Содержание к диссертации
Введение
1. Предпосылки создания приставных станочных модулей и обоснование необходимости бездемонтажного восстановления работоспособности крупногабаритных деталей промышленного оборудования 18
1.1. Крупногабаритные детали промышленного оборудования и технические требования, предъявляемые к ним 18
1.2. Назначение и технические требования, предъявляемые к несущим Звалам помольных мельниц 22
1.3. Назначение и технические требования к несущим и опорным узлам вращающихся длинных крупногабаритных агрегатов , 26
1.4. Современное состояние вопроса проблем восстановления работоспособности кр шногабаритных деталей без их демонтажа в условиях эксплуатации 31
1.5. Обоснование цели и задачи исследования 39
2. Исследование и анализ различных факторов, влияющих на потерю работоспособности крупногабаритных деталей промышленного оборудования, в результате изменения первоначальной геометрической формы.. 45
2.1. Исследование причин изменения геометрической формы несущих и опорных поверхностей деталей, в процессе эксплуатации вращающихся агрегатов 45
2.2. Исследование изменения формы цапф крупногабаритных валов в процессе эксплуатации 57
2.2.1. Анализ формообразования рабочей поверхности цапфы в процессе изготовления и длительной эксплуатации
2.3. Исследование и установление причин разрушения крупногабаритных деталей, предающих крутящий момент 65
2.4. Исследование причин, вызывающих колебательные процессы в системах водопроводов 75
2.5. Выводы 82
3. Исследование влияния изменения круглости вала на перемещение его оси в пространстве при базировании егонароликоопорах 85
3.1. Особенности базирования и формообразования валов в процессе эксшуапгации .85
3.2. Исследование возникновения смещения оси вращения вала в силу особенностей базирования при потери первоначальной формы „95
3.3. Выводы 102
4. Особенности создания приставных станочных модулей на основе нетрадиционного базирования при восстановлении работоспособности крупногабаритного шомьпгшенного оборудования без его демонтажа на месте эксплуатации 104
4.1. Технологическое направление разработки приставных станочных модулей для восстановления геометрической точности наружных и внутренних рабочих поверхностей крупногабаритных деталей без их демонтажа 104
4.2. Анализ технических решений приставных станочных модулей для восстановления работоспособности несущих и опорных деталей вращающихся печных агрегатов 108
4.3. Разработка и анализ конструкции приставных станочных модулей для обработки наружных и внутренних поверхностей едтшогабаритных валов большой длины 119
4.4. Разработка и анализ компоновочных и конструктивных решений приставных станочных модулей для чистовой обработки поверхностей крз пногабаритньк деталей типа валов... 129
4.5 Разработка и анализ компоновочных и констрз ктивных решений по созданию приставных станочных модулей для восстановленияработоспособности крупногабаритных деталей, передающих крутящий момент , , 135
4.6. Выводы 142
5. Исследование обеспечения точности обработки крупногабаритных деталей вращающегося типа приставными станочными модулями, выбор и исследование режущего инструмента 145
5.1. Анализ ограничений при ремонтной обработке деталей и определение области рабочих режимов на приставных станочных модулях. 145
5.1.1. Связь кинематических размерных цепей приставного станочного модуля и обрабатываемой детали 150
5.1.2. Обоснование точности формообразования и оценка точности обработки приставными станочными модулями 153
5.2. Исследование обеспечения точности формообразования при базировании вала на буртах имеющих отклонение от круглости в пределах допуска 160
5.2.1. Определение уравнения поверхности, получаемой при вращении ішлиндра с учётом перемещения его оси в пространстве 167
5.2.2. Определение траектории движения точки по поверхности катеноида, с целью обеспечения получения цилиндрической формы при обработке на приставном станочном модуле со сферическим основанием 170
5.2.3. Определение траектории движения точки идеальной цилиндрической поверхности, расположенной между двумя эллиптическими буртами, базирующимися на четырёх вращающихся опорах 174
5.2.4. Оценка формообразования цилиндрической поверхности вала при обработке в условиях эксштуатации 177
5.2.5. Исследование точности обработки вала при базировании его на буртах 180
5.2.6. Обоснование выбора режущего инструмента для обработки крзтщогабаритньк валов .188
5.2.7. Определение зависимости действительной площади среза от углов установки режущей чашки ротационного резца 196
5.3. Исследование влияния основных факторов на величину площади среза ротационного резца. 203
5.4. Выводы 216
6. Исследование факторов, влияющих на точность формообразования при ремонтном восстановлении крупногабаритных деталей приставными станочными модулями 219
6.1. Связь конструктивных и технологических факторов, опредшшющих качество обработки крупногабаритных деталей 219
6.1.1. Анализ упругой системы приставных станочных модулей для восстановления работоспособности деталей и узлов без их демонтажа 223
6.2. Особенность динамики приставных станочных модулей для обработки крзтшогабаритных деталей 231
6.2.1. Влияние сил действующих на приставной станочный модуль, на точность обработки внутренней поверхности вала 236
6.2.2. Исследование податливости суппорта приставного станочного модуля для обработки крупногабаритных валов 238
