется обычно 2... 10 %-ный раствор едкого натра,

10..                                       .20%-ный раствор кальцинированной соды или тринатрий- фосфата, иногда применяют гашеную известь. Температура под­держивается в пределах 70...80 °С. Отстаивание водного раство­ра щелочи и продуктов реакции длится 12... 16 ч.

10.3.    Промышленные установки для регенерации отработанных масел

В промышленности используются комплектные установки для регенерации отработанных моторных масел, в которых соче­таются различные способы восстановления качества масел до требований стандартов.

Среди них есть промышленные стационарные установки с большой производительностью и небольшие установки, предна­значенные для очистки масел на транспортных и промышленных предприятиях.

В ряде случаев целесообразна очистка сравнительно не­больших количеств отработанных масел непосредственно на месте образования с целью повторного их использования. Такая очистка целесообразна в тех случаях, когда ресурс работы при­садок не выработан, а масло требует только очистки от загрязне­


134



ний. Для этих целей могут быть использованы малогабаритные передвижные установки небольшой мощности УМЦ-901А и СОГ-904А.

Установка УМЦ-901А применяется для тонкой очистки ма­сел от механических примесей.

Установка СОГ, схема которой показана на рис. 10.1, при­меняется для очистки масел, гидравлических и моющих жидко­стей при их регенерации на предприятиях и нефтебазах.


Рис 10.1. Схема установки СОГ-904А:

1 - внешний бак; 2 - всасывающий бачок; 3 - всасывающий шланг при работе от внешнего бака; 4 - змеевик регулирования температуры; 5 - корпус;

6 - приемный штуцер; 7 - напорный шланг;

8 - кран отбора проб; 9 - крышка для установки промываемых агрегатов;

10 - выпускной кран; 11 - панель управления; 12 - бак;

13 - центрифуга; 14 - съемная панель; 15 - тележка;

16 - кран для работы из бака 12; 17 - сливная пробка


Для очистки больших количеств отработанных масел ис­пользуют комплектные стационарные установки.

Установка УРММ-50, предназначенная для регенерации мо­торных масел, позволяет также перерабатывать в полноценные продукты индустриальные и турбинные отработанные масла. Работа установки основана на последовательном сочетании спо­


Подстыковка промываемого



17


16


135



собов коагуляции, отстаивания, фильтрации и адсорбции. В ее состав входит следующее оборудование: емкость для приготов­ления коагулянта, мешалка-отстойник, фильтр-водоотделитель, фильтры грубой и тонкой очистки масла, насосы, расходные и накопительные емкости.

Установка УРМ-100М предназначена для регенерации лю­бых масел, за исключением масел для компрессоров холодиль­ных машин. Технология регенерации масел на этой установке включает коагуляцию, отстаивание, выпаривание, фильтрацию. Установка УРМ-ЮОМ имеет узел подготовки и дозирования в регенерированное масло необходимых присадок. В состав уста­новки входят мешалка-отстойник, электропечь, испаритель, хо­лодильник, вакуум-насос, фильтр-пресс, накопительные и рас­ходные емкости (в том числе емкость-мешалка для присадок и насос-дозатор), а также ряд насосов.

При переработке отработанных моторных масел по заво­дской технологии из них удаляют все присадки. Из смеси сильно загрязненных отработанных масел можно получить около 70 % полностью восстановленного масла.

Для получения регенерированных масел разработана уста­новка УПТМ-8К (рис. 10.2).

В процессе работы установки отработанное масло насосом 2 через фильтр грубой очистки 1 и теплообменник 27 подается в электропечь 16, в которой нагревается до 200 °С и далее подает­ся в испаритель 17, где из масла удаляются вода и легколетучие фракции. Далее масло насосом 26 подается в смеситель 14, куда из емкости приготовления коагулянта 10 насосом 13 подается 20 %-ный раствор коагулянта в количестве 2...3 % производи­тельности установки. Перемешанное с коагулянтом масло по­ступает в автоклав-отстойник 15, где происходит процесс от­стаивания продукта и удаления коагулированных частиц.

Затем из автоклава-отстойника масло подается во второй испаритель 23 для удаления следов воды. С нижней его части масло насосом 24 через теплообменник 27 и холодильник 28 по­дается в контактную мешалку 6, а затем в фильтр-пресс 9 для проведения контактной доочистки отбеливающей глиной и удале­ния механических примесей с размером частиц более 1...2 мкм. Очищенное масло поступает в двухсекционную емкость 5, отку-


136