Tehnologii de asigurare și metode de verificare a etanșeității în construcția cablajelor auto [304803]

MINISTERUL EDUCAȚIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA DE STAT „ALECU RUSSO” [anonimizat]: „Tehnologii de asigurare și metode de verificare a etanșeității în construcția cablajelor auto”

Teză de licență

A elaborat student: [anonimizat] 41Z:

Dinescu Victorr

Coordonator științific:

conf., dr._Balanici Alexandru

Bălți, 2018

NOȚIUNI GENERALE DESPRE ETANȘEITATE

Ce este etanșeitatea

Conform dicționarului explicativ etanșeitatea este proprietate a unui aparat, a unui recipient de a fi etanș. [anonimizat], nepermițând să pătrundă sau să iasă un fluid. [anonimizat] [1].

[anonimizat]-[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], etc. Procedura de verificarea etanșeității este de obicei un pas în controlul calității pentru a [anonimizat], un test care se face o [anonimizat] [2].

Etanșările sunt părți componente ale unui ansamblu care îndeplinesc următoarele funcții:

separa spații în care se află fluide la presiuni diferite;

împiedică pătrunderea în zonele cuplelor de frecare sau a unor organe active ale circuitelor hidraulice, a impurităților ([anonimizat], gazoși).

împiedică scăpările de lubrifiant.

Principalele tipuri de etanșări sunt:

etanșări fixe cu garnituri plate de forma inelară sau de forma adaptată suprafeței de etanșare. Etanșări cu inele O (fig. 1.1) se realizează prin comprimarea între suprafețele pieselor de etanșat a unor inele toroidale din cauciuc montate în locașuri de secțiune dreptunghiulară sau triunghiulare. Ceste inele sunt standardizate în STAS 7320

Fig. 1.1 O-Ring

etanșările mobile pentru mișcarea de translație sunt etanșări cu inele U sau X (fig. 1.2). Acestea sunt printre cele mai importante etanșări folosite în acționările hidraulice și pneumatice. Principalul rol al acestora este de a [anonimizat], prevenind scăparea fluidului din cilindru. Inelele X sunt garnituri cu dublă acțiune datorită celor 4 buze, [anonimizat], ceea ce asigură un grad înalt de stabilitate pentru aplicații dinamice. [anonimizat] o forță liniară de-a lungul circumferinței. [anonimizat] a [anonimizat] o etanșare tot mai bună. Presiunea de lucru se află între 50 și 400 bari. Materialele, forma și respectiv modalitatea de amplasare a [anonimizat] o [anonimizat] mult pe rezistenta la uzură [3].

Fig. 1.2 X-Ring

Garniturile de etanșare se confecționează din:

cauciuc acrilonitril-butadian (NBR) – este cel mai des utilizat în domeniul etanșărilor datorită proprietăților fizice și mecanice bune; duritatea variază între 75 și 90 Shore, este rezistent la compresiune, la medii agresive, la majoritatea uleiurilor precum și la emulsiile acestora cu apă. Temperaturile uzuale la care acestea se folosesc variază între -30°C și +120°C [4];

țesături din materiale textile sau materiale fibroase impregnate cu elastomeri. Acestea au avantaje față de elastomerii puri, cum ar fi: stabilitate dimensională, rezistentă la uzură, tendința scăzuta spre bombare etc.;

poliuretan; printre cele mai importante caracteristici se disting: rezistența crescută la întindere, rezistența bună la uzură, proprietățile nu sunt influențate de uleiuri, au o bună flexibilitate pentru o gamă de temperaturi între -30°C și +100°C;

politetrafluoretilena (PTFE); se remarcă prin rigiditate ridicată și caracteristici de alunecare foarte bune, cu un coeficient de frecare mic (chiar sub 0,02) și rezistență la temperatură.

Etanșările fără contact sunt: etanșările cu labirinte, cu fante, cu canale circulare, cu inele de centrifugare etc.

Etanșările fără contact se utilizează în cazul unor viteze periferice foarte ridicate, de exemplu la lagărele motoarelor electrice de mare putere și turație, la lagărele turbinelor etc. Etanșarea se obține prin realizarea unui intrestițiu, de dimensiuni mici între piesele în mișcare relativ. Prezintă avantajul ca nu produc în mod practic nici uzură și nici frecare, durabilitatea lor putând fi considerată nelimitată. Ele se pot folosi atât pentru unsoare cât și pentru ulei. Fantele, canalele și labirintii trebuie umpluți cu unsoare consistentă indiferent de natura lubrifiantului. Principalele tipuri precum și dimensiunile lor sunt standardizate în STAS 7297 [5,6].

Domenii de utilizare

Etanșeitatea este foarte necesară pentru a obține produse care corespund standardelor de calitate și securitate. De obicei, proprietatea aceasta este asigurată instalațiilor ce lucrează în medii agresive.

Termenul de etanșeitate este utilizat pe larg în diferite domenii:

industria constructivă;

industria chimică și alimentară;

industria petrochimică și rafinării;

industria farmaceutică și a instalațiilor sanitare;

industria constructoare de mașini.

Etanșeitatea clădirilor crește eficiența energetică, asigură confort termic și protecția construcției.