6.3. Исследование влияния места установки резца при обработке крупногабаритных валов на формообразование поверхности , 242
6.4. Исследование влияния контактной деформации опорных узлов вращающихся валов на точность обработки 254
6.4.1. Влияние конструкции опорного узла на смещение оси вала при установке на приставной станочный модуль , , .262
6.5. Колебания валов и влияния их на точность обработки на приставных станочных модулях 268
6.6. Смещение оси вала при обработке его с использованием в качестве баз подшипников скольжения , 274
6.6.1. Влияние гироскопического момента на погрешность обработки валов 278
6.7. Исследование обеспечения точности обработки соединительных поверхностей, передающих крутящий момент 281
6.7.1. Обеспечение точности при обработке отверстий во фланцевых соединениях 28]
6.7.2. Точность базирования сверлильного приставного станочного модуля 286
6.7.3. Достижение точности основных узлов приставных станочных модулей 288
6.7.4. Обеспечение точности при фрезеровании приставными станочными модулями .291
6.8. Выводы 297
7. Исследование методов и способов обеспечения необходимой шероховатости поверхности крупногабаритных вращающихся деталей приставными станочными модулями . 300
7.1. Определение взаимозависимости основных факторов ротационного
резания на величину шероховатости обработанной поверхности приставными
станочными модулями 300
7.1.1. Анализ влияния подачи режущего инструмента на шероховатость обработанной поверхности 304
7.1.2. Анализ влияния глубины резания на шероховатость поверхности
7.1.3. Анализ влияния радиуса режущей чашки резца на шероховатость поверхности 309
7.1.4. Анализ влияния угла поворота оси режущей чашки в горщонтальной плоскости на шероховатость обрабатываемой поверхности 310
7.1.5. Анализ влияния угла установки оси режущей чашки резца в вертикальной плоскости на шероховатость обрабатываемой поверхности 312
7.2. Обеспечение шероховатости обрабатываемых поверхностей крупно габаритных деталей приставными станочными модулями методами шлифования 328
7.2.1. Сравнительные результаты экспериментов и результатов расчета шероховатости 332
7.3. Выводы 334
8. Внедрение результатов исследований и разработок технологии восстановления работоспособности крупногабаритного оборудования на месте его эксплуатации при помощи приставных станочных модулей 336
8.1. Промышленное внедрение разработок 336
8.2. Экономическая эффективность внедренных разработок 353
Общие выводы 362
Список использованной литературы
- Назначение и технические требования к несущим и опорным узлам вращающихся длинных крупногабаритных агрегатов
- Анализ формообразования рабочей поверхности цапфы в процессе изготовления и длительной эксплуатации
- Исследование возникновения смещения оси вращения вала в силу особенностей базирования при потери первоначальной формы
- Анализ технических решений приставных станочных модулей для восстановления работоспособности несущих и опорных деталей вращающихся печных агрегатов
Введение к работе
з
Актуальность работы. Развитие промышленности страны в переходный период развития рыночных отношений требует разработки новых передовых технологий, обеспечивающих рост производства выпуска продукции на имеющимся оборудовании пока не создадутся капитальные накопления на приобретение новых технологий и оборудования.
Однако, необходимо как старому так и новому оборудованию, путем продления срока эксплуатации увеличивать срок сохранения работоспособности, особенно это актуально для крупногабаритного вращающегося оборудования, т.к. оно подвержено различным формам воздействия переменных нагрузок, вибрации, температурным и климатическим условиям окружающей среды в связи с тем, что работает под «открытым» небом, наличия большого количества пыли и т.д.
Одной из причин потери работоспособности оборудования являются нарушения технологии сборки и монтажа и неточности стыковки узлов при установке этого оборудования в условиях эксплуатации. Эти нарутпения при монтаже оборудования возникают из-за наличия большого ручного труда, при выполнении различных подгоночных работ.
В процессе эксплуатации в результате нарушения технологии изготовления деталей и узлов, неточности монтажа, нарушения инструкций по эксплуатации, климатических условий и т.д. крупногабаритное оборудование теряет работоспособность из-за нарушения геометрической формы входящих в него деталей.
Для дальнейшей эксплуатации оборудования необходимо производить своевременное восстановление рабочих поверхностей, но для осуществления этой задачи промышленное предприятие должно иметь механизированный парк станков, которые обеспечивали бы ремонт деталей крупногабаритного оборудования в условиях эксплуатации без остановки технологического процесса производства продукции.
Наличие станков, которые можно устанавливать на, под или рядом с восстанавливаемой деталью или узлом, позволяет сократить время ремонта, увеличить срок эксплуатации оборудования, получить дополнительный выпуск продукции и механизировать ремонтные работы с обеспечением их качества.
Следовательно, появилась потребность в создании приставных станочных
модулей и технологии производства работ по восстановлению крупногабаритных
деталей в условиях их эксплуатации. .
Представленная работа выполняется в соответствии с отраслевой комплексной научно-технической программой МПСМ СССР от 2.01.86 «Создание научных основ эксплуатации и ремонта оборудования предприятий МПСМ СССР с разработкой инженерных решений по его совершенствованию».
