Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема обеспечения точности формы и условий контакта поверхностей качения бандажей и роликов технологических барабанов. Цель и задачи исследования 15
1.1. Со стояние проблемы обеспечения точности формы и условий контакта поверхностей качения бандажей и роликов при сборке и в процессе эксплуатации технологических барабанов 15
1.2. Анализ служебн ого назначения и конструкции опор технологических барабанов и технических требований к их поверхностям 23
1.2.1. Бандажи и основные технические требования, предъявляемые к ним 24
1.2.2. Опорные ролики и основные технические требования, предъявляемые к ним 33
1.2.3. Материал для изготовления бандажей и роликов и состояние их поверхностей качения 38
1.2.4. Требования к форме и расположению пятна контакта поверхностей качения бандажей и опорных роликов 40
1.2.5. Обоснование необходимости обработки бандажей и опорных роликов 45
1.2.6. Выявление связей, определяющих точность межосевых размеров и поворота поверхностей качения опорных роликов и бандажей 53
1.3. Обоє нование цели и задачи исследования 58
2. Определение оптимальной формы образующих и условий контакта поверхностей качения опор технологических барабанов 64
2.1. Опре деление формы образующих поверхностей качения бандажей и роликов 64
2.2. Опре деление условий контакта бандажей и роликов 76
2.2.1. Математическая модель определения условий контакта цилиндрических бандажей и роликов 81
2.2.2. Математическая модель определения условий контакта бандажей и роликов нецилиндрической формы 98
2.2.3. Определение осевой составляющей силы при контакте бандажей и роликов 106
2.3. Выводы 107
3. Формирование погрешности обработки образующих поверхностей качения бандажей и роликов 109
3.1. Обос нование необходимой конструктивной схемы и технологических возможностей мобильного оборудования 109
3.2. Форм ирование погрешности обработки образующих поверхностей качения в результате упругих отжатий направляющей мобильного оборудования 113
3.2.1. Обработка поверхности качения бандажа в зоне II 113
3.2.2. Обработка поверхности качения опорного ролика в зоне II 130
3.3. Форм ирование погрешности обработки образующих поверхностей качения в результате деформации опор мобильного оборудования ... 137
3.4. Форм ирование погрешности обработки образующих, вызываемой неточностью изготовления и установки мобильного оборудования.. 152
3.5. Форм ирование погрешности обработки образующих поверхностей качения, вызываемой регулярным износом инструмента 165
3.6. Выводы 177
4. Формирование погрешности обработки направляющих поверхностей качения бандажей 178
4.1. Форм ирование погрешности направляющих поверхностей качения бандажей при обработке в зонах II или III 179
4.2. Форм ирование погрешности направляющих поверхностей качения бандажей при обработке с использованием адаптивной технологической системы 189
4.3. Форм ирование погрешности направляющих поверхностей качения бандажей при обработке динамическим самоустанавливающимся суппортом с различными типами базовых поверхностей 201
4.3.1. Обработка динамическим самоустанавливающимся суппортом с базовыми поверхностями в виде роликовых блоков 201
4.3.2. Обработка динамическим самоустанавливающимся суппортом с плоскими базовыми поверхностями 221
4.4. Выводы 233
5. Исследование формообразования при компьютерном моделировании обработки бандажей и роликов 234
5.1. Исследов ание формообразования направляющих поверхностей качения бандажей 234
5.2. Исследов ание формообразования направляющих поверхностей качения при обработке бандажей с использованием адаптивной технологической системы 24]
5.3. Оптим изация обработки направляющих поверхностей качения бандажей в зонах II или III 252
5.4. Оптим изация обработки направляющих поверхностей качения бандажа в зоне 1 262
5.5. Оптим изация обработки бандажа динамическим самоустанавливающимся суппортом с блоками роликов 270
5.6. Исследов ание формообразования образующих поверхностей качения бандажей и роликов и характеристик их контакта 277
5.7. Выводы 291
6. Технологическая концепция проектирования мобильною оборудования и экспериментальное исследование формообразования при обработке поверхностей качения опор технологических барабанов 293
6.1. Физиче ское моделирование процесса обработки бандажа и проверка адекватности математических моделей 293
6.2. Техн ологическая концепция проектирования мобильного оборудования и средств технологического оснащения для обработки поверхностей качения опор технологических барабанов 297
6.3. Экспе риментальное исследование обеспечения точности формы и условий контакта поверхностей качения бандажей и опорных роликов 302
6.3.1. Оборудование и образцы 302
