Введение к работе
Актуальность темы. Трубная отрасль России, традиционно сильная, в настоящее время восстанавливает свои позиции. По данным Госкомстата России общий выпуск труб по итогам 2003 года стал на 10,7% выше, чем в предыдущем. Стальных труб выпущено на 8,5% больше, чем в 2002 г., в том числе электросварных - на 15,2% больше, бесшовных - на 1,9% больше.
Одной из проблем производства электросварных труб являются потери, обусловленные большими объёмами брака трубной продукции. Так, на Оренбургском предприятии ЗАО «Друза» общий брак в 2001 году составил 8,2% на сумму 6,9 млн. руб., на Уфимском предприятии ПК «УфаПромГаз» общий брак в 2003 году составил 7,5% на сумму 10,2 млн. руб.
Решение задачи снижения потерь неразрывно связано с разработкой и внедрением новых способов и средств автоматизации производства и, в частности, автоматизации контроля качества металлоизделий, позволяющего в процессе изготовления изделий осуществлять их дефектацию и разделение на группы по пригодности к эксплуатации в различных условиях.
Теоретические основы автоматизированного контроля металлоизделий методами электромагнитной дефектоскопии заложены в трудах А.Л. Дорофеева, Р.Е. Ершова, В.Г. Герасимова, В.В. Клюева, Ю.Я. Останина, Г.С. Самойло-вича. Благодаря их трудам стало возможным в значительной степени автоматизировать процесс контроля качества трубной продукции. Однако, существующие методы разбраковки не обладают необходимой универсальностью и требуемой точностью.
Оценка качества трубной продукции осуществляется, в основном, за счёт выявления дефектов типа нарушения сплошности или однородности металла. Сварные трубы, в отличие от цельнотянутых, имеют околошовную зону шва, в связи с чем выделение и распознавание полезного сигнала на уровне шумов датчика дефектоскопа о состоянии поверхности трубы представляет собой сложную задачу, до настоящего времени не решённую.
Таким образом, исследования в области дефектоскопии труб являются актуальными. Работа выполнена в рамках госбюджетной темы «Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления» (ГР 01000000120) кафедры «Системы автоматизации производства» Оренбургского государственного университета.
Целью работы является повышение эффективности функционирования линии по производству сварных прямошовных труб за счёт использования агрегированных моделей для сигналов вихретокового дефектоскопа.
Задачи исследования:
-
На основе технологических требований к процессу производства прямошовных сварных труб выбрать способ контроля и выявить основные дефекты, возникающие при изготовлении сварных труб.
-
Обосновать применение агрегирования и выбрать соответствующие модели для идентификации дефектов поверхности сварных прямошовных труб с использованием вихретокового дефектоскопа в процессе их автоматизированного изготовления.
-
Разработать методику и получить экспериментальные агрегированные модели выходного сигнала разработанного вихретокового дефектоскопа для процесса идентификации поверхностных дефектов труб.
-
Разработать математические модели преобразования поверхностных дефектов в агрегированные модели выходного сигнала дефектоскопа.
-
Разработать алгоритмы управления элементами и участками линии по производству прямошовных сварных труб с учетом результатов идентификации поверхностных дефектов и оценить её эффективность функционирования.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы теории и методы: автоматического управления и идентификации динамических систем, надежности и эффективности систем, математической статистики и моделирования, диагностирования, профилометрии и информационных технологий.
Научную новизну представляют следующие результаты:
классификация дефектов в сварном соединении и в основном металле прямошовных сварных труб, несквозные отверстия и риски как основные дефекты по критерию частоты появления в процессе их изготовления;
методика получения моделей поверхностных дефектов трубы посредством агрегированных параметров: степень равномерности, степень рассеивания, степень асимметрии, степень островершинности;
авто- и взаимокорреляционные, а также передаточные и переходные функции преобразования поверхностных дефектов сварных труб в агрегированные модели выходного сигнала дефектоскопа;
идентификационные модели преобразования несквозных отверстий и рисок в виде передаточных функций и переходных характеристик, различающиеся между собой явно выраженной периодической составляющей.
Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:
- разработан алгоритм идентификации несквозных отверстий и рисок на
поверхности прямошовных сварных труб;
разработана конструкция и изготовлен блок обработки сигнала вихрето-кового дефектоскопа повышенной чувствительности, соответствующий технологическим требованиям;
разработана функциональная схема автоматизации трубосварочного стана с применением устройства выбраковки и сортировки труб;
разработаны алгоритмы управления процессом выбраковки труб, основанные на идентификации несквозных отверстий и рисок непосредственно процессе изготовления по предложенной методике.
Использование результатов работы. Результаты диссертации:
внедрены на линии ТЭСА 20-102 по производству электросварных труб диаметром 57, 76, 89 мм, производительностью до 10 тыс. тонн/год на предприятии ЗАО «Друза» (г. Оренбург);
приняты к внедрению на линии ТЭСА 20-114 по производству электросварных труб диаметром от 20 до 114 мм, производительностью до 10 тыс. тонн/год на предприятии ПК «УфаПромГаз»;
внедрены в учебный процесс Оренбургского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на первой Уральской региональной конференции «Проблемы контроля качества в трубной промышленности» (г. Екатеринбург, 2000); на международной научно-практической конференции «Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (г. Оренбург, 2001); на международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (г. Уфа, 2001); на региональных научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов Оренбургской области (г. Оренбург, 2002, 2003, 2004); на всероссийской молодёжной научно-технической конференции «Проблемы современного энергомашиностроения», (г. Уфа, 2002); на международной научно-практической конференции «Роль университетской науки в региональном сообществе» (г. Оренбург, 2003); на международной научно-технической конференции «Современные технологические системы в машиностроении» (г. Барнаул, 2003); на всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ (CALS) технологии» (г. Оренбург, 2005); на научных семинарах кафедры «Системы автоматизации производства» Оренбургского государственного университета.
Работа «Электромагнитный контроль прямошовных сварных труб» удостоена премии лауреата конкурса научных работ молодых учёных и специалистов Оренбургской области в 2002 году.
Основные положения, выносимые на защиту:
методика получения моделей поверхностных дефектов трубы посредством агрегированных параметров: степень равномерности, степень рассеивания, степень асимметрии, степень островершинности;
идентификационные модели преобразования несквозных отверстий и рисок в виде передаточных функций и переходных характеристик;
принципиальная схема блока обработки сигнала вихретокового дефектоскопа, повышающая чувствительность и точность выявления дефектов;
. - функциональная схема автоматизации трубосварочного стана и алгоритмы управления процессом выбраковки труб, основанные на идентификации несквозных отверстий и рисок непосредственно процессе изготовления сварных труб.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников (ПО наименований) и содержит 173 страницы текста, 23 таблицы, 66 рисунков.