Объект и предмет исследования. Основным объектом исследования является крупногабаритное промышленное оборудование для производства и хранения различных материалов. Предметом исследования являются методы и способы восстановления работоспособности крупногабаритного оборудования без его демонтажа в условиях экспортации, технологии и оборудование для производства этих работ.
Цель работы разработка основ создания эффективных технологических методов
и способов восстановления работоспособности деталей крупногабаритного
промышленного оборудования без его демонтажа в условиях эксплуатации
на основе анализа потери работоспособности, для увеличения объема
выпуска продукции за счет снижения времени простоя оборудования в
ремонте и себестоимости ремонтных работ с использованием приставных
станочных модулей. !
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
-
Обобщение и развитие представлений о причинах и процессах потери работоспособности крупногабаритного оборудования с учетом особенностей условий эксплуатации, монтажа и формирования изменений геометрической формы в течении срока использования промышленного агрегата, а так же получение исходной информации на основании вышеназванных причин о сроках, методах и способах проведения профилактического ремонта оборудования без его демонтажа.
-
Разработка научно-обоснованной математической зависимости движения оси вращения цилиндра в пространстве при изменении круглости .формы поверхности катания при базировании его на вращающихся опорных роликах или подшипниках скольжения, расположенных на сферических поверхностях.
-
Разработка научно-обоснованного направления для создания приставных станочных модулей, обеспечивающих восстановление геометрической
точности рабочих поверхностей крупногабаритного промышленного оборудования с целью сокращения сроков ремонта эксплуатируемых агрегатов и обеспечивающих выпуск продукции без остановки технологического производственного процесса.
-
Разработка научно-обоснованной методики расчета обеспечения точности восстановления крупногабаритных деталей в условиях эксплуатации без их демонтажа на основе образцов новой приставной техники, которую можно устанавливать под, на или рядом с обрабатываемым узлом и выявление основных технологических задач, вытекающих из условий применения нестационарного оборудования.
-
Разработка комплексной методики оценки процессов, происходящих при ремонте оборудования и влияние геометрических параметров режущего инструмента, обеспечивающих требуемое качество поверхности, проведение опытно-промышленных работ с целью выдачи рекомендаций по совершенствованию технологических процессов восстановления работоспособности агрегатов с применением приставных станочных модулей.
Научная новизна работы состоит в решении важной научной и народнохозяйственной проблемы выявления и обоснованного применения технологических методов и способов восстановления работоспособности крупногабаритных деталей промышленного оборудования, без их демонтажа в условиях эксплуатации при помощи приставных станочных модулей созданных в результате обобщения и развития научных представлений и раскрытия связей в технологических процессах, обеспечивающих точность и качество обрабатываемых деталей.
1. Выявлены и установлены причины, влияющие на потерю работоспособности крупногабаритного промышленного оборудования, на основе которых разработаны технологические методы и способы восстановления его работоспособности в условиях эксплуатации без остановки технологического процесса производства продукции.
2. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность
восстановления приставными станочными модулями различных
поверхностей крупногабаритных деталей, потерявших работоспособность в процессе эксплуатации и теоретически обоснованы технологические методы и способы обеспечения точности восстанавливаемых крупногабаритных деталей в
условиях их эксплуатации при помощи приставных станочных модулей, позволяющих обеспечить обработку различных поверхностей этих деталей.
3. На основании теоретических исследований получены математические
зависимости обеспечения точности обработки крупногабаритных деталей при
базировании приставного станочного модуля на восстанавливаемой детали или
рядом с ней и при базировании детали на приставном станочном модуле.
4. Разработана математическая модель обеспечения требуемой
шероховатости обработанной поверхности крупногабаритных деталей
промышленного оборудования, позволяющая оптимизировать параметры и
угла установки резца, и режимы обработки.
5. Разработанная новая технология восстановления крупногабаритного
оборудования без его демонтажа в условиях эксплуатации с применением
приставных станочных модулей позволяет на основе созданного алгоритма
прогнозировать наступление сроков восстановления оборудования и на основе
анализа технического состояния устанавливать срок, выбор станочных
модулей, режущего инструмента и технологии обработки с учетом конкретных
условий эксплуатации.
На защиту вьшоснтся;
результаты исследований причин потери работоспособности крупногабаритных деталей промышленного оборудования;
влияние особенностей базирования на формообразование крупногабаритных деталей, восстанавливаемых без их демонтажа в условиях эксплуатации при потере геометрической точности базирующих поверхностей;
- новый способ обработки крупногабаритных валов в условиях
эксплуатации при базировании вала одной цапфой на собственной
подвижной опоре и второй - на приставном станочном модуле с
автоматическим слежением за движением оси вращающегося вала;
обоснование новых решений конструкции приставных станочных модулей для восстановления рабочих поверхностей различной формы на крупногабаритных деталях без их демонтажа;
технологические направления по разработке приставных станочных модулей для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения крупногабаритных валов без их демонтажа;
- методика расчета определения движения режущего инструмента для
обеспечения точности формообразования цилиндрического тела при ба-
зировании его на вспомогательных базах, имеющих отступление от круглости;
обоснование выбора режущего инструмента, определение зависимости площади среза от углов установки режущего инструмента и основных параметров при обработке цилиндрических деталей;
разработка математической модели расчета шероховатости обработанной поверхности крупногабаритных деталей приставными станочными модулями, которая позволяет оптимизировать углы установки резца, его параметры и режимы обработки.