6.3.2. Приборы, аппаратура и методика определения характеристик формы образующих и направляющих поверхностей качения 305
6.3.3. Порядок проведения экспериментальной обработки бандажей и роликов технологических барабанов 314
6.4. Экспе риментальное исследование формообразования при обработке поверхностей качения опор 314
6.4.1. Экспериментальная обработка поверхностей качения опорных роликов 314
6.4.2. Обработка бандажа в зоне II 321
6.4.3. Обработка поверхности качения бандажа динамическим самоустанавливающимся суппортом с двумя роликами 326
6.4.4. Обработка поверхности качения бандажа динамическим самоустанавливающимся суппортом с роликовыми блоками 327
6.5. Выводы 328
7. Внедрение результатов исследования в производство и их экономическая эффективность 330
7.1. Мето дика обработки поверхностей качения опор технологических барабанов 330
7.2. Вне дрение технологии обработки поверхностей качения опор технологических барабанов мобильным оборудованием 334
7.3. Вне дрение технологии обработки поверхностей качения бандажей технологических барабанов с использованием адаптивной технологической системы 340
7.4. Вне дрение технологии раздельной обработки бандажей на специальном стенде 346
7.5. Персп ективы развития технологии обработки бандажей технологических барабанов и устройств для ее осуществления 349
7.6. Определение экономической эффективности технологии обработки поверхностей качения опор технологических барабанов 353
7.7. Выводы 354
Заключение и общие выводы 356
Список литературы 359
- Опорные ролики и основные технические требования, предъявляемые к ним
- Математическая модель определения условий контакта цилиндрических бандажей и роликов
- Форм ирование погрешности обработки образующих поверхностей качения в результате деформации опор мобильного оборудования
- Обработка динамическим самоустанавливающимся суппортом с базовыми поверхностями в виде роликовых блоков
Введение к работе
В настоящее время в различных отраслях промышленности широко применяют вращающиеся технологические барабаны (ТБ). ТБ - это промышленные установки с вращательным движением вокруг собственной оси и предназначенные для нагрева и транспортирования сыпучих материалов с целью их физико-химической обработки (рис. 1). К таким установкам можно отнести вращающиеся печи для спекания шихт в производстве глинозема, получения цементного клинкера, окислительного, восстановительного и хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси алюминия, кокса, карбонатов и др., обезвоживания материалов, извлечения цинка или свинца и др.
ТБ обычно работают по непрерывному циклу и даже кратковременные остановы в их работе могут приводить к значительным колебаниям температуры корпуса, его деформациям и выкрашиванию футеровочного слоя. Возможные остановы приводят также к потере производительности ТБ. Останов, например, вращающейся цементной печи 05x185 м на один час приводит к потере производительности примерно на 60 т. В связи с этим к надежности их работы предъявляют повышенные требования. Наработка на отказ деталей и узлов ТБ должна быть не менее срока начала проведения капитального ремонта.
Однако на практике довольно часто наблюдаются остановы в работе ТБ по причине образования трещин на корпусе, перегрева корпуса из-за разрушения футеровочного слоя, срыва башмаков, фиксирующих осевые смещения бандажей и т.п.
Проводимые ремонтные работы, особенно по восстановлению футеровки, требуют останова и охлаждения ТБ с потерей не менее 3...4 часов времени.
ОС
Рис. 1. Общий вид технологического барабана (вращающаяся печь для обжига цементного клинкера)
Основная причина появления дефектов, приводящих к отказам в работе, кроется в отклонении точности формы и поворота поверхностей качения как в пределах одной, так и всех опор ТБ. Даже на вновь смонтированном оборудовании наблюдаются значительные отклонения формы в радиальном и осевом сечениях бандажей. Погрешности установки и выверки опорных роликов приводят к нарушению пятна контакта на поверхностях качения и искривлению оси всего ТБ.
Цепной метод сборки крупногабаритного оборудования даже при высокой точности изготовления деталей не предприятии-изготовителе, приводит к значительным погрешностям на замыкающих звеньях непосредственно при монтаже, на месте их постоянной эксплуатации. Очевидно, что для обеспечения их точности в заданных пределах требуется использование метода пригонки - обработка базовых поверхностей, особенно у составных бандажей, после их сварки электрошлаковым способом. Предмонтажной обработке должны подвергаться также посадочные поверхности для установки бандажа на корпусе ТБ. Эти работы позволят достичь требуемой точности формы и поворота поверхностей качения бандажей и роликов, чтобы обеспечить оптимальные условия эксплуатации ТБ.
