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【摘要】本文针对装备维修过程中清洗零部件的方法存在的费时、费力、清洗效果差，严重制约维修质量的问题，利用模糊控制理论和超声波技术研制一种新型的零部件清洗装置，以达到提高清洗效率，降低清洗费用，节约清洗时间的目的。
【关键词】零件清洗；维修质量；超声波技术；模糊智能控制
零件的清洗是装备维修活动中重要的工序，也是保证装备维修质量的重要一环，因此零部件清洗效果的好坏对装备维修质量有很大的影响。目前因零部件的清洗质量不佳而造成的装备维修质量下降的比例较高。
一、零件的清洗存在的问题
（一）传统的清洗方法的缺点
目前在装备维修活动中对零部件的清洗，主要还采用传统的用柴油、汽油（或煤油）及清洗油手工清洗的方法，这种传统的清洗方法是造成零部件清洗效果较差的主要原因，主要体现在以下几点：
1、零部件的清洗质量很大程度上受维修人员主观意愿的影响。
体现在相同的零部件，不同的人员或相同的人员在不同的时间清洗效果差异很大。
2、没有统一的清洗标准，难以确保清洗质量。
这就造成某些情况下，认为清洗“干净”的零部件，由于感官判决的失误实际上零部件还残留很多赃物，事实上有些赃物也是人的感官难以判别的。
3、某些赃物或零部件的某些部位是人工难以清洗干净的。
如附着在零部件表面的胶质、积炭、锈蚀等污垢及零部件上的内部油路、气路、水道等孔类结构，靠现有的清洗方法是无法清洗干净的。
4、清洗成本高，同时对人员和环境也有一定的危害。
据统计，按照目前的清洗方法，一台五九式坦克中修约需清洗柴油100升左右，汽油（或清洗油）20升左右，成本约在五、六百元人民币左右；仅清洗一台变速箱的零部件就需四小时左右的时间。由于人员直接接触这些油质，势必会对人员造成一定的危害，清洗后的废油也会对环境造成一定的污染。
（二）现配备的清洗机的缺点
有一些单位装备了清洗机，但这些设备在使用过程中有如下缺点：
1、种类繁多、通用性差、使用复杂。
在对装备零部件清洗中用到的清洗机有：零件清洗机、机油滤清器清洗机、空气滤清器清洗机三种。
2、需要动力电源（380V）这会造成使用受限。
3、清洗介质为柴油。造成清洗成本高，浪费资源。
因此，为了确保装备的维修质量，提高装备的完好率，有必要创新清洗技术、研究新型清洗装置，以达到提高清洗效果、降低清洗费用和时间、高清洗效率、有效减小清洗过程中对人员和环境造成的危害。
二、新型清洗装置研究
（一）超声清洗装置的组成
由于超声波对附着的污垢有很强的解离分散能力，因此在清洗领域得到了越来越多的应用。超声波清洗主要是利用超声波在液体中的空化作用和活化效应。由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到清洗溶剂中，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，被清洗件在冲击力的作用下，黏附在清洗件表面的各种污垢被剥离而分散于清洗液中，从而达到清洗件净化的目的，且通过其空化作用达到洗盲角的作用。同时空化气泡的强烈振荡，加强和加速了清洗液对油垢的乳化作用和增溶作用，提高了清洗能力。
该清洗装置主要由带有换能器的清洗槽、超声波发生器及控制装置三部分组成（如图1所示）。
1、清洗槽主要采用不锈钢板材制作，具有足够的强度。
清洗槽采用双层结构，两层之间安装超声波发生器，共两个，分别安装在清洗槽的两侧。槽内有安放零部件的支架，支架有大、中、小三种，以适应不同大小零部件安放要求。清洗槽底部装有滑轮以方便其移动。
2、采用锆钛酸铅压电陶瓷材料制作的夹心式超声波换能器。
利用压电陶瓷材料在电场作用下发生尺寸变化的特性，在交变电场的作用下产生高频的机械振动。
3、采用电声型的超声波发生器，利用电磁能量转换成机械波能量。
4、采用漩涡气泵提高媒液产生空穴的能力。
超声波清洗的效果很大程度上取决于媒液中空穴的数目的多少，在清洗槽底部安装一旋流气泵可有效提高媒液中的空穴数量。
5、采用加温装置和恒温控制器以保证清洗时的温度要求。
