Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния и направления развития техники и технологии восстановления формы опор качения вращающихся печей 14
1.1. Анализ существующих способов восстановления формы поверхностей опор качения 14
1.2. Конструктивные особенности опор вращающихся печей и технические требования, предъявляемые к поверхностям качения 24
1.3. Конструктивные особенности бандажей и опорных роликов и основные технические требования к их поверхностям 24
1.4. Обоснование необходимости восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей 32
1.5. Выявление размерных связей, определяющих необходимую точность поверхностей качения бандажей 34
1.6. Обоснование цели и задач исследования 35
1.7. Выводы по разделу 39
2. Формирование погрешности при восстановлении формы поверхностей качения ленточно-абразивным способом 40
2.1. Суммарная погрешность при восстановлении формы поверхностей качения ленточно-абразивным способом 40
2.2. Исследование изменения формы бандажа в процессе работы и степени ее влияния на формирование поверхностей качения 43
2.3. Формирование погрешности, связанной со схемой обработки Асо 54
2.3.1. Формирование исходного контура восстанавливаемой поверхности 57
2.3.2. Вычисление положения опор и построение эквидистанты 58
2.3.3. Вычисление параметров траектории перемещения шарнира траверсы 64
2.3.4. Вычисление значений биения поверхности качения 65
2.3.5. Вычисление траектории формообразующего движения 66
2.3.6. Вычисление значений параметров сформированной поверхности 67
2.4. Формирование шероховатости поверхности качения 68
2.5. Выводы по разделу 74
3. Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей на ЭВМ 75
3.1.Общие сведения 75
3.2. Разработка программы для моделирования процесса восстановления формы 77
3.3. Проверка адекватности вычислительных моделей и программ для моделирования 95
3.4. Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей 100
3.4.1. Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей самоустанавливающимся суппортом с плоскими опорами 101
3.3.1. Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей самоустанавливающимся суппортом с роликовыми опорами 106
3.4. Выводы по разделу 117
4. Экспериментальное исследование точности и шероховатости при восстановлении формы поверхностей опор качения 119
4.1. Методика проведения экспериментального восстановления поверхностей опор качения 119
4.1.1. Оборудование и образцы 119
4 4.1.2 Приборы и аппаратура для съема показателей при проведении исследований 127
4.1.3. Определение периодичности восстановления формы поверхностей качения бандажей и опорных роликов 128
4.1.4. Определение оптимальных параметров системы для восстановления формы поверхностей качения бандажей 131
4.1.5. Порядок проведения экспериментального восстановления формы поверхностей качения 136
4.2. Экспериментальное восстановление поверхностей качения 136
4.3. Внедрение результатов исследования в производство и их экономическая эффективность 140
4.3.1. Разработка процесса восстановления формы поверхностей качения при сборке опор вращающихся печей 140
4.3.2. Методика восстановления поверхностей качения бандажей 142
4.3.3. Внедрение процесса и оборудования для восстановления формы поверхностей качения 144
4.4. Выводы по разделу 150
Общие выводы 151
Библиографический список 154
Приложение 1. Программы для моделирования процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей 172
Приложение 2. Расчет экономической эффективности восстановления формы поверхностей качения опор вращающихся цементных печей 197
Приложение 3. Патенты на полезные модели и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ 201
Приложение 4. Акт внедрения результатов исследований 215
- Конструктивные особенности бандажей и опорных роликов и основные технические требования к их поверхностям
- Формирование шероховатости поверхности качения
- Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей самоустанавливающимся суппортом с роликовыми опорами
- Внедрение процесса и оборудования для восстановления формы поверхностей качения
Введение к работе
з
Актуальность работы. В различных отраслях промышленности для физико-химической обработки и транспортирования материалов широко применяют вращающиеся печи. Их применяют для обжига клинкера, извести, получения технического углерода и др. Окончательную сборку таких агрегатов осуществляют на месте последующей их эксплуатации, куда поступают отдельные детали и сборочные единицы с предприятия - изготовителя. Крупногабаритные комплектующие после их изготовления для удобства транспортирования разрезают на несколько частей. На месте последующей эксплуатации отдельные части соединяют, используя сварку как основной способ соединения. В результате поверхности бандажей, как основных базовых элементов печей, приобретают погрешность формы, которая превышает нормативную в несколько раз. Эксплуатация печей с такими поверхностями качения приводит к значительным деформациям и знакопеременным нагружениям корпуса, разрушению футерующего слоя, образованию трещин на корпусе, значительному колебанию нагрузки на опорах и приводе и, в результате, к вынужденным остановам и потере производительности.