Внедрение результатов работы: результаты работы внедрены на следующих промышленных предприятиях Российской Федерации и странах СНГ: ОАО Осколцемент (1997, 2002 г.); ЗАО «Белгородский цемент» (2003 г.); ООО «Завод Невской Ламинат» (2005 г.); АО «Каспицемент» (2004 г.); Разданский цементный завод (1990 г.); Каспский цементный завод (1990 г.); Старооскольскии цементный завод (1987... 1990); Всесоюзный трест «Союзцемремонт»(1990г.); Карачаево - Черкесский цемзавод (1985 - 1988).
По результатам работы внедрено:
методология разработки технологических процессов обработки изношенных базовых поверхностей кр>тшогабаритнььх деталей промышленного оборудования без их демонтажа в условиях экспл>итации с использованием приставных станочных модулей на основе нетрадиционного базирования;
новые технологии восстановления изношенных рабочих поверхностей крупногабаритных деталей типа валов, зубчатых колес, барабанов, емкостей, бандажей и т.п. без их демонтажа в условиях эксплуатации;
-технологические основы проектирования приставных станочных модулей и технологической оснастки, обеспечивающей работу этих модулей, для реализации технологий восстановления крупногабаритньгх деталей;
-разработаны, изготовлены и внедрены констр>тщии приставных станочных модулей для ремонтного восстановления крупногабаритных деталей без их демонтажа.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс БГТУ, БИЭИ и используются при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафед-
pax: «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки», «Подъемно-транспортные и дорожные машины».
По научным и конструкторским разработкам изготовлена партия приставных станочных модулей и внедрена на промышленных предприятиях.
Общий экономический эффект от внедрения разработок при обработке одной детали в ценах до 1992г составил 511,165 тыс. руб., от внедрения с 2002г. по настоящее время составил 1729 тыс, руб.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, республиканских и отраслевых научно-технических конференциях и получили положительное одобрение: ,
- на всесоюзной конференции «Фундаментальные исследования и новые
технологии в строительном материаловедении», Белгород, 1989г.;
на совещании «Внедрение в производство и строительство прогрессивных строительных материалов», Ровно, 1990 г.;
на заседаниях отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Повышение надежности оборудования промышленности строительных материалов», БТИСМ им. И. АТришманова, 1987 - 2005 г.;
на совещаниях В.О. «Союзцемремоіп», 1988 -1990 г.;
на совещаниях в Главцементе МПСМ СССР, г. Москва, 1988 -1990г.;
на совещаниях главных специалистов цементных заводов г. г. Раздан, Каспии, Старый Оскол, Белгород, 1987 - 1990 г.;
на международной конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций», Белгород, 1995г.;
на международной конференции «Промышленность строительных материалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений», Белгород, 1997 г.;
- на международной научно-технической конференции «Интерстроймех
- 98», Воронеж, 1998г.;
на международной научно-практической школе-семинаре молодых ученых и аспирантов ; «Передовые технологии в промышленности и строительстве XXI века», Белгород, 1998 г.;
на всероссийской научно-практической конференции «Современные
на международной конференции «Сооружения, констр}теции, технологии и строительные материалы XXI века», Белгород, 1999 г.;
- на международной научно-технической и конференции «20-летие
старооскольского филиала МИС и С», Старый Оскал, 1999 г.:
- на международной научно-практической конференции «Качество, безопасность,
энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и
строительстве на пороге XXI века», Белгород, 2000 г.;
на международной научно-технической конференции «Новые конкурентоспособные и прогрессивные технологии, машины и механизмы в условиях современного рынка», Могилев, 2000 г.;
- на международном конгрессе «Современные технологии в промышленности
строительных материалов и стройиндустрии», Белгород, 2003г.;
на международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», Белгород, 2005 г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 71 научная работа, монография, учебное пособие с грифом УМО, получено 9 авторских свидетельств и патентов.
Структура диссертации включает: введение, восемь глав, заключение, приложение, список литературы, включающий 213 источников. Общий объем диссертации 445 страницы, включая 153 рисунка, 16 таблиц, приложения на 53 стр.