Fig. 1.3 Fluxul de aer într-o construcție

Protecția construcției

Etanșarea protejează materialele de construcție împotriva deteriorărilor cauzate de umiditate ajutând la mărirea duratei de viața a clădirii.

Pierderile de aer constituie o cauză posibilă de deteriorări ale structurii construcției. Atunci când aerul cald și umed pătrunde prin neetanșeitățile anvelopei către exterior (fig. 1.3), el intră în contact cu suprafețe mai reci, pe care poate condensa.

Condensul format creează condiții favorabile pentru dezvoltarea mucegaiurilor și altor microorganisme.

Creșterea eficienței energetice

Doar când construcția este etanșă aerul cald poate fi reținut în locuință și aerul rece păstrat la exterior.

Eliminarea fluxurilor de aer necontrolate mărește eficiența energetică a clădirii, ceea ce conduce la reducerea cheltuielilor de încălzire.

Dacă anvelopa clădirii nu este etanșă, cantități semnificative de energie se pot pierde datorită aerului exfiltrat.

Îmbunătățirea etanșeității reprezintă un potențial important pentru economisirea de energie: 20-60 %, dar poate să fie și mai mult.

Confort termic

Menținerea confortului termic pentru locatarii unei clădiri este unul din cele mai importante obiective pentru ingineri în realizarea planurilor pentru încălzire, ventilație, aerisire și anvelopa clădirii.

Factorii care determină confortul termic sunt: temperatura aerului din interior și exterior, mișcarea aerului, umiditatea relativă.

Controlul umidității – starea de bine a corpului uman se menține la o umiditate relativă de 40-60 % (la o temperatură a aerului de 20°C). Controlul umidității relative în clădiri se poate realiza numai în cazul în care avem o anvelopă etanșă și un sistem de ventilație controlată.

Izolare fonică – un beneficiu neașteptat a clădirilor etanșe este îmbunătățirea fonoizolației. Zgomotul intră și prin orificiile mici a anvelopei, o anvelopă etanșă înseamnă și o clădire silențioasă.

Cu o anvelopă etanșă contribuim la îndepărtarea dăunătorilor în casă [7].

În industria alimentară, chimică și farmaceutică este necesar de a păstra produsele la o anumită temperatură folosind camere frigorifice. În industria de răcire și congelare, componentele și sistemele trebuie să fie etanșe pentru a asigura ca scăpările agentului care face răcirea sunt sub limitele admise [2].

Industria petrochimică folosește recipiente și furtuni de conexiune care se află sub presiune ridicată. În acest caz este importantă etanșeitatea acestor instalații pentru a evita scurgeri de produse petroliere în mediul ambiant.

Pentru a asigura confortul, calitatea și durabilitatea automobilului este necesar de a asigura etanșeitatea părților componente ale acestuia. Sistemul neuronic împreună cu blocul de siguranțe electrice ale automobilului trebuie să funcționeze perfect pentru a evita defectări ale dispozitivelor de bort și chiar accidente. Acesta trebuie să fie perfect etanș față de factorii mediului ambiant. Pentru asigurarea confortului este necesară izolarea termică și fonică a caroseriei cu anvelope etanșă. Farurile automobilului trebuie să asigure o iluminare bună, iar pentru aceasta în interiorul lui nu trebuie să pătrundă particule de praf și apă pentru a nu distorsiona razele de lumină. Motorul este una din părțile cele mai importante și supuse sarcinilor mari. Garniturile de etanșare trebuie să împiedice amestecul de fluide în interiorul blocului motorului și să asigure durabilitatea acestuia care permanent se află sub diferențe mari de presiune.

Clase de etanșeitate

Clasa de etanșeitate a unei clădiri se determină în funcție de numărul de schimburi de aer la o diferență de presiune de 50 Pa. Acest număr de schimburi se stabilește în baza debitului de aer care se scurge din clădire exprimat în m3/h [8].

Tabelul 1.1 Clasele de permeabilitate a construcțiilor

Carcasa unui echipament electric poate fi apreciată din punct de vedere a etanșeității după gradul specific de protecție IP. Acesta indică nivelul de protecție împotriva:

accesului la elementele periculoase din interiorul carcasei,

pătrunderii corpurilor solide străine,

efectelor dăunătoare ale pătrunderii apei.

Este determinat atât pentru carcasele echipamentelor electrice, cât și neelectrice.

O valoare a gradului de protecție IP adaptată în mod corespunzător la condițiile de exploatare are o importantă influență asupra siguranței utilizării echipamentului. În condiții casnice, pot fi folosite aparatele de măsură mai ieftine, cu un grad de protecție redus.

O clasă de etanșeitate ridicată este necesară într-un mediu mai puțin prietenos:

pentru persoanele care lucrează în exterior, expuse la acțiunea factorilor atmosferici, de exemplu electricieni, inspectori în construcții sau responsabili cu inspecția tehnică etc.

pentru persoanele care lucrează într-un mediu cu un nivel ridicat de praf și/sau acțiune a apei, de exemplu în prelucrarea lemnului, construcții etc.

Conform clasei de etanșeitate IP, corpurile străine sunt diferite tipuri de bucățele, pulberi și fibre. Protecția împotriva pătrunderii apei se referă exclusiv la apă, nu și la alte tipuri de lichide precum solvenți, benzine etc.