В настоящее время с целью восстановления формы поверхностей опор качения применяют их обработку специальными переносными станками. Все существующие методы восстановления формы поверхностей качения в основном предполагают лезвийную обработку, причем с режимами, соответствующими силовому резанию. Так как длина поверхностей качения бандажей и опорных роликов составляет 600...1350 мм, то время выполнения даже одного рабочего хода может оказаться более 10 часов. Величина размерного износа обрабатывающего инструмента при этом также оказывается значительной и, соответственно, получаемая форма поверхности приобретает погрешность, превышающую допустимую. Чтобы достигнуть необходимой точности поверхностей качения, требуется применить такой способ восстановления формы поверхностей качения, который позволит, либо существенно сократить время выполнения рабочего хода, либо - обеспечить минимально допустимую величину размерного износа. Таким условиям наиболее полно соответствует ленточно-абразивная обработка. При такой схеме восстановления формы может осуществляться съем незначительных по величине припусков, в пределах 1..2 мм и менее, за один рабочий ход. Бесцентровая обработка при монтаже и ремонте таких крупногабаритных изделий с такими диапазонами глубин резания на сегодняшний день не исследовалась. Основными параметрами, характеризуемыми качество поверхностей качения бандажей и роликов опор вращающихся печей, является точность их формы (прежде всего - отклонение от круглости) и шероховатость. Поэтому требуется проведения ряда исследований по формированию именно этих параметров. С учетом выше изложенного, можно утверждать, что задача восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей на сегодняшний день в достаточной степени не решена и представляет интерес, как с практической, так и с теоретической точек зрения.
Целью работы является разработка процесса восстановления формы опор качения вращающихся печей ленточно-абразивным способом, обеспечивающим нормативную их точность, повышение срока службы в 1,5...2 раза, сокращение ремонтных простоев вращающихся печей и увеличение объема выпуска
продукции на 5..10 %.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
выполнить анализ существующих способов, разработать принципиально новый, позволяющий сократить время выполнения полного рабочего хода при обработке и снизить степень влияния величины размерного износа на точность формируемых при восстановлении поверхностей опор качения вращающихся печей;
выявить и исследовать элементарные составляющие, вызывающие погрешность при восстановлении формы поверхностей качения ленточно-абразивным способом обработки;
разработать вычислительные модели для описания процесса формирования поверхности при восстановлении ленточно-абразивным способом обработки и применить их для поиска оптимальных схем и режимов при компьютерном моделировании;
установить механизм формирования поверхностей опор качения при бесцентровой ленточно-абразивной обработке в условиях эксплуатации вращающихся печей;
исследовать механизм формирования шероховатости поверхности при восстановлении поверхностей опор качения вращающихся печей;
разработать технологию обработки поверхностей опор качения вращающихся печей ленточно-абразивным методом;
осуществить внедрение в промышленном производстве.
Методы исследований. При проведении исследований использовались метод конечных элементов, вычислительные модели и разработанные на их основе программы для ЭВМ. Для решения технологических задач применены методы компьютерного моделирования, а также экспериментальное восстановление поверхностей опор качения.