Назначение и технические требования к несущим и опорным узлам вращающихся длинных крупногабаритных агрегатов
Непрерывное возрастание важнейших характеристик машин вызывает систематическое увеличение габаритных размеров и массы основных деталей с одновременным повышением требований к качеству их обработки. Например, размер засыпных аппаратов доменных печей возрос до 65 00 мм, а требования к зазорам между контактными поверхностями конуса и чаши увеличились до 0,03 мм. Скорость прокатки листовой стали увеличилась до 50 м/с; при этом точность в зацеплении передач крупных редукторов с 8...9-й степеней повысилась до 6...7-й степени. Усилия в гидравлических прессах возросли до 75000 тс, а в связи с этим точность обработки плоскостных деталей повысилась до 0,03 мм/м. Шероховатость бочки роликов рольгангов для прокатки алюминиевых листов должна соответствовать Ra=O,16...0,04 мкм.. Высокоточные машины требуют, чтобы овальность и конусообразность цилиндрических поверхностей находилась в пределах половины и даже четверти поля допуска на размер. При обработке шеек крупногабаритных опорных валков с размером бочки І800...2200 мм, массой до 130 т для автоматизированных прокатных станов предъявляются повышенные требования к точности формы и расположения поверхностей: непрямолинейность образующих и радиальное биение относительно бочки должны быть в пределах до 0,01 мм. Ролики и валки диаметром 300...900 мм и длиной 3000...9000 мм для прокатных станов металлургических заводов, требуют высокую точность по овальности, конусности и биению по посадочным шейкам.
Листогибочные вальцы для изготовления обечаек железнодорожных цистерн диаметром до 3000 мм и длиной до 10000 мм изготавливаются по шестому квалитету с требованием к конусности и овальности по длине обечайки половины допуска на диаметр.
Валы с цапфами для бумагоизготовительных машин диаметром 355 мм и длиной рубашки 6063 мм и под обрезиненование изготовляют по шестому квалитету, но требование к шероховатости не высокое, в связи с нанесением покрытия,
В химической, нефтегазовой промышленности ёмкости для хранения продукции во фланцевых соединениях имеют большое количество призонных болтов, устанавливаемых по посадке. Плоскостность фланцев выполняется в пределах до 0,03 мм/и, а отверстия - под посадку болтов.
В различных отраслях промышленности используются крупногабаритные узлы и детали. Отверстия в корпусных деталях служат для З становки в них подшипников скольжения или качения. Отверстия часто располагаются по одной оси большой протяжённости на двух участках и более, которые служат опорами для подшипниковьж узлов, в связи с чем общая длина обрабатываемых поверхностей возрастает, что вызывает дополнительные технологические затруднения. Дисковые детали типа зубчатых колёс, звёздочек, маховиков и других могут иметь отверстия большого и малого диаметра. Заготовки корпусных деталей представляют собой стальные и чугунные отливки или металлоконструкции. Материалами стальных отливок являются стали 25Д ЗОЛ, 35Л и др. Металлоконструкции могут быть изготовлены сварными из проката, сварно-литыми или еварно-кованными и т.д. Дисковые детали изготавливают из стальных поковок или отливок тех же марок, что и корпусные детали, и некоторые детали этого класса - из легированных литых сталей.
Иногда в заготовках, особенно в отливках крупногабаритных деталей, встречаются раковины, неметаллические включения и др., которые увеличивают шероховатость поверхности и которые отрицательно влияют на износ режущего инструмента при обработке.
Габаритные размеры большинства крупногабаритных корпусных деталей следующие: длина более 500 мм, ширина более 300 мм, высота более 300 мм, масса более 1 т. К дисковым деталям с точными центральными отверстиями относятся детали, имеющие следующие габаритные размеры: наружный диаметр более 1000 мм, высоту более 200 мм, массу более 1 т. Диаметры обрабатываемых отверстий в корпусных деталях могут быть более 300 мм, в дисковых деталях более 150 мм.
Для отверстий корпусных деталей характерными требованиями являются: 1) точность размеров - 1...8 квалитет для всех деталей с любым числом осей; 2) овальность и конусность от V. до целого поля допуска в зависимости от типа детали, устанавливаемой в отверстие; 3) непараллельность, не перпендикулярность в пределах 0,03...0,5 мм/м.
К качеству обработки отверстий в дисковых деталях предъявляются высокие требования по точности размера (7...8 квалитет) и радиальному биению (0,05...0,15 мм) относительно наружной поверхности. Шероховатость отверстий в корпусных и дисковых деталях в основном соответствует 1 =2,5.,. 0,63 мкм.
Шейки прокатных валков служат установочными поверхностями в подшипниковых узлах, а бочки представляют собой поверхности, формообразующие прокатываемые профили металла,
Точность и шероховатость поверхностей шеек валков такие же, как и шеек валов. Бочки валков изготавливают, как правило, с припуском, а окончательную «калибровку» вшіков горячей и холодной прокатки в зависимости от прокатываемого профиля производят на вальцетокарных и вальцешлифовальных станках в механических цехах металлургических заводов. Поэтом)? требования к качеству обработки бочек на машиностроительных заводах ограничиваются лишь шероховатостью =2,5-0.63 мкм.
Наружные цилиндрические поверхности штоков, цилиндров, плунжеров обычно гладкие или с небольшим числом ступеней. Штоки, колонны и другие подобные им детали изготавливают из конструкционной или легированной статей.