Отсутствие необходимого оборудования и методик не позволяют выполнить выверку осей опорных роликов относительно оси ТБ с заданной точностью, поэтому всегда имеет место погрешность поворота их осей. В результате пятно контакта существенно уменьшается и наблюдается интенсивное раскатывание и деформация поверхностей качения.
На многих предприятиях, при раскатке более, чем на допустимую величину, поверхности качения опорных роликов обрабатывают, демонтировав их с ТБ, или на работающем агрегате с использованием специальных переносных станков. При последующей эксплуатации уже через 1,5...2 месяца опять наблюдается раскатывание поверхностей на роликах с величинами, превышающими допустимые. Очевидно, что для
обеспечения необходимой площади пятна контакта, при отклонении от параллельности осей бандажей и роликов требуется модификация их поверхностей качения.
Чтобы обеспечить необходимую точность формы при повороте поверхностей качения опор ТБ требуется их предмонтажная и последующая профилактическая или ремонтная обработка с использованием специальных переносных станков. Однако конструктивное исполнение опор ТБ весьма разнообразно, и это не позволяет использовать какую-то одну наиболее эффективную схему базирования станка относительно роликоопор. Таким образом, возникает необходимость рассмотрения различных возможных способов обработки поверхностей качения ТБ с учетом особенностей конструкции опор.
Применение известных способов обработки с использованием специальных переносных станков сдерживается недостаточным изучением механизма формообразования для различных доступных схем расположения инструмента и отсутствием необходимого оборудования для оснащения таких способов.
Представленная работа выполнена в соответствии с отраслевой комплексной научно-технической программой МПСМ СССР 02.01.06 «Создание научных основ эксплуатации и ремонта оборудования предприятий МПСМ с разработкой инженерных решений по его совершенствованию».
Целью работы является разработка высокоэффективных технологических процессов механической обработки поверхностей качения опор крупногабаритных технологических барабанов для достижения их оптимальной формы, обеспечивающей требуемые условия контакта при сборке и в процессе последующей эксплуатации, с использованием мобильного оборудования.
Научная новизна работы заключается в научно-методологическом обеспечении методологии выявления размерных связей, определяющих
оптимальную форму и условия контакта поверхностей качения опор крупногабаритных ТБ при наличии поворота их осей и раскрытии механизма их достижения механической обработкой на работающих агрегатах с использованием мобильного оборудования, что имеет важное народнохозяйственное значение.
Решение этой важной проблемы включает следующие научные положения, выносимые автором на защиту:
Методику определения формы образующих поверхностей качения бандажей и роликов опор ТБ, обеспечивающих при их относительном повороте оптимальную форму и расположение пятна контакта.
Способы базирования мобильного оборудования для обеспечения возможности обработки поверхностей качения существующих конструкций опор ТБ.
Математические модели формообразования образующих поверхностей качения бандажей и роликов опор ТБ для моделирования обработки по различным схемам базирования мобильного оборудования.
Математические модели формообразования направляющих поверхностей качения бандажей ТБ для моделирования обработки по различным схемам базирования мобильного оборудования.
Математические модели формообразования направляющих поверхностей качения бандажей ТБ для моделирования обработки с базированием мобильного оборудования в зонах неустойчивого исправления формы.
Технологическую концепцию проектирования мобильного оборудования и средств технологического оснащения, которая предусматривает способ базирования, связь кинематики формообразующих движений с конструктивными особенностями и рабочими движениями ТБ, а также обеспечивающих возможность достижения необходимой точности формы поверхностей.
Технологические методы обеспечения точности формы образующих и направляющих поверхностей качения бандажей и роликов опор ТБ, для достижения требуемой формы и расположения пятна контакта.
Научно обоснованные конструктивные и технологические решения, использованные при конструировании, изготовлении и внедрении мобильного оборудования и средств технологического оснащения, обеспечивающие возможность обработки поверхностей существующих конструкций опор ТБ.
Внедрение результатов работы: результаты работы были внедрены на многих ведущих предприятиях промышленности строительных материалов РФ: ОАО «Белцемент» (1989, 1990 г.), ОАО «Осколцемент» (1998, 2005 г.), АО «Воскресенскцемент» и цементном заводе «Гигант» г. Воскресенск (1989, 1990 г.), на Рыбницком цементно-шиферном комбинате (1990 г.), АО «Невский ламинат» (2005 г.) и других.