Научную новизну работы составляет следующее:
- новый подход к обеспечению точности поверхностей опор качения, включаю
щий установление рациональных режимов восстановления их нормативной точ
ности компьютерным моделированием и последующей их обработкой ленточно-
абразивным способом с использованием комплекта мобильного оборудования;
модели, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние крупногабаритных бандажей, устанавливаемых на два опорных ролика и определить рациональную схему расположения оборудования для восстановления поверхностей опор качения;
вычислительные модели, описывающие процесс формирования поверхностей качения бандажей при их восстановлении ленточно-абразивным способом обработки;
алгоритмы вычисления и программы, позволяющие компьютерным моделированием осуществлять поиск оптимальных схем и режимов восстановления поверхностей качения бандажей;
конструктивные и технологические решения при проектировании конструкций технологического оборудования для восстановления формы поверхностей опор качения, методика и алгоритм восстановления формы.
Практическая ценность работы заключается в разработке на основании теоретических и экспериментальных исследований нового способа и оборудования для восстановления формы поверхностей качения бандажей и опорных роликов вращающихся печей. Новизна конструктивных решений защищена патентами РФ: №97954; №110668; №118235; №118236; №119272; №125499. Результаты работы в виде предложенных технологических и конструктивных решений и рекомендаций по полученным режимам восстановления формы поверхностей опор качения могут быть использованы в различных отраслях промышленности, эксплуатирующих крупногабаритные вращающиеся печи, при их монтаже и ремонте.
Внедрение результатов работы. Теоретические и экспериментальные результаты работы в виде технологической документации и опытных образцов оборудования внедрены на ряде предприятий: ООО «ЦемСервис», ЗАО «Белгородский цемент», 000 «Балаковские минеральные удобрения», ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения». Результаты работы внедрены также в учебный процесс Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова на кафедрах «Механическое оборудование» и «Технология машиностроения».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на международных конференциях и получили одобрение: международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия», г. Губкин, 2010 г.; международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Губкин, 2011 г.; международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, 2011г; международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Губкин, 2012г.; международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, 2012г.;
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 24 научных работы, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК по профилю специальностей, получены 6 патентов на полезные модели и 3 свидетельства на государственную регистрацию программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации: Структура диссертации включает введение, 4 главы, заключение, приложения, список литературы, включающий 154 источника. Общий объем диссертации 215 страниц, включая 106 рисунков, 13 таблиц и 43 страницы приложений.
Конструктивные особенности бандажей и опорных роликов и основные технические требования к их поверхностям
Бандажи вращающихся печей выпускаются двух типов: «/7» — плавающий тип (рис. 1.2, а); «В» - вварной тип (рис. 1.2, б) [3, 5, 78, 133; 148] и представляют собой стальные кольца, устанавливаемые на корпус печи. Для печей больших диаметров бандажи изготавливают составными, в виде полуколец, которые впоследствии, на месте последующей эксплуатации, подвергают сварке электрошлаковым методом.
Бандаж типа «77» содержит следующие поверхности: вспомогательная база 1 - поверхность качения, при помощи которой он устанавливается на поверхности качения опорных роликов и осуществляет относительное вращательное движение; основная база 2 - посадочная поверхность, которая служит для установки бандажа на корпус ТБ. Посадка по этой поверхности предполагает наличие зазора, за счет которого при работе компенсируются возможные температурные деформации.
В результате таких взаимных перемещений погрешности формы посадочных поверхностей печи и бандажа, а также поверхности качения, в определенные промежутки времени, могут взаимно компенсироваться или суммироваться, что создает как бы условия неопределенности базирования.
На некоторых опорах ТБ иногда наблюдается условие, когда поверхность качения бандажа не контактирует с одним или даже с двумя опорными роликами. Это условие отрицательно сказывается на состоянии футеровки и самого корпуса печи. Процесс восстановления поверхностей качения бандажей на таких опорах может привести к дополнительному искажению профиля поверхности, если использовать существующие на сегодняшний день технологии.
Посадочная 2 и торцевые 3 поверхности образуют комплект основных баз бандажа. В некоторых конструкциях бандажей выполнены также конические поверхности, которые служат для взаимодействия с роликами гидроупоров, которые служат для перемещения или фиксации в осевом направлении всей печи.