Анализ формообразования рабочей поверхности цапфы в процессе изготовления и длительной эксплуатации
Преимущества и технологические возможности использования приставных станков при ремонте крупногабаритного пресса на месте его эксплуатации описаны в работе Промысловского В. В., и Задирикова В. Ф. [78].
Западные фирмы, выпускающие стационарные металлообрабатывающие станки, такие как «Pfauter» и «Deckel» (Германия), «Ciwa» (Италия) и др. в настоящее время ведут исследования и работы по разработке и созданию первых приставных, или как они называют «нестационарных» станков.
Одним из узких мест является обработка отверстий в условиях эксплуатации оборудования. Во Франции создан приставной станок решающий в некоторых случаях эту задачу [211]. Обработка отверстий в валах большого диаметра даже на стационарном оборудовании требует больших трудозатрат.
В Германии проводятся работы по созданию приставных станков [206], а некоторые фирмы включают в свой гоган такие работы У них созданы станки для обработки труб и кругошлифовальный станок [211 ].
В Японии создаются станки, которые можно использовать в стационарных условиях и приставными [207].
Использование приставных станков, различной конструкции позволит обрабатывать практически поверхности любой конфигурации в условиях эксплуатации промышленного оборудования без его демонтажа [2, 3,140,152].
Исследования показывают, что применение приставных станочных модулей для ремонта крупногабаритного оборудования исключает целый ряд трудоёмких и дорогостоящих операций, которые исполняются на стационарном оборудовании. Применение приставных станочных модулей на ремонтных работах позволяет исключить транспортировку негабаритных деталей на машиностроительные предприятия, а, следовательно, сократить простои оборудования. Применение таких модулей позволяет не только сократить сроки монтажно-ремонтных работ, но и повысить качество этих работ. При помощи таких модулей можно выполнять практически любые работы, связанные с металлообработкой и обеспечивать необходимую точность.
Для проведения обработки соединяемых и ремонта изношенных поверхностей, необходимо иметь информацию, дающую сведения о геометрических размерах и их отклонениях, а при ремонте - данные об износе или разрушении. В работах Телещевского В. И., Радковича Я. М и др. рассмотрены вопросы методологической оценки точности с использованием прямых и косвенных методов измерения, включая вибромониторинг.
Основы технологии машиностроения, в разработку которых внесли крупный вклад Корсаков В. С, Балакшин Б. С, Капустин Н. М, Гусев А, А., Калашников А. С. и ряд других учёных, позволяют пользоваться этими трудами, как основой для развития новых технологий по монтажу и ремонту7 оборудования при помощи приставных станочных модулей в условиях эксплуатации, в некоторых случаях не прерывая технологический процесс производства продукции.
В процессе обработки при помощи приставных станков решается вопрос управления и обеспечения точности на основе работ учёных Новикова О. А, Кузнецова А. М., Кузнецова П. М.5 Тимирязева В. А. и целого ряда выдающихся учёных.
Применение приставных станков невозможно без современного режущего инструмента, который обладает необходимой стойкостью, обеспечивает требуемую шероховатость поверхности и повышает производительность труда. Решения этих задач отражены в работах Землянского В. А., Керщенбаума В. Я. и др. [52,79, 80... 84].
Вопросами обработки крупногабаритных деталей предприятий цементной промышленности посвящен ряд работ выполненных в отраслевой лаборатории Белгородской Государственной Академии строительных материалов [119... 125,139... 144,147... 149]. В этих работах рассматриваются вопросы ремонтного восстановления крупногабаритного оборудования, которое невозможно транспортировать на промышленное предприятие для ремонта, так как это требует огромные трудозатраты и финансирование, в связи с тем, что детали и узлы имеют большую массу и размеры Основным направлением в этих работах является обеспечение точности формообразования поверхностей качения, при обработки их в условиях эксплуатации без демонтажа приставными станками. До появления этих работ такие вопросы в технологии машиностроения не рассматривали.
Исследования Гебеля И. Д, Прохорова А Ф., Черпакова Б. И. [57... 62] сводятся к формообразованию при бесцентровой обработке.
С первого взгляда они сходны с рассматриваемыми вопросами в БІТУ им. Шухова В.Г., но на самом деле это разные направления, т.к. в работах БГТУ рассматриваются вопросы обработки детатей массой более 60 тонн, диаметром до 7,5 метров и температуре до 250 С, имеющих индивидуальный привод вращения от электродвигателя и вращающихся на подвижных опорах или подшипниках скольжения.
В работах Гебеля И. Д. и др. теоретической базой для описания формообразования цилиндрических поверхностей являются ряды Фурье, которые не учитывают особенностей бандажей. Сущность метода заключается в том, что сложные функции можно представить в виде геометрического ряда, а коэффициенты находят по формулам Эйлера-Фурье.
Вопросы бесцентрового шлифования рассмотрены в трудах Гебеля И. Д. [57, 58], с точки зрения базирования детали на неподвижных опорах. Он исходит из того, что опоры точечные, т.е. идеальные и получает шалитическую зависимость колебания размера радиуса Однако этот способ приемлем для деталей малых размеров и базир тощихся на двух неподвижных опорах.