Un marcaj corect este compus din două litere și două cifre, de exemplu IP 67. Prima cifră indică gradul de protecție împotriva atingerii elementelor din interiorul echipamentului și a pătrunderii corpurilor solide în interior. A doua cifră indică gradul de protecție împotriva pătrunderii apei[9].

Tabelul 1.2 Gradele de protecție ale echipamentelor electrice împotriva atingerii și corpurilor străine

Gradele de protecție ale echipamentelor electrice împotriva apei

Metode și utilaje folosite

Pentru asigurarea etanșeității unei instalații este necesar de a verifica dacă aceasta este bine izolată prin diferite metode. Există 3 funcții de bază ale verificării etanșeității:

1. Determinarea etanșeității (daca sunt sau nu scăpări);

2. Măsurarea ratei scăpărilor;

3. Localizarea scăpărilor.

Exista multe metode și echipamente de testare a acestor trei probleme, dar din păcate nu există o singură tehnică ce se poate aplica în toate cele trei situațiile. În majoritatea situațiilor, acolo unde este necesară determinarea etanșeității, determinarea cu precizie a ratei scăpărilor nu este necesară, dar sistemul trebuie să fie capabil de a recunoaște dacă scăparea este sau nu sub un anumit nivel.

Această limită de referință depinde de valoarea maximă acceptabilă a scăpărilor, în concordanță cu speranța de viață realistică a produsului, și în special cu legile și reglementările privind acest aspect.

Sunt disponibile mai multe tehnici de verificare a etanșeității, de la abordări foarte simple la sisteme complexe. Metodele de testare cele mai frecvent utilizate sunt:

metoda bulelor sub apa,

metoda vopselei cu bule,

metoda presiunii și a degradării vidului

metoda gazului trasor (halogen, heliu și hidrogen).

Primele trei tehnici, datorită caracteristicilor acestora, pot fi utilizate numai pentru detectarea pierderilor masive (300g/an sau mai mult). Metodele de testare cu gaz trasor sunt mult mai precise decât grupul precedent, dar, în multe cazuri, sensibilitatea teoretică a acestora este mai mult decât ce este necesar.

Metoda cu bule în lichid (apa), denumită și „test cu bule”, „scufundare” sau „înmuiere”, este o tehnică tradițională și primitivă de testare a etanșeității. Aceasta constă în imersia unui sistem sau piese care a fost presurizată, de obicei cu aer (uscat) la presiuni mari sau azot, într-un rezervor cu apă și vizualizare dacă scapă bule. Cu cât bulele sunt mai mari și mai frecvente, cu atât scăparea este mai mare. Sunt posibile și scăpări mici, dar sunt greu de detectat.

Principala limitare a acestei metode este sensibilitatea, care se află la limita minimă detectabilă. Având în vedere o bula sferică de raza R, volumul acesteia este:

Fie p presiunea din interiorul bulei și t timpul necesar pentru a se forma prima bula, debitul de scăpări Q devine:

Cei doi parametri cheie care determină sensibilitatea acestei metode sunt cea mai mică bulă detectabilă de către operator și timpul de așteptare pentru generarea de bule. Timpul acesta trebuie să fie compatibil cu rata de producție și cu atenția operatorului.

Este rezonabil să considerăm ca cea mai mică bulă ce ar putea fi detectată de un operator are raza de 1 mm și ca timpul de așteptare este de 30 de secunde. Presupunând ca presiunea din interiorul balonului este aceeași cu presiunea atmosferică, se poate afirma din ecuațiile anterioare ca volumul bule este:

și, prin urmare, debitul de scăpare minim detectabil este:

Aceasta este o valoare teoretică. Sensibilitatea reală este puternic influențată de mai mulți factori externi, cum ar fi condițiile de iluminare, turbiditatea apei, locația rezervorului și mișcarea apei.

Testarea cu bule cu emulsie de apă și săpun sau detergenți. Pentru aceasta metoda, în loc de scufundarea piese în apă, unitatea ce trebuie a fi testată este presurizată și pulverizată cu o soluție de săpun, iar operatorul este capabil de a vedea bulele formate de scăpări de gaz.

Soluțiile de săpun sau detergent sunt disponibile în mai diverse tipuri. Unele au un aplicator pensulă, iar altele au un tampon (o bilă absorbantă atașată la un fir rigid în interiorul capacului). Există branduri care au chiar și un aplicator de pulverizare pentru a acoperi rapid zone mari într-un interval scurt de timp. Acesta este un avantaj, dar de asemenea face mizerie și este consumatoare de timp pentru a curăța.

Metoda scăderii de presiune a gazului consta în presurizarea sistemului cu un gaz de înaltă presiune, de obicei aer sau azot uscat. Apoi piesa este izolată de la alimentarea cu gaz și, după o perioadă de stabilizare, presiunea internă a sistemului este monitorizată în timp. Diferența de presiune este măsurată în timp. Dacă presiunea din sistem scade rapid, există o scăpare mare prezentă în acea componență sau secțiune a sistemului. Dacă presiunea sistemului scade încet, există o scăpare mică. Dacă presiunea rămâne același, acest component/sistem este etanș. Debitul de scăpări Q poate fi ușor de calculat luând în considerare volumul V al componentei:

Metoda vidului sau de creștere a presiunii funcționează în sens invers a testului de scădere a presiunii. Aceasta metodă implică aducerea sistemului la presiuni scăzute și în mod adecvat, după stabilizarea presiunii, măsurarea creșterii presiunii cauzate de mediul exterior ce pătrunde în sistem. Numai piesele care sunt capabile să reziste la presiuni externe pot fi testate în acest fel (de exemplu, piesele cu pereți subțiri din material plastic nu pot fi testate din cauza pericolului de colaps).