Бандажи типа «5» включают примерно такой же набор поверхностей, как и бандажей типа «77». Исключение составляют только поверхности - основные базы детали, которые выполнены в виде закрылков. Установка таких бандажей на корпус печи осуществляется по торцевым поверхностям 1 закрылков, а соединение с корпусом выполняется неподвижным, при помощи сварки. Внутренняя поверхность 2 при сборке таких бандажей используется для установки специальных приспособлений, обеспечивающих взаимное центрирование корпуса печи и поверхностей закрылков, и для выверки положения бандажа.
В соответствии с ОСТ 22-170-87 к поверхностям бандажей предъявляют следующие технические требования:
Линейные размеры бандажей типа «Л» должны быть выполнены с полем допуска по //12, а посадочные поверхности - по 7/8. Линейные же размеры бандажей типа «В» должны выполняться: -поверхность качения - по h 12; ITU
- посадочная поверхность - по ;
- длиновые размеры поверхностей ;
- угловые размеры - ±30 ;
- допустимая шероховатость поверхностей качения, а также конических поверхностей под гидроупоры должна быть в пределах 6,3-12,5 Ra;
- допустимое превышение усиления сварного шва над поверхностью качения - не более 1 мм;
- точность относительного расположения поверхностей бандажей должна быть в пределах допусков на соответствующие размеры поверхностей;
- допустимая погрешность формы поверхностей бандажей (овальность) не должна превышать для бандажей, диаметром:
- до 4000 мм — 2 мм;
- св. 4000 мм до 5500 мм - 2,5 мм;
- св. 5500 мм до 6100 мм - 3 мм;
- св. 6100 .мм — 3,5 мм.
Следует отметить, что приведенный выше ОСТ не предусматривает повышенных требований к точности формы направляющих и образующих поверхностей качения бандажей, а также их шероховатости, хотя эти параметры оказывают существенное влияние на условия достижения необходимого их контакта с поверхностями качения опорных роликов [51, 143].
В качестве материала для изготовления бандажей используют стали марок 23ГНМФЛ-ЭШ, 23ГНМФЛ-111А - для диаметров 4000 мм и более, твердостью 180...220 НВ. Для бандажей диаметром менее 3600 мм в качестве материала используют сталь 35Л-111, с твердостью 140... 170 НВ. Заготовки обычно получают литьем «в землю» с последующей их механической обработкой. Некоторые виды заготовок после получения отливок, подвергают ковке с целью улучшения структуры и механических свойств материала.
Бандажи, имеющие диаметр 4000 мм и более, после окончательной механической обработки на заводе-изготовителе разрезают на два полукольца [29, 30] и в таком виде их транспортируют к месту последующей окончательной сборки и эксплуатации (рис 1.3). Непосредственно перед установкой на корпус печи, специализированные предприятия осуществляют установку полуколец на специальную площадку (рис. 1.4), относительное их регулирование, индукционный нагрев мест соединения полуколец и их сварку электрошлаковым методом.
Если величина усиления сварных швов получается выступающей относительно поверхности качения более 1 мм, то его снимают ручными шлифовальными машинами. В результате такой сборки бандажа, точность формы и относительного поворота поверхностей снижается на 1-2 степени точности.
Кроме того, в результате нагрева отдельных частей бандажа до температуры плавления, на них наблюдается также изменение твердости материала, которое часто превышает допустимые пределы. В соответствии с требованиями ОСТ 22-170-87 [78] разность твердости поверхностей отдельных частей бандажа, входящих в один комплект, не должна превышать 10%.
Служебное назначение опорных роликов - воспринимать вес приходящейся на них части вращающейся печи вместе с бандажом и сырьем, находящимся внутри (рис. 1.5). В настоящее время для комплектации печей отечественная промышленность выпускает ряд опор с различной несущей способностью: до 400 т, 660 т и даже до 1000 т. Опорные ролики должны быть установлены в одной плоскости и на одинаковом расстоянии от вертикали, проходящей через ось печи, под углом 60...65. При таком относительном положении бандаж не имеет возможности ни радиального смещения, ни защемления опорными роликами [57, 64].