清洗液的温度对清洗效果有很大影响，清洗液温度升高时空穴数量增加，但温度过高，气泡中蒸汽压增大，空化强度会降低。各种媒液都有一空化活跃的温度，对于我们采用的媒液空化活跃温度为60℃，因此采用加温装置和恒温控制器以保证清洗时的温度要求。
6、采用各种传感器动态采集清洗时的数据以进行决策。
主要采用的传感器有：红外光浑浊度传感器、温度传感器、空气流量计、压力传感器等。
（二）模糊智能控制系统的设计
从超声波清洗仪的运行过程可以看出，洗涤时间、洗涤剂投放量、超声波强度和超声波指向是被控对象的主要参量，待清洗物的物理形状、材质以及脏污程度和脏污性质是被控对象的主要输入变量。比如对于清洗物的脏污程度，人们通常用很脏、一般脏、不太脏等这类模糊语言来描述。事实上，脏污程度和脏污性质的区分并不存在一个明确的界限。因而，对于洗涤过程，输入和输出之间很难找到一个精确的数学模型来描述，用常规的方法难以达到理想的效果，而采用模糊控制技术则能很好地解决这个问题。模糊控制是在总结人们生产实践经验的基础上，通过对输入量模糊化后，根據一定的模糊控制规则，决定对被控对象采用相应的控制策略。模糊控制的优势在于它不需要知道被控对象或过程的数学模型、对于不确定系统，如非线形系统能有效地控制并且具有较强的鲁棒性。模糊控制器设计由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分组成，它们都建立在知识库的基础之上。图2是智能超声波清洗仪的模糊控制原理框图。
三、结束语
装备的维修是保障装备完好率，提高装备使用性能的重要环节，维修活动中看似不起眼的零件清洗工序，其实对装备的维修质量影响很大，为了提高装备的维修质量、降低维修费用、缩短维修时间、提高维修效率、减少维修过程中对人员和环境的损害，通过对目前清洗实践中所用的先进技术进行了详细地研究，结合模糊控制理论和超声清洗技术具有系统性强、针对性高、适用性强。清洗技术的创新对现行的维修手段改革起到一个推动的作用，同时会明显提高维修质量，降低维修费用，该成果通用性强，不仅适用于机械零部件的清洗，而且适用于对光学、电子元器件等精密机件的清洗，具有广泛推广应用范围，会产生具有很大经济效益。
【关键词】零件清洗；维修质量；超声波技术；模糊智能控制
零件的清洗是装备维修活动中重要的工序，也是保证装备维修质量的重要一环，因此零部件清洗效果的好坏对装备维修质量有很大的影响。目前因零部件的清洗质量不佳而造成的装备维修质量下降的比例较高。
一、零件的清洗存在的问题
（一）传统的清洗方法的缺点
目前在装备维修活动中对零部件的清洗，主要还采用传统的用柴油、汽油（或煤油）及清洗油手工清洗的方法，这种传统的清洗方法是造成零部件清洗效果较差的主要原因，主要体现在以下几点：
1、零部件的清洗质量很大程度上受维修人员主观意愿的影响。
体现在相同的零部件，不同的人员或相同的人员在不同的时间清洗效果差异很大。
2、没有统一的清洗标准，难以确保清洗质量。
这就造成某些情况下，认为清洗“干净”的零部件，由于感官判决的失误实际上零部件还残留很多赃物，事实上有些赃物也是人的感官难以判别的。
3、某些赃物或零部件的某些部位是人工难以清洗干净的。
如附着在零部件表面的胶质、积炭、锈蚀等污垢及零部件上的内部油路、气路、水道等孔类结构，靠现有的清洗方法是无法清洗干净的。
4、清洗成本高，同时对人员和环境也有一定的危害。
据统计，按照目前的清洗方法，一台五九式坦克中修约需清洗柴油100升左右，汽油（或清洗油）20升左右，成本约在五、六百元人民币左右；仅清洗一台变速箱的零部件就需四小时左右的时间。由于人员直接接触这些油质，势必会对人员造成一定的危害，清洗后的废油也会对环境造成一定的污染。
（二）现配备的清洗机的缺点
有一些单位装备了清洗机，但这些设备在使用过程中有如下缺点：
1、种类繁多、通用性差、使用复杂。
在对装备零部件清洗中用到的清洗机有：零件清洗机、机油滤清器清洗机、空气滤清器清洗机三种。
2、需要动力电源（380V）这会造成使用受限。
3、清洗介质为柴油。造成清洗成本高，浪费资源。