Testarea cu gaz trasor descrie un grup de metode de testare caracterizate prin detectare și măsurarea cantității un gaz trasor care curge printr-o scăpare. Aceste tehnici diferă prin tipul gazului trasor utilizat și prin tehnologia de realizare.

Există două modalități de a efectua teste de etanșeitate cu gaz trasor: detectarea externă a gazului trasor care a scăpat prin scăpări dintr-o unitate plină (metoda în interior-înafară), și de detectare a internă a gazului trasor ce intra prin scăpări (metoda afară-înăuntru). Pentru fiecare dintre aceste două metode sunt două tehnici de realizare. Metodele interior-înafară pot fi executate cu detectoare atmosferice sau cu detectare cameră de vid, în timp ce metoda exterior-înăuntru este pusă în aplicare, în general, prin punerea sistemului de testat într-o incintă care conține gazului trasor sau, foarte rar, pulverizarea gazului trasor pe suprafața sistemului/componentei.

Gazele trasoare cele mai folosite sunt halogenii, heliul și un amestec de azot 95% și hidrogen 5%. În ciuda simplității dispozitivelor de detectare electronice, halogenii își pierd faima lor ca un gaz trasor, din cauza normelor de protecție a mediului. Pe de altă parte, heliul și mai ales amestecul hidrogen/azot câștigă din ce în ce mai mult interes.

Heliul a fost folosit cu succes ca un gaz trasor pentru mult timp datorită proprietăților sale fizice. Nu este nici toxic, nici inflamabil, este un gaz inert și nu reacționează cu alți compuși. Heliul are vâscozitate redusă și masa moleculară relativă, așa că trece cu ușurință prin fisuri și pori. În aceleași condiții de mediu, el curge prin orificii de 2,7 ori mai rapid decât aerul.

Deoarece concentrația sa în aer este scăzută (5 ppm), este ușor de a detecta o creștere a concentrației de heliu. Cu toate acestea, există unele deficiente. Heliul se dispersează lent în atmosferă, deci, în cazul scăpărilor mari, concentrația ridicată va contamina zona pentru o lungă perioadă de timp, chiar ore. De asemenea, heliul este destul de scump, chiar dacă este mai puțin costisitor decât gazele cu halogen. Detectorul de heliu cel mai potrivit este bazat pe un spectrometru de masă, care este un aparat scump și delicat care necesită multă îngrijire și întreținere, fiind mai adecvat pentru un laborator decât pentru industria prelucrătoare.

Un gaz trasor relativ nou este amestecul de azot și hidrogen 95%-5%. Hidrogenul are un număr de proprietăți care îl fac un excelent de gaz trasor pentru testarea etanșeității, chiar și în mediile de producție. Acesta este cel mai ușor element, cu viteza moleculară mai mare și vâscozitate mai mică decât orice alt gaz, astfel încât este ușor pentru a umple, evacua și disipa. Se găsește și trece printr-o scăpare mai repede, este mai de aerisit și moleculele sale nu rămân la suprafață la fel de ușor ca atomii de heliu. Acesta este ecologic și din surse regenerabile [2].

Etanșeitatea clădirilor este măsurată deseori prin metoda „blower door” sau testul ușilor suflante. Metoda blower door se folosește pentru analiza construcțiilor de orice dimensiune, pentru verificarea calității lucrării. Lucrările de pregătire și procedura verificării sunt conform standardului EN 13829 și ISO 9972. Aceasta se face conform schemei din fig. 4.1.

Fig. 1.4 Schema de principiu pentru determinarea etanșeității construcției

În tocul ușii (nu neapărat principală) se montează cu ajutorul unui cadru reglabil o membrană în care este introdus ventilatorul calibrat. Ventilatorul, membrana și manometrul digital (instrumentul de măsură) formează împreună sistemul blower door.

Ventilatorul introduce aer (presurizare) sau scoate aer (depresurizare) din imobil, creând o diferență de presiune între exterior și interior (valoarea standard de referință este 50 Pa. Se măsoară cantitatea de aer transportat într-o oră. Când avem această diferență de presiune se pot detecta punctele de infiltrații, folosind mașina de fum, anemometru sau prin termografiere (termografierea se poate folosi numai dacă este o anumită diferență de temperatură între exterior și interior) [10].

UTILIZAREA NOȚIUNII DE ETANȘEITATE ÎN CONSTRUCȚIA DE AUTOMOBILE

Etanșeitatea cablajelor

Cablajul automobilului face conexiune dintre elementele electrice și electronice a mașinii. Acesta are o însemnătate majoră, cu toate că este ascuns în caroserie și nu poate fi observat de utilizatorul automobilului decât la deschiderea cortierelor și ușii portbagajului unde poate fi observat un manșon din cauciuc (fig. 2.1) prin care trec cablurile.