Формирование шероховатости поверхности качения
При ленточном шлифовании с постоянным усилием прижима основными факторами, оказывающими влияние на шероховатость поверхности, являются: зернистость абразивной ленты d3, твердость обрезиненного покрытия контактного ролика Hs и скорость вращения бандажа vu [130].
Зависимость параметра шероховатости поверхности Ra от исследуемых факторов: зернистости абразивной ленты, твердости контактного ролика и скорости резания имеет вид: Ла = 2,25-10-4. 2 05(1-0 38Ы8№).№1 б9.у1. (2.15)
Следовательно, поверхность отклика модели можно представить как геометрическое место точек, отвечающих только одному, конкретно заданному уровню параметра шероховатости Ra. При этом во всем факторном пространстве для двух произвольно выбранных значений варьируемых факторов найдется единственное значение третьего, при котором результат их взаимодействия будет находиться на поверхности отклика. В этом случае поверхность отклика модели можно использовать в практических целях как номограмму для определения рациональных режимов ленточного шлифования по гарантированному обеспечению заданной шероховатости поверхности.
Из рассматриваемых параметров для наших условий фиксированными являются шероховатость получаемой поверхности и зернистость ленты. Скорость резания будет зависеть от типоразмера бандажа и ее также можно задавать дискретными значениями. Следовательно, свободным фактором может оставаться твердость контактного ролика. Таким образом, можно будет определить, какой должна быть твердость контактного ролика, чтобы шлифовальной лентой с определенной зернистостью, при определенной скорости вращения изделия, можно обеспечить заданную шероховатость поверхности.
Рассматривались восемь диаметров бандажей различных типоразмеров ТБ (табл.1). При частоте вращения ТБ около 1 об/мин, значения скорости их вращения составят (м/мин), vu = 11,62; 12,25; 13,53; 15,23; 17,17; 19,15; 21,35; 26,53. Учитывая необходимость съема значительных по величине припусков, зернистость ленты следует выбирать соответствующую следующим условиям, т.е.: d3 = 18-10"2; 20-10"2; 25-10"2; 32-10"2; 40-10"2; 50-10"2; 6310"2; 80-10"2 лш. Расчеты производились в среде математического моделирования MathCAD. В табл. 2.1 представлены результаты расчета параметров ленточного шлифования для скорости вращения бандажа 11,62 м/мин и 26,53 м/мин, при условии обеспечения шероховатости поверхности Ra 5 мкм.
На рис. 2.28. представлены номограммы, построенные на основании полученных результатов. Как видно из рисунка, для обеспечения параметров шероховатости Ra 5 мкм и Ra 6,3 мкм значительное влияние оказывает зернистость шлифовальной ленты и, чем она меньше, тем твердость контактного ролика должна быть больше. Для условий обеспечения шероховатости Ra 12,5 мкм и Ra 25 мкм наблюдается обратная зависимость: чем выше зернистость ленты, тем твердость контактного ролика должна быть больше.
Однако повышение твердости круга более 90 А по Шору означает, либо повышение усилия прижима контактного ролика к обрабатываемой поверхности, либо замена контактного ролика на металлический.
Обработка поверхностей качения может осуществляться также и на специальных стендах. При этом скорость вращения бандажа может изменяться более гибко в диапазоне от 1 до 22 м/мин, что позволит улучшить и условия достижения необходимой шероховатости поверхности.
В табл. 2.2 представлены результаты расчета для условий обеспечения шероховатости поверхности Ra 25 мкм, соответствующей условиям съема больших по величине припусков. На рис. 2.29. представлены номограммы режимов ленточного шлифования для достижения шероховатости Ra, мкм: 5; 6,3; 12,5; 25. Значения диаметров обрабатываемых поверхностей выбирались аналогичными, как и в предыдущей задаче, в зависимости от типоразмера обрабатываемого бандажа ТБ. Благодаря наличию у специального стенда привода вращения с двигателем постоянного тока, скорость вращения изделия оказывается возможной с варьированием в диапазоне от 1 до 22 м/мин. Варьирование скорости вращения будем осуществлять с шагом 3 м/мин.