По результатам работы внедрены:
методика обеспечения оптимальной формы поверхностей качения опор ТБ механической обработкой с использованием мобильного оборудования;
методика обеспечения точности формы направляющих поверхностей качения при обработке бандажей для различных схем базирования оборудования как при устойчивом, так и при неустойчивом базировании бандажа на опорных роликах;
средства технологического оснащения и конструкция специального переносного встраиваемого станка, обеспечивающие возможность базирования на существующих конструкциях опор ТБ;
технология обработки поверхностей качения бандажей и роликов опор ТБ при различных схемах базирования оборудования, обеспечивающих необходимые условия контакта.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс в БГТУ им. В.Г.Шухова и БИЭИ и рассматриваются при изучении дисциплин «Основы
технологии машиностроения», «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки», а также при курсовом и дипломном проектировании.
Общий экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы только в условиях двух предприятий составляет около 415 млн. рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, республиканских, отраслевых конференциях и семинарах и получили одобрение:
Всесоюзной конференции «Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении», г. Белгород, 1989 г.;
Всесоюзном совещании «Внедрение в производство и строительство прогрессивных строительных материалов», г. Киев, 1989 г.;
Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций», г. Белгород, 1993 г.;
Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций», г. Белгород, 1995 г.;
Международной конференции школы-семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов, г. Белгород, 1999 г.;
Научной конференции «Сооружения, конструкции и строительные материалы XXI века», г. Белгород, 1999 г.;
Международной конференции, посвященной 20-летию Старооскольского филиала МИСиС, г. Ст.Оскол, 1999 г.;
Международной научно-практической конференции «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве па пороге XXI века», г.Белгород, 2000 г.;
Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова, г. Белгород, 2003 г.;
Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», г. Белгород, 2005 г.;
V межрегиональной с международным участием научно-технической конференции «Механики XXI веку», г. Братск, 2006 г.
Координационных научно-технических совещаниях «Волгоцеммаша» и «Союзцемремонта» (1985... 1989 гг.) и др.
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 45 научных работ и получено 7 авторских свидетельств на изобретения.
Структура диссертации включает введение, 7 глав, заключение, приложения, список литературы, включающий 131 источник.
Общий объем диссертации 373 страницы, включая 181 рисунок и 37 таблиц.
Опорные ролики и основные технические требования, предъявляемые к ним
Опорные ролики (рис. 1.7) обычно имеют цилиндрическую форму поверхности качения и могут достигать диаметра до 2200 мм. Ширину поверхности качения выполняют обычно на 100...200 мм больше, чем ширина бандажа и она достигает размера до 1350 мм. Ролик 1 посажен на ось 2 с посадкой Н7/и8, которая в свою очередь установлена в подшипники скольжения или качения 3. Оба ролика корпусами подшипников 4 установлены на раму опоры ТБ и крепятся при помощи анкерных болтов. В конструкции предусмотрен компенсатор для регулирования положения корпуса подшипника в направлении, перпендикулярном его оси. За счет этих компенсаторов в основном осуществляется выверка и регулирование теоретической оси ТБ (ТО ТБ), возможность его удержания от осевых смещений или наоборот - для обеспечения осевых перемещений ТБ.
Так как ТБ для транспортирования сырья обычно имеют наклон к горизонту примерно 3,5%, то в процессе работы могут происходить его осевые смещения.
Направление осевых смещений может осуществляться как в одну, гак и другую сторону, в зависимости от угла поворота осей опорных роликов и бандажей (размерная цепь у на рис. 1.21). Чтобы управлять этим процессом и обеспечивать равномерный износ поверхностей качения на некоторых конструкциях ТБ преднамеренно оси опорных роликов поворачивают относительно ТО ТБ на определенный угол а (рис. 1.8). В результате появляется осевая составляющая силы трения Pf0, приводящая к осевым смещениям всего
ТБ. Управление перемещением здесь осуществляется изменением коэффициента трения за счет периодической смазки поверхностей качения. Таким образом, ТБ может осуществлять циклические возвратно-поступательные осевые движения в пределах поверхностей качения опорных роликов, обеспечивая их равномерный износ. Предельные величины осевых перемещений ограничены жесткими опорами (рис. 1.9, а).
Этот процесс является очень трудоемким и малоэффективным, поэтому некоторые оговоренные конструкции ТБ имеют регулируемые гидравлические упоры (рис. 1.9, б). Гидроупор устанавливают под ТБ между опорными роликами. Его конический ролик 1 (рис. 1.10) контактирует с конической торцовой поверхностью бандажа 2 и за счет гидроцилиндров 3 осуществляет постепенные осевые смещения ТБ. При таком конструктивном исполнении оси опорных роликов на всех опорах ТБ устанавливают в одной плоскости и они должны быть параллельны ТО ТБ.