Fig. 2.1 Manșon de la ușa portbagajului

Manșonul care se montează pe cablaj are o așa configurația ca să nu permită pătrunderea umidității și murdăriei în interiorul cavității unde este motat acesta. Funcția principală a manșoanelor este de a separa zona umedă de zona uscată a cablajului , adică protejează cablajul care se află în salonul automobilului de acțiunea factorilor de mediu.

Firele electrice confecționate din cupru sau aluminiu prin construcție sunt protejate de mediul ambiant de stratul de izolație, însă atunci câd acestea fac conexiuni între ele apare o zonă unde izolație este îndepărtată. Anume acestea locuri necesită o etanșeizare adăugătoare (fig. 2.2) în procesul de fabricare a cablajului auto prin aplicarea tubului termocontractant.

Fig. 2.2 Etanșeizarea cenexiunii firelor electrice

Etanșeitatea caroseriei

Pentru a asigura comfortul în utilizarea automobilului și evitarea pătrunderii în salon a umidității și prafului este necesar o bună etanșare a caroseriei. Aceasta poate fi îndeplinită cu ajutorul chederului din cauciul de diferite profiluri (fig. 2.3).

Fig. 2.3 Garnituri profilate

Garnitura dată poate di aplicată pe conturul portieire (fig. 2.4), a ușii de portbagaj, a capotei automobilului.

Fig. 2.4 Garnitură aplicată pe portiera automobilului

Inzolarea fonică este foarte importantă pentru asigurarea confortului maximal în utilizare și durabilității automobilului. Deobicei se folosesc plăci de vibroplast sau splen (fig. 2.5), un material cu proprietăți termoizolatoare. Acesta poate fi expluatat la temperaturi între – 40 oC și + 70 oC. Acesta este de mai multe tipuri în dependență de grosimea lui, de exemplu există splen 3004 cu grosimea de 4mm, splen 3002 cu grosimea de 2mm.

Fig. 2.5 Splen 3004

Cu astfel de materiale se termoizolează zona motorului prin aplicarea acestuia pe partea posterioară a capotei (fig. 2.6) sau izolarea fonică a portierelor (fig. 2.7) [11].

Fig. 2.6 Capota etanșată cu ajutorul Vibroplas Silver

Fig. 2.7 Portieră izolată

Etanșeitatea motorului

Un motor cu ardere internă, răcit cu lichid, conține trei circuite care lucrează cu fluide: circuitul de admisie/evacuare, circuitul de răcire și cel de ungere cu ulei. Toate aceste trei circuite se intră în componența chiulasei. Din acest motiv este deosebit de importantă etanșeitatea chiulasei pentru a nu permite interacțiunea celor trei circuite.

De exemplu, pătrunderea uleiului în cilindri va conduce la arderea acestuia și la emisii importante de fum albastru. De asemenea, contaminarea cilindrilor cu lichid de răcire va conduce la uzura prematură a pieselor în mișcare (piston, segmenți) și la emisii de fum alb.

Etanșeitatea chiulasei este asigurată de garnitura de chiulasă (fig. 2.8). Aceasta se poziționează între chiulasă și blocul motor și are rolul de a etanșa diferitele circuite care fac parte din chiulasă. Pe lângă asigurarea compresiei în cilindri și a etanșeității lichidului de răcire – ungere, garnitura de chiulasă trebuie să aibă rezistență termică și mecanică ridicată.

Fig .2.8 Garnitura de chiulasă a motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged

Garnitura de chiulasă la majoritatea motoarelor moderne este confecționată din mai multe straturi metalice. Acestea sunt acoperite cu cauciuc sintetic, pe partea de contact cu chiulasa și cu blocul motor, pentru a asigura adeziunea pe suprafață. În cazul în care blocul motor este din fontă iar chiulasa din aluminiu, datorită coeficientului de dilatare diferit, la creșterea temperaturii se produc tensiuni mecanice în chiulasă. Pentru a permite dilatarea chiulasei, independent de blocul motor, se practică o acoperire de teflon pe suprafețele de contact ale garniturii, reducându-se astfel solicitările mecanice ale chiulasei.

Fig. 2.9 Garnitura de chiulasă a motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged – vedere straturi

Fiind piese statice, probabilitatea de defect a chiulasei și a garniturii de chiulasă este destul de mică. Totuși este de preferat ca la intervale mari de utilizare a automobilului (aproximativ 7-10 ani sau 100.000 – 150.000 km) să se înlocuiască garnitura de chiulasă. Măsura se dorește a fi preventivă, pentru că, în cazul în care se deteriorează garnitură de chiulasă, uzura motorului crește semnificativ sau chiar se produc defecte iremediabile ale motorului. De asemenea, o atenție deosebită trebuie acordată fixării chiulasei de blocul motor, la strângerea șuruburilor să se respecte ordinea și cuplul de strîngere prescris de producătorul auto. În caz contrar chiulasa se poate fisura (la un cuplu de strângere prea mare sau ordine de strângere a șuruburilor incorectă) sau etanșeitatea poate fi compromisă (la un cuplu de strângere prea mic) [12].

