Введение к работе
Актуальность работы. Технологические процессы очистки объектов присутствуют практически во всех циклах производственных процессов предприятий. При этом на каждой стадии очистки необходимо удалять специфические загрязнения, отличающиеся составом, прочностью и адгезией к металлической поверхности.
Особую сложность представляет очистка деталей топливной аппаратуры дизельных и карбюраторных двигателей, что обуславливается наличием на деталях трудноудаляемых загрязнений типа нагаров и лаковых отложений, конструктивной сложностью очищаемых деталей и высокими требованиями к качеству очистки.
Одним из сложившихся направлений в области совершенствования способов очистки, является интенсификация этих рабочих процессов и создание новой технологии, на основе использования высокочастотной вибрации с применением резонансных магнитострикционных вибровозбудителей. Высокое качество очистки при минимальных затратах времени на процесс, замена ручного труда, возможность исключения из технологического процесса пожароопасных и токсичных растворителей - вот основные преимущества ультразвуковой очистки перед другими методами удаления загрязнений. Оборудование для создания высокочастотной вибрации является достаточно надежным, применимым в сложных эксплуатационных условиях; вибровозбудители просты по конструкции, не имеют движущихся друг относительно друга частей, не боятся пыли, влаги, отрицательных температур. Ряд исследований подтвердили эффективность применения таких магнитострикционных вибраторов для очистки деталей.
Механизм очистки деталей высокочастотными колебаниями заключается в том, что при излучении энергии в водный раствор экологически безопасных моющих средств, в нем распространяется упругая волна, подвергающая механическому воздействию, погруженные в него детали. Возникающий в растворе колебательный (волновой) процесс зависит от интенсивности упругой волны и степени ее передачи среде.
Несмотря на большие энергетические возможности высокочастотных рабочих органов, передача энергии моющей среде является далеко нерешенной проблемой. Высокочастотный вибровозбудитель эффективно работает в резонансном режиме, что позволяет при потребляемой мощности получить сравнительно большую амплитуду колебаний. Однако, при взаимодействии с объектом исходная резонансная колебательная система принимает иную собственную частоту, которая не будет являться резонансной при исходной частоте вынуждающей силы. В то же время сохранение резонансного режима колебаний при очистке, поддерживает параметры прошедшей в моющую среду волны достаточно близкими к максимальному значению даже при значительном неравенстве сопротивлений колебательной системы и среды. Таким образом, комплекс мероприятий, направленных на установление и поддержание резонансного режима колебательной системы, можно рассматривать как способ согласования ее с нагрузкой.
Повышение эффективности процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями должно опираться на учет закономерностей влияния параметров жидкой среды на параметры, характеризующие работу высокочастотного рабочего органа (ультразвукового излучателя) в резонансном режиме. Влияние нагружения рабочего органа на величину рассогласования высокочастотного виброизлучателя обусловливает необходимость на основе установленных зависимостей решить задачу управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки. Необходим новый подход к синтезу системы управления процессом очистки, который охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации. Только таким образом удастся существенно повысить технико-экономические показатели ультразвуковых колебательных систем, избежать влияния на них значительных изменений количественных и качественных характеристик среды.
Поэтому, поставленная в диссертационной работе задача разработки методики и практических методов построения системы автоматизации технологического процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями с помощью методов и механизмов вибрирования, обеспечивающих реализацию существенно новых способов повышения производительности и качества выполнения технологии очистки, является актуальной.
Цель работы: разработка системы автоматического управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа с жидкой моющей средой и погруженными в неё деталями, для получения резонансного режима процесса очистки, обеспечивающего минимизацию энергетических затрат и повышение производительности рабочего процесса.
Для достижения поставленной цели:
выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями, методов и средств их автоматизации;
произведен выбор критериальной функции оценки качества процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями и методов его автоматизации;
разработана математическая модель взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса очистки, в виде свойств жидкой моющей среды и погруженными в неё деталями;
разработана структура и функциональное наполнение системы экстремального регулирования процесса очистки деталей высокочастотными колебаниями;
определено влияние изменения параметров настройки автоматической системы управления на качественные характеристики процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями;
выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методов и технических средств.
Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения ряда теоретических положений диссертации при проектировании системы экстремального регулирования магнитострикционным вибратором технологического процесса очистки деталей.
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории подобия, регрессионного анализа и математического моделирования.
Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов очистки деталей высокочастотными колебаниями с использованием высокочастотных магнитострикционных вибраторов.
Научная новизна работы заключается в разработке:
критериальной функции оценки и требований к математической модели качества процесса очистки;
математической модели взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса высокочастотной очистки, в виде свойств магнитострикционного рабочего органа и жидкой моющей среды с погруженными в неё деталями;
структуры, математической модели и функционального наполнения системы экстремального регулирования процесса высокочастотной очистки.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты анализа технологии и технических средств обеспечения интенсификации процессов очистки деталей за счет высокочастотных колебаний звукового диапазона с применением резонансных магнитострикционных вибраторов, позволяющих выработать научный подход и методические основы разработки модели, критерия и системы автоматизации, ориентированных на снижение энергетических затрат, повышение производительности и оптимизацию других технико – экономических показателей процессов очистки;
способ согласования динамических характеристик магнитострикци- онного рабочего органа со средой для получения резонансного режима процесса очистки;
математическая модель взаимосвязи между величиной рассогласования рабочего органа и параметрами рабочего процесса очистки, в виде свойств жидкой моющей среды, с погруженными в неё деталями;
система автоматического управления согласованием динамических характеристик магнитострикционного рабочего органа с жидкой моющей средой для получения наиболее эффективного резонансного режима процесса очистки.
Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации управления процессом очистки деталей, заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, методов и средств автоматизации, критериев оценки и параметров настройки системы управления получением минимальных энергозатрат и максимальной производительности агрегатов очистки.
Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась «НПО ВПК Автодорбарьер».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на 15-ой и 16-ой Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, научно-методических конференциях МАДИ (г. Москва, 2010-2012г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ.
Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 6 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 91 наименования, и содержит 125 страниц текста, 51 иллюстраций, 4 таблицы.