Исследование возникновения смещения оси вращения вала в силу особенностей базирования при потери первоначальной формы
В процессе изготовления и эксплуатации цапф валов из-за нарушений в технологических процессах изготовления формируются определённые наследственные дефекты, которые при эксплуатации вызывают повышенный износ цапф. В результате появляется износ поверхности скольжения, вследствие чего цапфа теряет цилиндрическую форму и приобретает форму близкую к гиперболоиду [176] или катеноид} [22,28,139].
Наиболее ярко проявляется износ цапф помольных и сырьевых мельниц, в связи с тем, что мельницы в рабочем состоянии имеют массу до 36000 кг и эксплуатируются в непрерывном режиме работы. Перемещение помольных шаров и обрабатываемого сырья при вращении мельницы и падение их с высоты равной 2/3 диаметра мельницы вызывает ее смещение на подшипниках скольжения и смещение вектора нагрузки.
Факторы, влияющие на искажение поверхности катания мельниц, можно разделить на три основные группы. К первой группе относятся наследственные факторы, т.е. обусловленные технологией обработки рабочих поверхностей. При нарушении технологических процессов обработки возникают повреждения поверхностного слоя металла в виде деформации структурных решёток, прижогов, шаржирование, когда частицы абразивного инструмента внедряются в обрабатываемую поверхность. Немаловажны и такие факторы, как погрешность формы и точность сопряжения.
Проведённые исследования показывают, что длительность приработочного периода цапфы с подшипником составляет от 100 до 500 ч работы мельницы. Именно в этот период складываются оптимальные условия работы сопряжения цапфа- подшипник.
Ко второй группе относятся конструктивные факторы. Они зависят от правильного подбора пары материалов цапфа- подшипник. Многолетний опыт эксплуатации установил, что лучшее сочетание это сталь 35Л (ГОСТ 977-75) и баббит марки Б-16, Б-63, Б-84 (ГОСТ 1320-74). Оно оптимально для таких оборотов и нагрузок. Значительную роль для длительности работы такой пары играет смазка.
Третья группа - экашуатациошше факторы, включающие предэксплуатационную подготовку сопряжения, периодическое диагностико-профилактическое обслуживание путём устранения отдельных дефектов на контактных сопряжениях и ремонтное обслуживание.
В процессе эксплуатации под действием нагрузки мельницы происходит износ цапфы, в результате чего на её поверхности появляются различные дефекты. На основании анализа состояния и эксплуатации шаровых трубных мельниц на Ангарском, Днепродзержинском. Каменец-Подольском, Кузнецком, Магнитогорском и других цементных заводах установлено, эксплуатация мельниц невозможна, если появляются атедующие виды дефектов: а) корсетность; - для цапф диаметром от 800 мм до 1200 мм 2,5 мм -от 1200 мм до 1800 мм 5,0 мм б) дефекты с отрицательной кривизной (впадины, выработки). - для цапф диаметром от 800 мм до 1200 мм , 3,0 мм - для цапф от 1200 до 1800 мм 5,0 мм в) забоины, задиры, царапины, заусенцы, риски глубиной 3,0 мм Распространённой причиной выхода из строя цапф трубных мельниц является изменение формы рабочих поверхностей в результате длительной эксплуатации, а также встречаются дефекты рабочих поверхностей: трещины, задиры, риски, забоины. Невозможность эксплуатации агрегата наступает в том случае, когда величины указанных элементов достигают критических значений. Наиболее часто встречается разрушение подшипников скольжения и налипание баббита на поверхность цапфы (рис. 2.12).
Анализом статистических данных установлено, что восстановление работоспособности цапф путем ее замены вызывает длительные простои мельницы в связи с отсутствием специального оборудования, в следствии чего необходимо прерывать технологический процесс изготовления цемента
На основании априорной информации установлено, что срок цапф до первого капитального ремонта составляет 10 лет, при условии соблюдения требований эксплуатации. Но в процессе изготовления в результате нарушения технологических процессов, неточности изготовления, закладываются наследственные дефекты, которые, при эксплуатации вызывают повышенный износ цапф, и тогда в процессе эксплуатации появляется износ рабочей поверхности, вследствие чего цапфа теряет цилиндрическую форму и приобретает форму катеноида или эллипсоида. В результате чего возникает необходимо заменить цапфовый узел. Из анализа сбора данных на цементных заводах установлено, что период простоя мельниц, связанный с заменой изношенных цапф колеблется в пределах 38...50 часов, что выражается в потере выпускаемой продукции 1000... 10000 тонн цемента
Анализ технических решений приставных станочных модулей для восстановления работоспособности несущих и опорных деталей вращающихся печных агрегатов
При обработке крупногабаритных деталей без их демонтажа при помощи приставных станочных модулей, возникают специфические технологические и конструктивные задачи, которые в корне отличаются от задач при обработке этих деталей на стационарных станках.