Однако значительные номинальные размеры составляющих звеньев, даже при высокой точности их изготовления, дают на замыкающем звене -относительном повороте оси ролика и ТО ТБ - значительное по величине поле рассеяния. К поверхности качения опорных роликов предъявляются следующие технические требования: - точность диаметрального размера - 13 квалитет; - точность осевого размера- 14 квалитет; - допуск профиля продольного сечения - ХИ-ХШ степень точности; - допуск радиального биения - в пределах допуска на диаметр; - отклонение от параллельности оси ролика и ТО ТБ -±1 мм; - шероховатость поверхности качения - Ra 10. Опорные ролики ТБ изготавливают из стали 35Л-111 с твердостью 140-170 НВ, а также из стали 30 ГСЛ-П с твердостью 150...217 НВ. Бандажи вращающихся ТБ изготавливают из сталей марок 23ГНМФЛ-ЭШ, 23ГНМФЛ-111А - для печей 04000 мм и более твердостью 180...220 НВ. Для ТБ диаметром менее 3600 мм в качестве материала используют сталь 35Л-111, твердостью 140...170 НВ. Заготовки получает литьем в землю с последующей их механической обработкой. Некоторые виды после получения отливок, подвергают ковке с целью улучшения структуры материала и его механических свойств. Бандажи диаметром более 4000 мм после механической обработки разрезают на два полукольца и в таком виде транспортируют к месту постоянной их эксплуатации. Непосредственно перед монтажом на печь, специализированные предприятия осуществляют индукционный нагрев полуколец и последующую их сварку шлаковым методом. Усиление сварных швов, превышающее 1 мм снимают ручными шлифовальными машинами. В результате сварки бандажа, точность формы поверхностей основных и вспомогательных баз снижается на 1-2 степени точности. При действии высоких температур в зоне сварных швов бандажа наблюдается изменение твердости материала, превышающее допустимые значения. В соответствии с ОСТ 22-170-87 разность твердости частей бандажа, входящих в один комплект, не должна превышать 10%. В процессе работы ТБ бандажи испытывают значительные контактные напряжения, которые приводят к образованию наклепа на поверхностях качения и повышению твердости поверхности. Корпус и бандажи нагреваются от действия высокой температуры внутри ТБ. Диаграмма нагрева различных частей вращающейся цементной печи представлена на рис. 1.11. Известно, что нагрев в пределах (0,2-0,3) Тт - температуры плавления материала, выраженной по абсолютной шкале температур, приводит к процессу возврата - повышению структурного совершенства наклепанного металла. Этот процесс может протекать в две стадии: 1-я - при температуре ниже 0,2 ГЛ7, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и небольшая перегруппировка дислокаций. При более высоких температурах происходит вторая стадия -иолигонизация - фрагментация кристаллитов на субзерна (полигоны). Эти процессы имеют реальное место на многих вращающихся печах, работающих с высокими температурами.
Математическая модель определения условий контакта цилиндрических бандажей и роликов
Повышение эксплуатационной надежности вращающихся ТБ во многом определяется качеством базовых поверхностей их бандажей и опорных роликов - точностью формы и поворота, а также требуемой формой и расположением пятна контакта.
При монтаже нового оборудования или замене отдельных деталей или узлов в процессе ремонта, достичь требуемой точности на их замыкающих звеньях не представляется возможным ввиду значительных номинальных размеров, а следовательно и допусков составляющих звеньев.
Наиболее приемлемым для таких условий является метод пригонки, при котором обеспечивается достижение необходимой точности механической обработкой поверхностей на работающем ТБ. У бандажей ТБ поверхности -их основные базы после сборки и сварки полуколец, должны быть обработаны непосредственно перед монтажом их на ТБ. Вспомогательные базы ТБ, когда монтируют бандажи, также должны быть обработаны для обеспечения необходимой точности их формы и поворота.
На многих предприятиях, эксплуатирующих вращающиеся ТБ, предмонтажную и послемонтажную обработку базовых поверхностей не осуществляют и используют для достижения их необходимой точности либо метод взаимозаменяемости, либо метод регулирования. Такие виды работ являются очень трудоемкими, требующими значительных затрат ручного труда и как правило не обеспечивают необходимой точности.
