Введение к работе
Актуальность темы. Создание современного теплообмєнного
оборудования с более высокими показ ателяыи надежности - одна
из основных задач современного судового, энергетического и
химического машиностроения. В значительной мере надежность
теплообменного оборудования зависит от качества крепления
труб в трубных решетках (ТР). По проблеме повышения качества
вальцованных соединений (ВС) выполнен бользой объем иссле
дований, в которых отмечается необходимость автоматизации
процесса развальцовки труб. Применение ручного труда валь
цовщика приводит к таким технологическим оякбкач как пропус
ки керазвальцовакных труб, развальцовка не на вся длину
вальцовочного пояса, некачественная развальцовка, отключение
подачи охлакдающей смеси. Для устранения этих ошибок требу
ются значительные затраты времени.
Для уменьшения влияния на качество ВС перечисленных факторов и повышения производительности развальцовки теплообменного оборудования необходимо исклкчить ручной труд из технологического процесса развальцовки.
В настоящее время при развальцовке труб в теплообменных аппаратах (ТА) обычно используются ручные развальцовочные установки, в которых автоматизирована привод и контроль операция развальцовки. .Для полной автоматизации процесса разваль-цоеки требуется автоматизация ввода вальцовки в трубы ТР путем создания вальцовочного робота на базе универсального промышленного робота ШР). Из-за сложности обеспечения требуемых технологических условий в слоггаваеыся производстве ТА недостаточно применяются автоматітаеские установки, испускаемые иностранными фирмами.
Опыт применения ПР, позиционирующее схват по песткиы программам, свидетельствует, что vdc использование наиболее просто реаает проблему автоматизации еводэ вальцовки в трубы. Однако, производительность таких ПР ниже производительности ручной развальцовки из-за низкой точности попадания вальцовки в трубы и больной трудоемкости взаимной ориентации. Для повышения производительности автоматического ввода вальцовки в трубн при поиощи ПР необходимы специальные тех-
нологические решения. В вальцовочном роботе используются существующие технологические средства автоматизации развальцовки, но при этом практически отсутствуют исследования и разработки технологических средств по автоматическому вводу вальцовки в трубы, которые создают предпосылки исключения ручных операций при развальцовке и обеспечивают повышение производительности и качества развальцовки ТА. Поэтому проблема исследования и разработки технологических средств автоматизации развальцовки с применением ПР является актуальной.
Цель работы. Повышение производительности и обеспечение требуемого качества развальцовки ТА за счет создания технологически средств автоматизации развальцовки труб на базе применения универсальных ПР.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка системы автоматического ввода вальцовки по единой унифицированной программе'(ЕУП).
-
Разработка способа автоматизированного определения технологических параметров взаимной ориентации.
-
Исследование влияния погрешностей размерных параметров ЕС, взаимной ориентации и позиционирования вальцовки на вероятность ввода вальцовки в трубы при помощи ПР.
-
Разработка средств очувствления развальцовочного инструмента.
Б. Исследование влияния смещения осей вальцовки и трубы на точность контроля развальцовки.
6. Разработка и реализация на практике системы автоматического ввода вальцовки в трубы ТР при помощи ПР.
Методы исследования. При выполнении работы использованы численные кетоды, метода теории детерминированных и вероятностных расчетов,, метопы экспериментальных исследований натурных моделей ВС и робототехнических средств. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена на основе многофакторного анализа с использованием современных регистрирующих и вычислительных, средств. Моделирование точности взаимной ориентации ПР и ТА выполнено методом корреляционного анализа. Для определения достоверности ввода вальцовки в трубы ТР ТА привлекались элементы теории автоматической сборки соединений типа вал-втулка.
Научная новизна результатов. Разработан метод позиционирования вальцовки по ЕУП, построенный на применении ыате-
5
матической модели нсггинальной трубной рєзетки (НТР), опреде
ляющей расчетные координаты раяполоаения труб в ТР, и конт
роле наличия в них труб при помощи средств очувствления
вальцовки. '
Установлена зависимость вероятности ввода вальцовки в трубы от погрепаюстей геометрических параметров элементов ВС, взаимной ориентации и поэ-щионирования вальцовки, 'позволяющая определять их допустимые значения на стадии лроектных разработок.