Анализ полученных результатов показывает, что для обеспечения параметров шероховатости Ra 5 мкм и Ra 6,3 мкм значительное влияние оказывают и зернистость ленты, и скорость вращения изделия. При уменьшении зернистости и увеличении скорости резания необходимая твердость контактного ролика может быть уменьшена. Для условий обеспечения параметров шероховатости Ra 12,5 мкм и Ra 25 мкм, при уменьшении зернистости и небольших значениях скорости резания требуемая твердость контактного ролика увеличивается. При увеличении скорости резания значения требуемой твердости несколько снижаются. Также при одинаковых значениях скорости резания и зернистости значения твердости должны увеличиваться с ростом значения шероховатости. Таким образом, по полученным номограммам можно определить оптимальные значения режимов ленточного шлифования поверхностей бандажей для обеспечения заданного уровня шероховатости. Однако лучшие условия по обеспечению привода вращения шлифовальной ленты все же обеспечивают обрезиненные контактные круги. Поэтому возникает необходимость в исследовании зависимости режимов ленточного шлифования при стабильной твердости контактного круга Hs = 90 А по Шору. В табл. 2.3 представлены результаты расчета, полученные для таких условий.
Моделирование процесса восстановления формы поверхностей качения бандажей самоустанавливающимся суппортом с роликовыми опорами
Для данной технологической системы в качестве постоянных исходных данных, кроме вышеописанных, задаем радиус роликов суппорта - 50 мм, а в качестве исходной задаем поверхность с гармониками различных порядков и амплитудой - 3 мм. В качестве варьируемых параметров для моделирования процесса восстановления принимаем:
- коэффициент глубины резания Кот 0,01 до 0,1 с шагом 0,01;
- межосевой размер шарниров траверсы L от 350 до 2300, с шагом 50 мм;
- межосевой размер роликов опор Lon] = Lon2 от 110 до 1250, с шагом 30 мм.
На рис. 3.22 представлена диаграмма зависимости коэффициента исправления формы от глубины резания и межосевого размера шарниров траверсы. Исследования осуществлялись для межосевого размера роликов - 300 мм, с исходной погрешностью формы поверхности с 8 гармониками и амплитудой - 3 мм. На рис. 3.23 представлен график соответствия фактического биения исходной поверхности и биения, измеренного по бесцентровой схеме.
Анализ результатов показывает, что при обработке поверхности с порядком гармоник от 2 до 8 наблюдается расширение зоны «благоприятного» резания. При обработке изделий с порядком гармоник от 10 до 60 наблюдается увеличение числа зон «благоприятного» резания. Так же наблюдаем отсутствие зон, где происходит ухудшение погрешности формы обрабатываемой поверхности.
При увеличении числа рабочих ходов с 10 до 100 также наблюдается расширение зон «благоприятного» восстановления.
Измеренное биение носит гармонический характер, но отчетливо видно, что зоны наиболее «благоприятного» восстановления совпадают с зонами наиболее точного измерения биения.
При порядке гармоник, равном 30 - появляются две зоны «благоприятного» восстановления и отсутствуют зоны увеличения погрешности формы поверхности. При количестве гармоник 50 проявляются три зоны благоприятного восстановления. Наиболее благоприятными режимами является К = 0,04...0,1 и Lon = 1000... 1500 мм. На рис. 3.24 и 3.25 представлены результаты моделирования процесса восстановления формы поверхности качения с единичной впадиной. Все остальные параметры технологической системы аналогичны предыдущей схеме.
Их анализ показывает, что наблюдается увеличение зоны «положительного» восстановления, по сравнению с результатами, полученными при восстановлении поверхности с впадиной. Зона исправления погрешности формы находится в диапазонах К = 0,04...0,1 и Lon = 1300...2300мм.
На рис. 3.28 и 3.29 представлены результаты моделирования процесса восстановления формы поверхности качения со смещением полуколец.