Отдельные предприятия осуществляют профилактическую обработку поверхностей качения в основном на опорных роликах, пытаясь обеспечить их цилиндричность. Оборудование, применяемое при этом, как правило, не обеспечивает необходимой точности установки, жесткости, возможности обеспечения полного рабочего хода. У бандажей вращающихся ТБ обработке подвергают в основном торцевые поверхности, где в результате раскатки наблюдаются значительные по величине наплывы и даже сколы. Поверхности же качения на большинстве предприятий обработке не подвергались, за редким исключением. Макропогрешности их формы, единичные дефекты в виде впадин и выступов, в процессе эксплуатации приводят к колебаниям нагрузки на отдельные опорные ролики и привод ТБ, образованию трещин на корпусе, выкрашиванию внутренней футеровки. В процессе эксплуатации на отдельных ТБ, на поверхностях качения применяют смазку. Высокие температуры, наличие пыли приводят к образованию закоксованных участков и, попадая в зону контакта, они вызывают значительные динамические удары и пластическую деформацию отдельных участков поверхности. Такой процесс является прогрессирующим и приводит к образованию на поверхности качения бандажа высокочастотных дефектов. Такие явления наблюдаются, например, на ТБ для сушки древесной стружки и других.
Аналогичные виды дефектов формы наблюдаются на обжиговых клинкерных печах, на опорах возле рекуператорного холодильника.Такие детали при ближайшем плановом ремонте обычно подвергают замене на новые, что приводит к значительным материальным затратам.
Предмонтажная, послемонтажная и профилактическая обработка ввиду: конструктивных особенностей ТБ, не достаточной изученности процесса формирования погрешностей, отсутствия необходимого оборудования и средств технологического оснащения в большинстве случаев сдерживается. Дальнейшая эксплуатация ТБ, имеющего дефекты поверхностей качения, приводит к частым внеплановым остановам: для заварки трещин на корпусе, для замены футеровки; для удаления отдельных дефектов (выступов, впадин, наплывов) ручными шлифовальными машинами или ацетиленово-кислородной резкой и т.п.
Периодическая механическая обработка поверхностей качения опорных роликов также не дает положительных результатов. Уже через 1...1,5 месяца последующей эксплуатации опять наблюдается раскатка их поверхностей с величинами, превышающими допустимые.
Очевидно, что причина здесь кроется в наличии дефектов формы поверхностей бандажа, как его основных, так и вспомогательных баз. Ввиду различия в частотах вращения бандажа и опорных роликов и свойствах материалов, из которых они изготовлены, бандажи оказывают существенное влияние на последующее формирование поверхности качения роликов в результате пластической деформации. В связи с чем, при механической обработке требуется прежде всего обеспечить необходимую точность формы поверхности качения бандажа.
Отсутствие необходимых приборов и устройств, применяемых при выполнении монтажа и выверки оборудования, не позволяет получить требуемой точности поворота поверхностей качения бандажей и роликов. Более того, на отдельных конструкциях ТБ оси этих деталей преднамеренно поворачивают. В результате пятно контакта существенно уменьшается, удельные давления возрастают и процесс пластической деформации прогрессирует. Добиться требуемого контакта у поверхностей с линейчатыми образующими при наличии поворота их осей, не представляется возможным. Такие условия, очевидно, могут обеспечить поверхности с нелинейчатыми образующими. Это требует с одной стороны -определения необходимой оптимальной формы поверхностей качения, обеспечивающей требуемые условия контакта (требуемая форма и расположение), а с другой - разработки механизма обеспечения такой формы при обработке с использованием мобильного оборудования. Существующие виды оборудования и технологии обработки поверхностей качения ТБ не обеспечивают требуемого качества поверхностей качения и поэтому сдерживаются для широкого применения.
Отсутствие методологии и обоснования применения модифицированных поверхностей качения опор ТБ так же направляют по неверному пути -обеспечению цилиндрической формы поверхностей качения при их механической обработке.
Конструктивные особенности ТБ не всегда позволяют устанавливать оборудование для обработки в удобных для этого местах, где процесс формообразования направляющих поверхностей качения бандажей является устойчивым. В связи с чем требуется детальное изучение механизма формирования погрешности направляющих поверхностей качения бандажей при различных схемах базирования мобильного оборудования.
Форм ирование погрешности обработки образующих поверхностей качения в результате деформации опор мобильного оборудования
Анализ значительного количества ТБ на многих предприятиях показывает, что даже на одном ТБ может быть использовано несколько различных по конструкции опор: различное конструктивное исполнение корпусов подшипников роликоопор; различные размеры между корпусами подшипников; оснащение гидроупорами или контрольными роликами; различный диаметр бандажей и опорных роликов; различные по длине поверхности качения; опорные ролики с предварительным перекосом осей относительно оси ТБ и др.
