Введение к работе
Актуальность работы. Вопросы восстановления точности формы бандажей и роликов опорных узлов цементных печей не теряют своей актуальности, т.к. направлены на повышение долговечности узлов, износостойкости контактных поверхностей и повышения экономической эффективности печи в целом. Цементная печь - уникальное, крупногабаритное, дорогостоящее оборудование, ремонт и восстановление которого являются трудоемкими и ресурсоемкими процессами. Наиболее ответственной и наименее долговечной частью цементной печи являются ее опорные узлы, которые в результате действия избыточных нагрузок и наличия первоначальных дефектов приводят к отклонениям в работе цементной печи от номинальных режимов, и зачастую требуют внеплановых ремонтных работ, стоимость которых может быть соизмерима со стоимостью новых опорных узлов.
Практика ремонта бандажей и роликов цементных печей показала, что потери предприятий от простоя печей могут быть значительно снижены, с применением плановой восстановительной обработки поверхностей качения бандажей и роликов цементных печей без их демонтажа. Современная технология обработки бандажей и роликов основана на использовании мобильных оборудования и технологий. Ее успешно применяют БГТУ им. В.Г. Шухова, ЗАО ММК «Мосинтраст», зарубежные кампании и предприятия цементной промышленности. Разработаны различные конструкции станков, использующие при восстановлении процессы резания и шлифования. Достаточно глубоко исследованы технология, мобильные станки, схемы обработки, как в теоретическом, так и в практическом плане. Повысить точность и производительность обработки крупногабаритных тел вращения и уменьшить трудоемкость наладки и базирования станков, возможно с использованием управляемого резания и следящих суппортов. Известные схемы и теоретические разработки не реализуют для управляемого резания автоматическую поперечную подачу, отвечающую требованиям современной техники, в частности программного управления (ПУ). Концепция мобильного оборудования для обработки бандажей и роликов, основанная на принципах модульности и управляемого резания, предполагает реализацию адаптивного управления процессом обработки. Между тем, такой модуль, использующий последние теоретические наработки, элементную базу и отвечающий условиям обработки, пока не создан. Разработка теоретических предпосылок его
создания и применения позволит решить вопросы трудоемкости базирования станка, повышения производительности и качества обработки поверхностей качения. В связи с этим сделан вывод о необходимости совершенствования технологии ремонта с использованием принципов управляемого резания при бездемонтажной обработке путем разработки и применения универсального поперечного суппорта, имеющего возможность реализации адаптивного управления на базе линейного электрогидравлического шагового привода (ЛЭГШП).
Цель работы: совершенствование технологии восстановительной обработки крупногабаритных тел вращения для обеспечения необходимой точности поверхностей качения опорных узлов и повышения производительности токарной обработки на основе программного управления с использованием методов активного контроля.
Научная новизна работы:
разработана технология обработки поверхностей качения опорных узлов цементных печей с использованием принципов программного управления (ПУ) на базе линейного электрогидравлического шагового привода в составе системы с активным контролем точности;
получены математические выражения траектории движения инструмента мобильного станка с ПУ, позволяющие корректировать погрешность установки станка по результатам замера первого прохода;
получены выражения учета погрешности направления подачи, обусловленные погрешностью установки станка с ПУ и связанной с ней погрешностью несовпадения линии движения резца с теоретической осью вращения бандажа, позволяющие при необходимости производить коррекцию траектории обработки на этапе технологической подготовки;
разработаны рекомендации расположения измерительных средств и мобильного оборудования с ПУ относительно оси бандажа для обеспечения качества обрабатываемой поверхности за минимальное число проходов;
разработана модель оригинального привода, защищенная патентом, для реализации технологии с использованием ПУ на основании анализа механических и размерных связей известных линейных электрогидравлических шаговых приводов, их структуры, конструктивных особенностей и классификации;
— на основании анализа физических и функциональных связей ме
жду погрешностью воспроизведения, скоростью перемещения рабочего ор
гана (РО) и действующей статической нагрузкой, получены выражения для
расчета характеристик точности привода поперечной подачи встраиваемого станка - дискретности, жесткости привода, что позволяет обоснованно подходить к выбору режимов обработки;
выявлены физические связи в динамических процессах привода и разработана его эквивалентная структурная схема, что позволяет с использованием моделирования в системе Simulink доказать работоспособность привода;
разработаны рекомендации по технологии обработки поверхностей качения на базе микропроцессорного ПУ с ЛЭГШП, предлагающие алгоритмы обработки поверхностей традиционным способом; с использованием измерительной системы и ПУ, с использованием интеллектуальной системы управления с корректировкой траектории инструмента в составе адаптивной системы управления.