Разработана методика автоматизированного определения технологических параметров взаимной ориентации при помочи датчиков положения звеньев робота путей измерения координат двух труб, расположенных в одном ряду ТР, сокращающая время взаимной ориентации по сравнению с суцествусцхгаи способам.
Практическая ценность работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны:
система автоматического позиционирования вальцовки по ЕУП, не зависящей от специфических особенностей геометрии ТР;
новый способ автоматизированного определения технологических параметров взаимной'-ориентации ПР и ТА, путем измерения при помощи датчиков положения звеньев робота координат двух труб, расположенных в одном ряда' ТР;
средства очувствления вальцовхи в виде датчиков касания и полояения вальцовки;
развальцовочная головка с управлением от развальцо-вочной установки подели МЭР-3;
датчик крутящего момента для градуировки разваяьцо-вочной головки.
Разработанные технологические средства обеспечили возможность скошоновать на базе универсального ПР модели РБ 23ІТ вальцочный робот для развальцовки труб в ТР.
Кроме того получены зависимости, определяющие вероятность ввода вальцовки в грубы ТР и позволяющие установить допустимые значения погрешностей размерных параметров труб, ТР, взаимной ориентации ПР и ТА на стадии проектных работ.
Результаты работы использованы в рабочих проектах роботизированной развальцовки. Экономический эффект от внедрения робота на Коростенском шшшностроительном заводе составил 216,7 тыс.рублей.
Апробация работц. Основные положения диссертационной ра
боты докладывались и обсуздаяиеь на Всесоюзных и республи
канских научно-технических конференциях: "Молодые исследова
тели и конструкторы - химическому и нефтяному машинострое
ния" (г.Дзержинск, 1977); "Пути расширения применения авто
матических манипуляторов (ПР) в химической и нефтяном . маши
ностроении" (г.Москва, ВДНХ СССР, I9S2); "Повышение эффек
тивности и качества сборочнс—сварочных работ в химическом и
нефтяном машиностроении" (Волгоград, 1989); "Проблемы
проектирования, изготовления и эксплуатации судового тепло-обменного оборудования" (г.Севастополь, 1989); "Проблемы автоматизации гибкого автоматизированного производства" (Волгоград, 1939); "Исследованиз и разработка технологических средств автоматизации развальцовки груб с применении промышленных роботов" (Ленинград, 1991); научно-технических конференциях ШЛ (1986-1991 гг.); секции "технологии судового машиностроения Научно-технического общества им.акадАНЖры-лова (Ленинград, 1989); Норсстенском машиностроительном заводе (1982-1989 гг„).
Публикации. Основное содержание работы изложено в
-
статьях, 5 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 8 отчетах по НИР. По результатам работы получено
-
авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 107 наименований и включает в себя 119 страниц текста, 38 рисунков к 2Л таблицы.
Автор защищает. Технологические решения автоматического
ввода вальцовки в трубы ТА при помощи ПР, в частности; I) но
вый способ позиционирования вальцовки по ЕГО, не зависящей
от нерегулярностей расположения отверстий в ТР; 2) математи
ческую модель НТР; 3) новый способ взаимной ориентации ПР и
ТА по двум трубам, расположенным в одном ряду ТР; 4) резуль
таты теоретического и экспериментального исследований погреш
ностей предложенного метода взаимной ориентации; 5) матема
тические зависимости, определяющие расчетные координаты труб .
в ТР ТА; 6) средства очувствления вальцовки в виде датчика
касания и результаты их экспериментальной проверки; 7) ре
зультаты теоретических и экспериментальных исследований
влияния конструкционно-технологических факторов ВС, погрет-
7 ностей взаимной ориентации и позиционирования вальцовки на вероятность автоматического ввода вальцовки в грубы при по-ыощй ПР; 8) результаты экспериментальной проверки влияния смещения осей вальцовки и трубы на точность контроля развальцовки.