Таким образом необходимая конструктивная схема и технологические возможности мобильного оборудования должны быть разработаны с учетом следующих особенностей: - мобильное оборудование должно обеспечивать возможность обработки поверхностей качения бандажа и опорных роликов с одного установа или допуская один переустанов для обработки поверхности качения второго опорного ролика; - конструкция должна обеспечивать возможность базирования на корпусах подшипников роликоопор, поверхности которых являются наиболее точными по сравнению с другими поверхностями роликоопор или непосредственно на обрабатываемую поверхность. При этом будет обеспечена технологическая система: опорный ролик ТБ - сменные технологические наладки - станок - инструмент -обрабатываемое изделие (опорный ролик или бандаж); - конструкция должна обеспечивать возможность изменения фиксированного положения стоек в диапазоне 1000...2200 мм, чтобы обеспечить установку на вспомогательные базы опорных роликов различных типоразмеров. При этом должна быть обеспечена возможность продольных перемещений режущего инструмента в диапазоне 350...1400 мм; - расположение привалочных плоскостей для установки поперечного суппорта должно обеспечивать возможность установки вершины резца в соответствии с осью обрабатываемого изделия; - величина рабочей подачи должна обеспечивать диапазон варьирования, учитывая различие частот вращения бандажа и опорных роликов на различных типах ТБ. При этом главное движение будет осуществляться за счет вращения ТБ с учетом его технологического регламента; - технологическая система должна обеспечивать равномерность отжатий при различных схемах базирования мобильного оборудования, когда составляющие силы резания могут получать различное направление относительно основных его баз; - конструкция должна обеспечивать возможность регулирования направления формообразующих движений, за счет чего может достигаться модифицирование направляющих обрабатываемых поверхностей качения; - технологическая система должна обеспечивать характер отжатий, обеспечивающий выпуклую форму образующих обрабатываемых поверхностей качения. Изменение силы резания и величины отжатий позволяет с различной степенью компенсировать погрешность формы образующих обрабатываемых поверхностей, имеющих место в результате погрешности установки мобильного оборудования. В результате возможно достижение необходимой формы обрабатываемых поверхностей; - величина рабочей подачи, а также геометрия инструмента должны быть увязаны с периодом стойкости режущего инструмента, чтобы обеспечивать возможность выполнения полного рабочего хода без смены инструмента. При этом для компенсации погрешности формы, возникающей в результате размерного износа инструмента, следует применять прямые и обратные рабочие хода. В соответствии с этими особенностями возникает необходимость в решении нескольких задач: разработка принципиальной схемы мобильного оборудования, возможных схем его базирования для различных конструкций опор ТБ, исследование механизма формирования погрешности образующих и направляющих поверхностей качения и их влияние на условия контакта опор, поиск факторов и законов их изменения, в результате которых может быть обеспечено достижение необходимой формы и условий контакта поверхностей качения. Для вращающихся ТБ в зависимости от их конструкции имеет место несколько возможных схем обработки бандажа и опорных роликов, когда мобильное оборудование будет установлено в зонах I, II, III или IV (рис. 3.1). Наиболее приемлемыми для практического применения являются зоны I, II и III. Соответствующие им схемы мобильного оборудования и сменные технологические наладки представлены на рис. 3.2 и 3.3. Схема установки в зоне I является предположительно более предпочтительной, так как обработка опорных роликов и бандажа может производиться с одного установа и точность поворота поверхностей качения бандажа и опорных роликов окажется выше. При установке мобильного оборудования на корпусах подшипников роликоопоры в зоне II или III могут иметь место 8 различных схем обработки: - базирование в зоне II, обработка бандажа - прямой ход; - базирование в зоне II, обработка бандажа - обратный ход; - базирование в зоне II, обработка ролика - прямой ход; - базирование в зоне II, обработка ролика - обратный ход; - базирование в зоне III, обработка бандажа - прямой ход; - базирование в зоне III, обработка бандажа - обратный ход; - базирование в зоне III, обработка ролика - прямой ход; - базирование в зоне III, обработка ролика - обратный ход; В случае установки мобильного оборудования под бандажом ТБ в зоне I имеет место 6 схем обработки: - обработка бандажа, прямой ход; - обработка бандажа, обратный ход; - обработка правого опорного ролика, прямой ход; - обработка правого опорного ролика, обратный ход; - обработка левого опорного ролика, прямой ход; - обработка левого опорного ролика, обратный ход. Представленные схемы отличаются различным расположением и направлением действия составляющих силы резания относительно основных баз мобильного оборудования, а, следовательно, и отжатия, возникающие в технологической системе, также могут иметь соответствующие направления и степень воздействия на формирование образующих поверхностей качения.