因此，为了确保装备的维修质量，提高装备的完好率，有必要创新清洗技术、研究新型清洗装置，以达到提高清洗效果、降低清洗费用和时间、高清洗效率、有效减小清洗过程中对人员和环境造成的危害。
二、新型清洗装置研究
（一）超声清洗装置的组成
由于超声波对附着的污垢有很强的解离分散能力，因此在清洗领域得到了越来越多的应用。超声波清洗主要是利用超声波在液体中的空化作用和活化效应。由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到清洗溶剂中，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，被清洗件在冲击力的作用下，黏附在清洗件表面的各种污垢被剥离而分散于清洗液中，从而达到清洗件净化的目的，且通过其空化作用达到洗盲角的作用。同时空化气泡的强烈振荡，加强和加速了清洗液对油垢的乳化作用和增溶作用，提高了清洗能力。
该清洗装置主要由带有换能器的清洗槽、超声波发生器及控制装置三部分组成（如图1所示）。
1、清洗槽主要采用不锈钢板材制作，具有足够的强度。
清洗槽采用双层结构，两层之间安装超声波发生器，共两个，分别安装在清洗槽的两侧。槽内有安放零部件的支架，支架有大、中、小三种，以适应不同大小零部件安放要求。清洗槽底部装有滑轮以方便其移动。
2、采用锆钛酸铅压电陶瓷材料制作的夹心式超声波换能器。
利用压电陶瓷材料在电场作用下发生尺寸变化的特性，在交变电场的作用下产生高频的机械振动。
3、采用电声型的超声波发生器，利用电磁能量转换成机械波能量。
4、采用漩涡气泵提高媒液产生空穴的能力。
超声波清洗的效果很大程度上取决于媒液中空穴的数目的多少，在清洗槽底部安装一旋流气泵可有效提高媒液中的空穴数量。
5、采用加温装置和恒温控制器以保证清洗时的温度要求。
清洗液的温度对清洗效果有很大影响，清洗液温度升高时空穴数量增加，但温度过高，气泡中蒸汽压增大，空化强度会降低。各种媒液都有一空化活跃的温度，对于我们采用的媒液空化活跃温度为60℃，因此采用加温装置和恒温控制器以保证清洗时的温度要求。
6、采用各种传感器动态采集清洗时的数据以进行决策。
主要采用的传感器有：红外光浑浊度传感器、温度传感器、空气流量计、压力传感器等。
（二）模糊智能控制系统的设计
从超声波清洗仪的运行过程可以看出，洗涤时间、洗涤剂投放量、超声波强度和超声波指向是被控对象的主要参量，待清洗物的物理形状、材质以及脏污程度和脏污性质是被控对象的主要输入变量。比如对于清洗物的脏污程度，人们通常用很脏、一般脏、不太脏等这类模糊语言来描述。事实上，脏污程度和脏污性质的区分并不存在一个明确的界限。因而，对于洗涤过程，输入和输出之间很难找到一个精确的数学模型来描述，用常规的方法难以达到理想的效果，而采用模糊控制技术则能很好地解决这个问题。模糊控制是在总结人们生产实践经验的基础上，通过对输入量模糊化后，根據一定的模糊控制规则，决定对被控对象采用相应的控制策略。模糊控制的优势在于它不需要知道被控对象或过程的数学模型、对于不确定系统，如非线形系统能有效地控制并且具有较强的鲁棒性。模糊控制器设计由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分组成，它们都建立在知识库的基础之上。图2是智能超声波清洗仪的模糊控制原理框图。
三、结束语
装备的维修是保障装备完好率，提高装备使用性能的重要环节，维修活动中看似不起眼的零件清洗工序，其实对装备的维修质量影响很大，为了提高装备的维修质量、降低维修费用、缩短维修时间、提高维修效率、减少维修过程中对人员和环境的损害，通过对目前清洗实践中所用的先进技术进行了详细地研究，结合模糊控制理论和超声清洗技术具有系统性强、针对性高、适用性强。清洗技术的创新对现行的维修手段改革起到一个推动的作用，同时会明显提高维修质量，降低维修费用，该成果通用性强，不仅适用于机械零部件的清洗，而且适用于对光学、电子元器件等精密机件的清洗，具有广泛推广应用范围，会产生具有很大经济效益。