ETANȘEITATEA CABLAJELOR AUTO

Metode de obținere

În ultimul timp este tendința de a trece complet la electromobile, deaceea cablajul are o însemnătate majoră. Acesta este proiectat astfel ca părțile electrice și electronice ale automobilului să-și îndeplinească funcția. Compania producătoare de cablaje asigură clienților săi o garanție a cablajului de circa 15 ani, de aici reiese că acestea trebuie să fie de o calitatea superioară, iar pentru a corespunde cerințelor date acesta trebuie, în primul rând, să fie asigurat de eventuale scurtcircuite cauzate de mediul înconjurător, prin asigurarea etanșeității cablajului.

Etanșeitatea cablajului se obține prin două metode:

aplicarea furtunului de contracție (fig. 3.1);

Fig. 3.1 Tuburi de contracție

introducerea garniturii de etanșare din cauciuc (fig. 3.2).

Fig. 3.2 Manșon din poliuretan

În caroseria automobilului există două tipuri de zone de amplasare a cablajului: zona uscată, cum ar fi consola și zona umedă, ca de exemplu zona motorului. Anume zona umedă presupune zona de risc unde este necesar asigurarea etanșeității cablajului. În principiu stratul de izolație a conductorului electric asigură etanșeitatea acestuia, însă zonele unde se fac conexiuni între fire sunt acele puncte slabe a cablajului. Aceste conexiuni pot fi suduri sau sertizări mecanice, care pot fi etanșate cu ajutorul furtunului de contracție (fig. 3.3). Pentru ca factorii de mediu să nu afecteze cablajul din zona uscată a automobilului aceasta este separată de cea umedă prin manșoane din cauciuc etanșate cu butil (butul) sau prin spumarea lor din poliuretan direct de mănunchiul de cabluri.

Fig. 3.3 Cabluri etanșate cu furtun de contracție

Tehnologii și utilaje folosite

Etanșeizarea cu ajutorul furtunului de contracție poate fi făcută cu ajutorul unui fen tehnic (fig. 3.4), după de furtunul este îmbrăcat pe zona de etanșat acesta trebuie încălzit până la circa +125oC. Furtunul este format dintr-un material termoplast, care o dată cu ridicarea temperaturii acesta se înmoaie și se contractă iar după ce se răcește devine dur și în interior este material adeziv care se topește și umple cavitatea interioară dintre furtun și lițele cablului.

Fig. 3.4 Fen tehnic

Deoarece folosirea acestui fen este nerentabil din punct de vedere al productivității și calității s-au folosit utilaje industriale de împachetarea a produselor alimentare a unei companii italiene „minipack-tore” (fig. 3.5) care a fost modificat pentru etanșeizarea cablurilor.

Fig. 3.5 Minipack

Pentru ca zona uscată să fie protejată de factorii de mediu aceasta este separată de cea umedă cu ajutorul manșoanelor care se spumează direct pe cablaj. Schema generală de obținerea a produsului din poliuretan constă în amestecarea a două componente A+B (fig. 3.6) primindu-se un bloc de copolimer (AB)n [13,14].

Fig. 3.6 Rezervoare ce conțin componenta A (polyol) și componenta B (isocyanat)

Poliuretanul este format prin reacția unui polyisocianat cu un polyhidroxil sau polialcool. Polyisocianatul este o substanță care reacționează ușor cu apa și în rezultat se produce gaz util pentru a-i conferi produsului structură poroasă [15,16].

În procesul de spumare a unui produs de polyuritan se produc două reacții simultane. Formarea uretanului are loc prin reacția isocyanatului cu alcool (formula 3.1).

R – N = C = O + R’- OH R – NHCOO-R’

În polyol se conține apă care intră în reacție cu isocyanat și se obține acid carbamic care este instabil și se descompune spontan într-o amină și dioxid de carbon cu eliminare de temperatură (formula 3.2).

R – N = C = O + H – O – H [R – NH – CO – OH] R – NH2 + CO2 + Q

În rezultat se obține o legătură reticulară și rezultă un copolimer cu legături ureice, iar gazul CO2 ce se elimină (3.2) redă produsului o structură spumoasă [16-18].

Instalația de spumare constă din rezervoarele pentru polyol și isocyanat, cap de amestecare și turnare (fig. 3.7), matriță pentru redarea formei (fig. 3.8) și instalații de încălzire și răcire pentru controlul temperaturii procesului de polimerizare.

Fig. 3.7 Capul de turnare

Fig. 3.8 Matrice pentru spumare

Componentele sunt transportate separat către capul de turnare, acestea sunt mixate datorită presiunii de 170 de bar cu care sunt pompate, după ce s-au amestecat se deschide duza de turnare și se umple cavitatea matricei. Corpul matricei este conectat la elementul de încălzire și răcire pentru a menține temperatura constantă de 50o C în interiorul matricei timp de 3 minute și apoi manșonul spumat poate fi extras.

Metode de verificare

Verificarea etanșeității cablajelor are funcția de a determina dacă sunt scăpări sau nu. Localizarea acestor scăpări este ușor de făcut, deoarece potențialele zone sunt bine cunoscute, iar verificare este orientată direct spre acestea. În cadrul tuburilor de contracție acestea sunt verificate cu ajutorul testului cu bule (fig. 3.9) și testului de rezistență electrică (fig. 3.10).