Обработка динамическим самоустанавливающимся суппортом с базовыми поверхностями в виде роликовых блоков
Аналогично найдем для всех возможных положений шарнира соответствующие им положения вершины резца - R и fpe3 (матрицы радиус-векторов и соответствующих им угловых положений точек траектории движения резца). Для удобства преобразуем их в одну матрицу. Этот процесс аналогичен описанному выше при построении эквидистанты и позволяет выполнять преобразования одной функцией, что улучшит структуру программы. Формирование новой матрицы детали после одного рабочего хода аналогично описанному ранее. Таким образом, при компьютерном моделировании получаем исходный контур детали, его биение и после каждого рабочего хода формируем матрицу нового контура. Данные о биении за каждый проход мы сохраняем для последующего анализа. Программа для моделирования формообразования при обработке бандажей ДСС с плоскими опорами представлена в приложении 5. 1 .Разработаны математические модели, описывающие механизм формирования погрешности направляющих поверхностей качения бандажей ТБ при их обработке в зонах I, И, III и IV, а также при использовании адаптивной технологической системы с различными типами базовых поверхностей. 2. Установлено, что контур обрабатываемой поверхности целесообразно задавать в виде точек с определенным значением радиуса, в полярной системе координат Это позволяет моделировать процесс обработки в натуральную величину, удобно задавать различные виды исходных дефектов, характерных для поверхностей качения бандажей ТБ. 3. При определении условий касания опорных роликов поверхности бандажа, в математические модели вводятся оценочные функции, когда при достижении необходимой их точности - (А2 є) итерации прекращаются. Это позволяет максимально точно определить положение базовых поверхностей, а так же траекторию формообразующего движения инструмента. 4. В качестве целевой функции в математических моделях использована измеренная величина биения контура как относительно базовых поверхностей (опорных роликов ТБ или опор ДСС), так и относительно оси бандажа. Это позволяет максимально достоверно исследовать процесс формообразования и степень влияния на целевую функции, различных факторов. 5. Формирование массивов значений радиусов в узловых точках поверхности бандажа при выполнении нескольких рабочих ходов позволяет определять не только изменения значений целевой функции, но и необходимую величину снимаемого припуска для исправления формы направляющих поверхностей качения. 6. Разработанные математические модели и программы позволяют моделировать процесс формообразования в широком диапазоне варьирования расположения режущего инструмента относительно опорных роликов для различных зон базирования мобильного оборудования. 7. Широкий диапазон варьирования факторов позволяет определить наиболее оптимальные зоны осуществления достоверных измерений профиля обрабатываемой поверхности бандажа. 5. Исследование формообразования при компьютерном моделировании обработки бандажей и роликов 5.1. Исследование формообразования направляющих поверхностей качения бандажей Замер значительного количества бандажей на различных конструкциях ТБ показывает, что в основном преобладают гармоники низших порядков. Поэтому поверхность бандажа удобно представить как функцию, разложенную в ряд Фурье: где Ай - постоянная составляющая функции, в данном случае она соответствует номинальному размеру радиуса бандажа; п - число гармоник. На практике очень часто встречаются так же случаи: единичный дефект на поверхности качения (выступ или впадина, образованные в зоне расположения сварного шва); различные значения радиусов полуколец с асимметричным и симметричным их расположением, обеспеченным при сварке. В связи с этим при компьютерном моделировании необходимо исследовать процесс формообразования при задании исходной формы бандажа: - с единичной впадиной, - с единичным выступом, - с асимметричным соединением полуколец и различными радиусами; - с симметричным соединением полуколец и различными радиусами; с наложением на поверхность гармоник низших порядков (п=1... 10). В качестве целевой функции выбираем величину биения поверхности качения. Однако для удобства графического отображения результатов выбираем величину уточнения где ECRt - величина биения поверхности качения после выполнения / -го количества рабочих ходов; ECR0 - исходная величина биения поверхности качения бандажа. Для способа обработки бандажа на опорных роликах ТБ в качестве факторов для варьирования выбираем: глубину резания (для удобства моделирования эту величину будем задавать в долях от величины биения контура поверхности качения 0,05ECR; Q,IECR ...1,0ECR, с шагом 0,05). Угол расположения режущего инструмента в системе координата бандажа -/ . Диапазон варьирования составит 0...-180, что соответствует I, II и Ш зонам базирования станка. Шаг варьирования принимаем -1.