Одной из первых специфических задач является решение вопроса о возможности устранения дефекта (неисправности) детали приставным станочным модулем, без ее демонтажа, [21,27,33,34,41,42,183,185,187,189] Это необходимо с той целью, что в отличии от стационарного станка, приставной станочный модуль устанавливается на или рядом с обрабатываемой деталю, в результате чего происходит базирование модуля на деташи, а не детали на станке.
Следовательно, необходимо решать вопрос о таком базировании станочного модуля, когда установка модуля на детали или рядом с ней обеспечивает необходимую точность и шероховатость обработанной поверхности, т.е. формообразующие движения должны обеспечить данные требования.
Одной из особенностей обработки внутренних и наружных поверхностей вращения (помольных мельниц, сушильных барабанов и т.д.) является то, что привод их вращения находится не на станочном модуле, а вращающий момент передает через систему валов и редукторов.
Это накладывает отпечаток на конструкцию приставного станочного модуля тем, что он обладает только продольной и поперечной подачей, а частота вращения детали зависит от промежуточной системы привода ее вращения от двигателя.
В зависимости от сложности конструкции приставного станочного модуля движения подач могут быть ручными, автоматическими с дистанционным управлением.
Технологические задачи, которые необходимо решать приставными станочными модулями для восстановления работоспособности крупногабаритного оборудования накладывают свой отпечаток на конструкцию станочного модуля.
Основной перечень поверхностей подлежащих восстановлению в условиях эксплуатации: - наружные поверхности вращения, к ним относятся бандажи печных агрегатов; сушильных барабанов; поверхностей цапф и валов; валки прокатных станов, валы бумагоделательных машин; опорные ролики; несущие узлы помольных и сырьевых мельниц, валы листоформовочных машин; - внутренние поверхности вращения: это загрузочные и разгрузочные цапфы помольных агрегатов ; горловины цистерн и сосудов большого размера и работающих под давлением; поверхности радио - и солнечных локаторов, поверхности емкостей кислотных хранилищ, гильзы гидроцилиндров большого диаметра; - торцевые поверхности фланцевых соединений валов; обработка труб большого диаметра под сварку и трз б работающих под давлением; поверхности фланцевых соединений ёмкостей в химической промышленности; торцы бандажей обжиговых печей и барабанов под гидроупор; - сверление отверстий: во фланцевых соединениях валов передающих крутящий момент; во фланцевых соединениях хранилищ химической промышленности; в венцовых шестернях обжиговых печей; в труднодоступных фланцевых соединениях помольных мельниц; во фланцевых соединениях крышек и корпусов помольных и сырьевых мельниц; в приводных валах дробилок горного сырья и т.д.; - фрезерование поверхностей: крупногабаритные зубчатые колёса; торцевые поверхности сварных бандажей; снятие усиления сварного шва на не транспортабельных деталях (обечайки печей, мельниц, барабанов и т.д.); шлицевые и шпоночные соединения; - шлифование поверхностей любой конфигурации и назначения, требующих высокую шероховатость поверхности;
Таким образом, конфигурации модульных станочных модулей должны быть разнообразные и выполнять все вышеперечисленные операции и в тоже время необходимо обеспечивать точность базирования вне зависимости от места установки модуля.
Для проектирования приставных станочных модулей для обработки крупногабаритных деталей необходимо решить следующие задачи, которые можно разделить на несколько этапов. К первому этапу относятся: определение геометрической формы детали подлежащей восстановлению; - определение размеров и возможности доступа к обрабатываемой поверхности; - определение величины отклонений размеров изношенной детали относительно первоначальных размеров; - выявление технических требований к детали по геометрическим размерам и шероховатости поверхности; - определения метода и способа обработки детали с обеспечением соблюдения технических условий; - определение исполнительных движений приставного станочного модуля и выбор режущего инструмента с целью обеспечения точности и качества обрабатываемой детали для обеспечения требований для восстановления работоспособности агрегата.
Имея исходные данные, для восстановления работоспособности крупногабаритных деталей, формируется служебное назначение приставного станочного модуля, на основании которого разрабатывается станочный модуль. Станочные модули такого типа узконаправленные, т.к. они создаются для конкретных деталей и работы в конкретных условиях. В связи с этим необходимо рассматривать некоторые специфические вопросы перед окончательной разработкой модуля.
К этим проблемам относятся: - определение формообразующих движений приставного станочного модуля в зависимости от метода и способа обработки поверхности конкретной детали; - разработка структурной схемы движения режущего инструмента и возможности перенастройки на другой инструмент с целью обеспечения точности и шероховатости обрабатываемой поверхности; - разработка метода и способа базирования станочного модуля на, под или рядом с обрабатываемой деталью; - расчёт усилия на режущем инструменте, нагрузок на звенья кинематической цепи и расчёт мощности; - разработка деталей и узлов станочного модуля. На заключительном этапе необходимо решить задачи обеспечения необходимого качества обрабатываемой детали приставным станочным модулем, с этой целью следует; - определить погрешность базирования приставного станочного модуля относительно обрабатываемой поверхности детали с целью обеспечения наименьшей погрешности формообразования; - в случае единственного способа базирования станка, выяснить возможность обеспечения точности обработки;