Fig. 3.9 Bouble-test

Fig. 3.10 Testul a rezistenței electrice

În cadrul testului cu bule zona etanșată cu tub de contracție este scufundată în rezervor cu apă iar printr-un capăt de cablu se suflă aer. Dacă în rezervor apar bule de aer atunci zona precăutată se consideră neetanșă. Al doilea tip de test se aplică pe motiv că uneori un fir din interiorul cablului poate să străpungă tubul și să iasă în exterior. Pentru a identifica acest caz zona etanșată se scufundă într-un vas cu soluție de clorură de natriu de 10% în care este introdus un electrod conectat la ohmmetru, iar celălalt electrod este conectat un capăt al cablului. Dacă ohmmetrul va arăta o rezistență mică, adică între acești doi electrozi trece un curent electric, atunci cablul este considerat neetanș.

Manșoanele ce separă zona uscată de cea umedă sunt testate prin metoda vidului pe o stație de verificare cu vacuum (fig. 3.11). Deoarece manșoanele sunt confecționate din materiale flexibile, aceasta permite folosirea acestei metode.

Fig. 3.11 Vacuum-test

O ramură a cablajului este introdusă în vasul de vidare până la manșon care este fixat de vas printr-un orificiu a cărui formă este asemănătoare cu cea a locului unde se instalează acest manșon în caroseria automobilului. Apoi pompa de aer creează vacuum în interiorul vasului și se măsoară diferența de presiune dinte vas și mediul înconjurător. În caz că această diferență variază în timp, înseamnă că sunt scăpări, iar manșonul nu este etanș [19,20].

CALCUL ECONOMIC ÎN VEDEREA ÎMBUNĂTĂȚIRII CALITĂȚII ȘI EFICIENȚII ECONOMICE

Mărirea productivirății lucrului minipack-ului

Procesul de contracție a furtunului prin tratament termic se îndeplinește la instalație minipack (fig. 4.1), care constă din 2 zone de lucru:

Fig. 4.1 Minipack

În cadrul întreprinderii se încearcă de a optimiza cât mai posibil acest proces prin diferite metode. O metodă utilizată este instalarea de răcitoare în zona de răcire a cablurilor astfel micșorânduse timpul de pregătire pentru o partidă nouă de lucru.

Pentru realizarea procesului de lucru în zona de contracție se introduc cablurile instalate pe o sculă specială. Aceasta primite prelucrarea concomitentă a maxim 11 fire (fig. 4.2). Pe parcursul practicii am participat la implementarea îmbunătățirii unei scule care va avea posibilitatea de a prelucra concomitent 25 de fire, ceea ce va ridica mult productivitatea. Astfel în fața secției ingineriei aplicate a fost pusă problema de a elabora astfel de modificare de sculă.

Conform conceptului de îmbunătățire continuă, pentru rezolvarea problemei date se începe cu primul pas – întocmirea unui plan de lucru, apoi s-a elaborat o sculă experimentală (fig. 4.3) pe care s-au testat toate combinațiile posibile începând de la ceva mai mici secțiuni ale cablurilor și terminând cu cele mai mari. Pentru ca procesul să decurgă constat conform indicațiilor de lucru temperatura fiecărei poziții unde sunt instalate firele pe sculă trebuie să se încadreze în toleranța de +/-5 oC. După de au fost întreprinse toate testele necesare, a fost elaborată scula (fig 4.4) cu care s-a început lucrul în producție.

fig. 4.2 Scula nr.1 pentru prelucarea termincă în minipack

Scula modificată se potrivea pentru firele cu secțiuni de până la 1,5 mm2, dar pentru combinațiile cu firele a căror secțiune depășește valoarea dată s-a adoptat o altă modificare (fig. 2.5) care permite prelucrarea concomitentă a 5 cabluri cu secțiuni mari, care până acum se puteau prelucra doar până la maxim 3 fire per ciclu.

fig. 4.3 Prototipul sculei modificate

(fig. 4.4) Scula nr. 1B pentru prelucrarea concomitentă a 25 de fire

Pentru a aprecia valoarea optimizării am făcut câteva calcule.

Cel mai mic lot de cabluri constă din 25 de bucăți. Acesta necesită prelucrat în minim 2 cicluri dacă se combină mai multe loturi. Fiecare ciclul durează 90 secunde, iar pregătirea unui ciclu se face în 7 secunde. Astfel conform relației (4.1), pentru prelucarea lotului avem timpul Tlot1:

După implementarea modificării lotul se poate de prelucrat într-un singur ciclu doar cheltuind mai mult timp pentru pregătirea lui (15 sec.) și coacerea cantității mai mare de cabluri (130 sec.). Astfel conform (4.2), avem Tlot2:

În rezultat au fost câștigate 817 sutimi de minute, adică 49 secunde pentru fiecare loc de producție. Aceasta înseamnă că productivitatea a crescut cu 25,27%.

Dacă considerăm că un schimb de lucru constituie 8 ore, adică 450 minute atunci avem pe parcursul unui schimb cu scula veche următorul număr de locuri prelucrate Qlot1:

Iar cu ajutorul sculei noi se prelucrează următorul număr de loturi Qlot2:

În rezultat se prelucrează cu 47 de loturi mai mult pe schimb sau cu 141 mai mute loturi zilnic.