Здесь так же наблюдается аналогичная картина. Отличие состоит в том, что здесь можно выделить три зоны «положительного» процесса исправления формы с параметрами К = 0,04...0,1 и Lon = 1300... 1500 мм; К =0,04. ..0,1 яЬоп= 1600... 1800 лш и /Г = 0,04...0,1, и Lon = 2100...2300 мм соответственно.
Чтобы исследовать влияние на процесс формирования поверхности таких параметров, как межосевой размер роликов опор суппорта - Lonl и Lon2 и коэффициент глубины резания, выполним моделирование процесса восстановления формы поверхностей с исходной погрешностью формы аналогичной, как и для предыдущих экспериментов. В предыдущем случае, глубину резания будем задавать в виде коэффициента в диапазоне 0,01...0,1 с шагом 0,01. Межосевой размер роликов опоры будем изменять в диапазоне 110... 1250лш, с шагом 30мм.
При восстановлении контура с числом гармоник от 2 до 8 наблюдается несколько зон «благоприятного» исправления (рис. 3.30, 3.31), коэффициент исправления в которых уменьшается с увеличением числа гармоник. Начиная с 10 гармоник, наблюдается две зоны исправления погрешности формы, которые увеличиваются. Начиная с 50 гармоник, наблюдаем три зоны исправления погрешности.
При увеличении числа проходов зоны «положительного» исправления увеличиваются в размерах, увеличивается диапазон коэффициента К, соответствующий благоприятному восстановлению формы.
Характер восстановления поверхности с выступом или впадиной аналогичен ситуации восстановления контура с определенным числом гармоник. Эксперименты показывают, что зона исправления формы находится в окрестностях Lon\ = Lon2 - 150...300 мм шК= 0,06...0,1; Lon\ = Lon2 = 400...600 лш и К - 0,06. ..0,1 и Lon\ = Lonl - 800. ..1000 мм и К = 0,06. ..0,1 - для впадины. Для выступа отличие состоит в более широком диапазоне изменения коэффициента глубины резания К= 0,03...0,1 и увеличении зон, в которых происходит исправление формы (рис. 3.32, 3.33, 3.34 и 3.35).
В случае восстановления деталей со смещением полуколец наблюдаются три зоны наиболее «благоприятного» исправления формы: Lon\ = Lonl. = 200...300 мм и К = 0,05...0,1, Lonl = Lon2. = 500...600 мм иК= 0,05...0,1 и LonX = Lon2. = 900... 1000мм и К = 0,05...0,1 (рис. 3.36 и 3.37).
Эксперимент при переменных значениях Lon\ = Lon2. и Lon, и при постоянном значении К = 0,07 позволит проверить влияние основных геометрических параметров ДСС на формообразование. Анализ результатов показывает, что при числе гармоник до 10 (рис. 3.38) увеличиваются зоны «положительного» исправления при увеличении числа гармоник, также наблюдается уменьшение зон возможного ухудшения формы. При числе гармоник от 10 до 60 наблюдается «очаговое» расположение зон исправления формы. При увеличении числа рабочих ходов наблюдается уменьшение коэффициента исправления погрешности формы в случае, когда остальные варьируемые параметры одинаковы.
Анализ результатов, полученных при моделировании восстановления поверхности с единичной впадиной (рис. 3.39), показывает, что зона «благо приятного» исправления находится в диапазонах Lon = 1600...2200 мм и Lon\ = Lon2 = 300...700 мм. Анализ результатов, полученных при моделировании восстановления поверхности с единичным выступом (рис.3.40) показывает, что наблюдается похожая зависимость, как и при восстановлении поверхности с впадиной, только увеличиваются зоны исправления погрешности формы, и уменьшаются зоны возможного ее ухудшения.
Анализ результатов, полученных при моделировании восстановления поверхности со смещением полуколец (рис. 3.41) показывает, что наблюдается похожая зависимость, как и при восстановлении поверхности с единичным выступом или впадиной, только зоны исправления погрешности формы уменьшаются, и увеличиваются зоны возможного ее ухудшения. Основные результаты моделирования отражены в работах [65, 68, 69, 70, 72, 74, 75].