Практическая значимость работы: разработаны положения для реализации технологии обработки поверхностей качения опорных узлов цементных печей с использованием ПУ, активного контроля и оригинального линейного электрогидравлического шагового привода, предложены конструкции отдельных модулей встраиваемого станка, сокращающие время обработки.
Внедрение результатов работы: результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры ТМ БГТУ им. В.Г.Шухова, рекомендации по технологии обработки поверхностей качения приняты и используются при восстановительной обработке бандажей и роликов в ЗАО «Белгородский цемент», ОАО «Верхнебаканский цементный завод», г. Новороссийска.
Апробация работы: основные научные и практические результаты доложены и обсуждены на 1 международной конференции «Человек и природа. Проблемы экологии Юга России» (14-17 мая 2007 Анапа - Краснодар); на научно-практической конференции «Научные исследования, на-носистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (18-19 сентября, Белгород 2007); на 7-й Новороссийской научно-практической конференции (18-19 апреля 2007); на Научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Губкин, 2008, апрель); на Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия» (Губкин, сентябрь 2008); в научно-теоретическом журнале «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова» (Белгород, 2007); в Сборнике научных докладов 1 международной конференции «Человек и природа. Проблемы экологии Юга России»; в Научно-
теоретическом журнале Вестник БГТУ имени В.Г.Шухова (№1, Белгород, 2008); в «Сборнике научных трудов» ( Новороссийск, 2009); на XXI11 Международной науч. конф. (Саратов: - Сарат. гос. техн. ун-т, 2010); в патенте на полезную модель № 91746 Российская федерация); в Научно-теоретическом журнале Вестник БГТУ имени В.Г.Шухова (№2, Белгород, 2010); в научно-теоретическом журнале Известия Санкт-Петербургского политехнического государственного университета (№3, 2010).
На защиту выносятся:
методика обработки поверхностей качения опорных узлов с использованием мобильного оборудования, ПУ и линейного электрогидравлического шагового привода в составе системы с активным контролем точности;
соотношения, описывающие траекторию движения инструмента мобильного станка с ПУ, позволяющее корректировать погрешность его установки по результатам замера первого прохода для возможных схем погрешностей установки;
соотношения для учета погрешности направления подачи вершины резца, обусловленные погрешностью установки станка с ПУ, и позволяющие при необходимости производить коррекцию траектории инструмента;
методика расчета статических характеристик гидроусилителя линейного электрогидравлического шагового привода для встраиваемых станков и его основных показателей, обеспечивающих точность обработки поверхностей качения при реализации новой технологии;
методика исследования работоспособности гидроусилителя привода на основе анализа физических связей, операторной формы записи уравнений динамики работы его элементов и эквивалентной структурной схемы;
рекомендации по выбору компоновки ЛЭГШП и его установки на мобильном оборудовании с ПУ при обработке поверхностей качения цементных печей.
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 15 научных статей. Из них 2 работы входит в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, патент на полезную модель.
Вклад автора в проведенное исследование:
- разработана технология обработки поверхностей качения опорных узлов с использованием ПУ и линейного электрогидравлического шагового привода в составе системы с активным контролем точности;
получены соотношения, описывающие траекторию движения инструмента мобильного станка с ПУ, позволяющие корректировать погрешность его установки по результатам замера первого прохода при обработке поверхностей качения опорных узлов цементных вращающихся печей;
получены соотношения для учета погрешности направления подачи вершины резца, обусловленные погрешностью установки станка с ПУ, и позволяющие при необходимости производить коррекцию траектории инструмента;
впервые разработана методика расчета и модель линейного электрогидравлического шагового привода поперечной подачи встраиваемых станков с ПУ;
на основе анализа физических связей и операторной формы записи уравнений динамики, представленных в виде эквивалентной структурной схемы, и на экспериментальной установке доказана работоспособность привода;
- представлены рекомендации по выбору компоновки ЛЭГШП и его ус
тановки на мобильном оборудовании с ПУ при обработке поверхностей ка
чения цементных печей.
Объем и структура работы Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, общих выводов, содержит 151 страницу машинописного текста, включающего 8 таблиц, 65 рисунков, библиографический список использованной литературы из 109 наименований, 5 приложений на 19 страницах.