Optimizarea procesului de verificare la statia cu vacuum

Manșoanele care se îmbracă pe cablaj sau se toarnă sub presiune la mașina de spumare (fig. 4.6) se verifică cu ajutorul Vacuum-test-lui care necesită mult timp pentru pregătire și testare.

Fig. 4.6 Mașină de spumate Henneke

S-a observat că în majoritatea cazurilor pe cablaj sunt manșoane de dimensiuni nu prea mari cu ajutorul cărora se etanșează o ramură relativ mică de cablaj cu excepția a unui manșon mare. Mașinile de testat au fost concepute pentru a fi universale pentru toate tipurile de manșoane, astfel acestea sunt dotate cu un vas voluminos în care se încarcă derivația cablajului. Deoarece majoritatea manșoanelor sunt cu mult mai mici a apărut ideea de a micșora volumul vasului la unele mașini. Pentru încercare s-au folosit cilindri din textolit (fig. 4.7), apoi după ce optimizarea a fost adoptată s-a confecționat cilindri din politetrafluoroetilen (fig. 4.8) un material plastic care se întrebuiențează pe larg în industrie pentru proprietățile sale termice și de lunecare. Astfel s-a micșorat timpul de testare cu 50% (de la 120 sec. – la 60 sec.), iar cel ce pregătire – cu 67% (de la 60 sec. – la 20 sec.). Pe zi este necesar de a testa aproximativ 900 de cablaje sau pe schimb acesta constituie 300 de cablaje, care în mediu au câte 7 manșoane dintre care unul este manșonul mare amplasat relativ la mijlocul cablajului. Pentru fiecare manșon se cheltuia 60 secunde conform formulei (4.5) avem următoarele date:

pentru prelucrarea acestui vomul de cablaje este necesar să lucreze mai multe stații de verificare cu vaccum concomitent. Numătul de stații de testare poate fi calculat din relația (4.6):

După optimizare un manșon se controlează la stația de tip vechi, iar celelalte – la stația modificată. Astfel, timpul total de verificare calculat după formula (4.7):

Iar numărul de stații de verificare este:

Luând în considerare că prețul fiecărei stație de verificare cu vacuum este în jur la 30.000 euro, atunci această optimizare va aduce economii de circa 180.000 euro plus la aceasta se reduce în jumătate și numărul de operatori necesari pentru lucrul la procesul dat.

Fig .4.7 Mașina în procesul de testare

Fig 4.8 Vacuum – test optimizat

Bibliografie

DEX – Dicționarul explicativ al limbii române, Ed. a 2-a, rev. Univers Enciclopedic Gold, 2012;

Metode de testare a etanșeității. Studiu comparativ a tehnologiilor și tehnicilor, disponibil: https://ru.scribd.com/doc/226017507/Metode-de-Detectare-a-Etanseitatii manual Scrib(vizitat 15.02.18);

http://www.flupec.ro/produse/garnituri/etansari-statice/inel-x (vizitat 29.04.18);

Tabelhttp://www.flupec.ro/uploads/category/5/category_documents/74/flupec-material-properties.pdf (vizitat 29.04.18);

Etanșări mecanice, disponibil: http://www.powerbelt.ro/descriere_etansari.html, (vizitat 20.03.18);

Drăghici I., Etanșări, Brașov 1979, pag. 163 – 170;

De ce este importantă etanșeitatea?, disponibil: http://www.kadar-energy.ro/de-ce-este-important-etanseitatea/(vizitat 10.03.18);

Ghid pribind proceduri de efectuare a măsurărilor necesare expertizării termoenergetice a construcțiilor și instalațiilor aferente. Indicativ: GT-032-01, pag. 182-187;

Clasa de etanșeitate IP a carcaselor, disponibil: https://ro.axiomet.eu/page/1318/Clasa-de-etanseitate-IP-a-carcaselor-ro (vizitat 20.03.18);

Ce este și cum se face testul blower door – verificarea etanșeității unei clădiri, disponibil: https://sporulcasei.ro/testul-blower-door-verificarea-etanseitatii-unei-cladiri/ (vizitat 20.03.18);

КАК СДЕЛАТЬ ШУМОИЗОЛЯЦИЮ АВТО? СОВЕТЫ, disponibil:http://amastercar.ru/tuning/salon-tuning-5.shtml (vizitat 29.04.18);

Chiulasa și garnitura de chiulasă, disponibil: http://www.e-automobile.ro/categorie-motor/20-general/84-chiulasa-garnitura.html (vizitat 29.04.18).

Ron Herrington, Kathy Hock, Flexible Polyurethanes Foams, USA, Dow Plastics, 1997,

Schauerete K., Dahm M., Raw Materials, Polyurethane Handbook, ed. Hanser, New York, 1985, pag.41-50;

Cooper W., Pearson R, Isocyanate Reactions and the Structure of Polyurethanes, The industrial Chemist, 1960, pag. 120-126;

Piner S. H., Chemistry and Technology of the Organic Isocyanates, Plastics, London 1947, pag.206-215;

Kanner B., Decker T., Urethane Foam Formation – Role of the Silicone Surfactant, 1969, pag.30-40.

Agabeg R. C., Intermediates for Polyurethane Foams, Polyurethane Foams, ed. Cliffe Books, London, 1963.

Practica tehnologica 1

Practica de documentare