Введение к работе
Актуальность работы. Для физико-химической обработки материалов в различных отраслях промышленности широко применяют вращающиеся технологические барабаны. (ТБ). К таким устройствам относятся сушильные барабаны, вращающиеся печи для обжига извести, клинкера и пр. ТБ обычно содержат корпус из листовой стали, на который устанавливают от 2-х до 8-ми бандажей. Бандажи поверхностями качения опираются на опорные ролики и за счет привода ТБ обеспечивают вращение агрегата с заданной частотой.
Окончательную сборку ТБ осуществляют на месте последующей их эксплуатации, куда поступают отдельные детали и сборочные единицы с предприятия-изготовителя. Крупногабаритные комплектующие для удобства транспортировки разрезают на части. На месте окончательной сборки отдельные части собирают, используя сварку как основной способ соединения. В результате поверхности бандажей ТБ приобретают погрешность, которая превышает нормативную в несколько раз. Эксплуатация ТБ с такими бандажами приводит к значительным деформациям, знакопеременным нагружениям корпуса, разрушению футеровочного слоя, образованию трещин на корпусе, значительному колебанию нагрузки на опорах и приводе. В результате нарушается нормальный режим работы всей технологической линии, ТБ подлежит частым остановам, с чем связана существенная потеря производительности. В настоящее время с целью обеспечения точности поверхностей бандажей ТБ при их сборке и в процессе эксплуатации применяют обработку специальными переносными станками. Такие виды работ позволяют существенно повысить эксплуатационную надежность ТБ и технологичность их сборки. Наиболее перспективная технология предполагает проведение обработки посадочной поверхности бандажа на специальном стенде перед окончательным монтажом, а окончательную обработку поверхности качения - уже на работающем ТБ.
При обработке таких изделий, как бандажи, с использованием бесцентровой схемы удается достичь необходимой точности при различном сочетании геометрических и технологических параметров, но величина снимаемого при этом припуска может существенно различаться. В соответствии с ОСТ 22-170-87, предельно допустимая толщина бандажа ограничена: допускается изменение толщины бандажа в пределах 10%. Например, для бандажа печи 5x185 м при толщине бандажа 400 мм припуск, который можно удалить при обработке, не должен превышать 40 мм. Таким образом, для продления срока службы бандажей необходимо обеспечить максимальное число возможных обработок их поверхностей. Решение этой задачи связано с минимизацией величины снимаемого при обработке припуска.
Представленная диссертация направлена на решение этой задачи.
Целью работы является разработка технологии обработки базовых поверхностей крупногабаритных составных бандажей, обеспечивающей достижение необходимой точности при минимальном съеме припуска.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
Разработаны математические модели формообразования и съема припуска при бесцентровых схемах обработки поверхностей бандажей мобильным оборудованием.
Исследован механизм формирования погрешности обработки поверхностей бандажей, а также необходимого припуска. Выявлены факторы, оказывающие на них влияние. Определены оптимальные геометрические и технологические параметры процесса обработки.
Разработаны методика и алгоритм обработки поверхностей бандажей ТБ с оптимальным съемом припуска.
Разработано необходимое мобильное оборудование и средства технологического оснащения для обработки поверхностей бандажей.
Методы исследований. При проведении исследований использовались математические модели и разработанные на их основе программы. Для решения технологических задач применены методы компьютерного моделирования, а также экспериментальная обработка поверхностей качения.
Научную новизну работы составляет следующее:
Расчетные схемы формирования припуска при бесцентровой обработке поверхностей крупногабаритных составных бандажей;
Математическая модель формирования поверхностей и припуска при базировании бандажа по поверхности качения;
Математическая модель формирования поверхности и припуска при базировании бандажа по посадочной поверхности;
Алгоритмы вычисления и программы для моделирования обработки поверхностей бандажей;
Технологический процесс и методика обработки поверхностей бандажей, обеспечивающие минимальный съем припуска.
Автор выносит на защиту:
Математическую модель формирования поверхностей и припуска при базировании бандажа по поверхности качения;
Математическую модель формирования поверхности и припуска при базировании бандажа по посадочной поверхности;
Алгоритмы вычисления и программы для моделирования обработки поверхностей бандажей;
Технологический процесс и методику обработки поверхностей бандажей, обеспечивающие минимальный съем припуска.
Практическая ценность работы определяется тем, что разработанный комплекс математических моделей и программ позволяет оптимизировать величину снимаемого при механической обработке припуска, а также обосновать выбор оборудования и средств технологического оснащения при исправлении различных погрешностей формы крупногабаритных бандажей ТБ при бесцентровой схеме базирования.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований: методика механической обработки поверхностей бандажей мобильным оборудованием, обеспечивающая достижение необходимой точности при минимальном съеме припуска - внедрены на ряде ведущих предприятий отрасли строительных материалов РФ: ОАО «Искитимцемент», ООО ТД «Сибирский цемент», ОАО ПО «Якутцемент» и используются так же в учебном процессе в БГТУ им. В.Г. Шухова и БИЭИ, в курсе дисциплин «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки».
Апробация работы: основные положения диссертационной работы
неоднократно докладывались и обсуждались на международных и
межрегиональных конференциях и получили одобрение:
Межрегиональной с международным участием научно-практической конференции «Механики - XXI веку», г. Братск, 2006 г.;
Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия», г. Губкин, 2007 г.;
Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии (XVIII научные чтения)», г. Белгород, 2007 г.;
Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия», г. Губкин, 2008 г.;
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь в начале нового столетия» - г. Губкин, 2009 г.
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 - в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК. Получено 2 патента на полезную модель: №77567 - «Станок для обработки бандажей и роликов»; №89012 - «Станок для обработки бандажей».
Структура и объем диссертации: диссертация включает введение, 4 главы, заключение, приложения, список литературы, включающий 114 источников. Общий объем диссертации 208 страниц, включая 88 рисунков, 9 таблиц и 72 страницы приложений.