Внедрение процесса и оборудования для восстановления формы поверхностей качения
Для реализации технологических процессов чистовой обработки поверхностей качения крупногабаритных бандажей в БГТУ им. В.Г.Шухова при непосредственном участии автора разработан и модернизирован комплект мобильного оборудования. В результате комплект позволяет осуществлять наряду с лезвийной, также и абразивную обработку поверхностей качения бандажей, что существенно повысило их качество. Также как и в ранее разработанных технологических процессах может применяться специальный стенд [87] (рис. 4.23). Он представляет собой опору вращающейся цементной печи 5 185 м, состоящую из рамы 1 с двумя опорными роликами, на поверхности качения которых устанавливают бандаж 3 для последующей обработки. Чтобы исключить возможные осевые смещения бандажа при его вращении, положение опорных роликов тщательно выверяется и регулируется, и дополнительно устанавливают систему осевых упоров 4. Привод вращения осуществляется двигателем постоянного тока 5 через двухступенчатый понижающий редуктор 6 и цепную передачу 7 - непосредственно на опорный ролик.
В комплект мобильного оборудования входит также модернизированный универсальный встраиваемый станок (рис.4.24), который внедрен в АО «Осколцемент», АО «Искитимцемент», АО ТД «Сибирский цемент» и ряде других предприятий. Станок состоит из двух стоек 1, сварной конструкции, направляющей 2, продольного 3 и поперечного 4 суппортов. На левой стойке станка выполнен сменный привод продольных подач 5 съемной конструкции (патент № 119272(84]), что позволяет легко подобрать его с характеристиками (скорость подачи и мощность), соответствующими стадиям лезвийной или абразивной обработки, а так же исключить его возможные повреждения при монтаже-демонтаже станка на специальный стенд или на опору технологического барабана. На механизме переключения рабочих подач установлен также переходник для установки сменного механизма ускоренных подач. На базовые поверхности продольного суппорта в зависимости от выбираемой схемы обработки, может устанавливаться поперечный суппорт со шлифовальной головкой или с однопозиционным резцедержателем, или самоуста-навливающийся суппорт. Самоустанавливающийся суппорт состоит из корпуса 6, подпружиненной пиноли 7, в шарнирах которой на установлена траверса 8 с роликами 9 или другими видами опор. В развале траверсы на специальной площадке устанавливается поперечный суппорт с однопозиционным резцедержателем 10 или шлифовальной головкой с бесконечной лентой (патент № 97954J80]).
Перед монтажом самоустанавливающегося суппорта, его пружины 11 предварительно сжимают при помощи винта 12. После установки самоустанавливающегося суппорта, винт освобождают и опоры самоустанавливающегося суппорта под действием пружин постепенно прижимаются непосредственно к обрабатываемой поверхности и в процессе работы осуществляют ее обкатывание. При этом осуществляется копирование макроперемещений бандажа (рис. 4.25).
Габаритные размеры, мм:
- длина 2480
- ширина 700
- высота 370
В комплект мобильного оборудования входит самоустанавливающийся суппорт, который может оснащаться шлифовальной головкой [80] (рис.4.26). Это позволяет вести не только лезвийную, но и ленточно-абразивную обработку поверхностей качения бандажей даже в условиях нестабильного их базирования, а также обеспечивать гарантированное исправление формы поверхности при условии минимального съема припуска. Расчет экономической эффективности восстановления формы опор качения вращающихся цементных печей представлен в приложении 2. Результаты исследований внедрены совместно с ООО ЦемСервис в условиях ЗАО «Белгородский цемент», ООО «Балаковские минеральные удобрения», ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения» (приложение 4). Чтобы обеспечить возможность выполнения различных избираемых схем обработки, разработана гамма сменных технологических наладок, позволяющих выполнять базирование станка на любой типоразмер роликоопоры вращающейся цементной печи.
