Введение к работе
Актуальность работы. Современное состояние производства сортового проката характеризуется высокой степенью автоматизации и механизации. Исключение составляет обвязка и упаковка готовой продукции, состояние которой не отвечает в полной мере современным требованиям. Большая часть потерь при транспортировке готовой продукции обусловлена некачественной ее обвязкой.
Переход на новые технологии прокатки привел к изменению параметров готовой продукции, что определило необходимость создания новых комплексов по обвязке. Существующие принципы построения и проектирования, разработанные конструкции не обеспечивают обвязку проволокой сечений, имеющих отношение максимального к минимальному размеру более 3 единиц, массой готового изделия свыше 900 кг, в стесненных условиях. Повышение скорости прокатки существенно снижает время, отводимое на операцию обвязки. В связи с этим совершенствование технологии обвязки проволокой и создание новых комплексов механизмов и устройств, обеспечивающих обвязку проволокой в соответствии с современными требованиями, является актуальной проблемой.
Её решение предполагает проведение исследований, направленных на формирование новых, научно обоснованных подходов к проектированию, методике расчетов и созданию комплекса механизмов и устройств обвязки сортового проката проволокой. Одним из перспективных направлений построения новых конструкций являются комплексные исследования на основе теории многодвигательных машин. Переход на новые методологии требует их развития в соответствии с особенностями строения и функционирования металлургического оборудования.
Цель работы. Развитие методов анализа и синтеза механизмов и устройств, входящих в комплекс обвязки сортового проката, на основе представления их как многодвигательных машин. Разработка на этой основе методики проектирования и создание машин, обеспечивающих обвязку сортового проката в соответствии с современными требованиями, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области разработки машин и агрегатов металлургического производства.
Идея работы. Переход к новым схемам построения комплекса механизмов и машин, обеспечивающих обвязку проволокой, полученным на основе структурного анализа и синтеза в сочетании с оптимизационными методами параметрического синтеза его элементов.
Научная новизна заключается:
в развитии теории анализа и синтеза многодвигательных машин в части их систематизации, построения структурных и функциональных схем, отражающих назначение частей машины и взаимодействие между ними;
в обосновании и разработке методики алгоритмизации процедуры структурного синтеза многодвигательных машин на основе минимизации числа основных звеньев;
в разработке общей теории кинематической развязки движений звеньев в многодвигательных машинах за счет введения в систему передачи движения (СПД) дополнительных компенсирующих степеней свободы;
в разработке принципов построения устройства обвода обвязываемых сечений с высоким коэффициентом формы, с использованием избыточных приводов, механизмов с переменной структурой, методов параметрического синтеза новых устройств, основанных на их представлении в виде связанной совокупности участков с постоянным характером нагружения;
в разработке новой технологии формирования узла типа «оплетка» на обвязочной проволоке (ОП), основанной на его постепенном формировании в направлении к вязальной головке;
в разработке принципов построения и динамической модели нового типа гидравлического автоколебательного привода (ГАП) ОП, с комплексной (механической и гидравлической) обратной связью;
- в методике параметрического синтеза устройства переноса
обвязываемого сортового проката при наличии в зоне обслуживания
препятствий и неопределенном положении стойки по условию
минимизации суммарной длины.
Предлагаемые концепции и расчетные методы с экспериментально установленными представлениями являются научной основой для разработки новых перспективных комплексов механизмов и устройств обвязки проволокой металлопродукции большой массы и высоким коэффициентом формы, а также других многодвигательных машин различного назначения.
Методы исследований и достоверность результатов работы. Работа представляет комплексное исследование, основанное на развитии теории многодвигательных машин, по анализу, компоновке и оптимизационному синтезу параметров устройств, являющихся основой создания машин для обвязки готовой продукции проволокой, удовлетворяющих современным тенденциям производства сортового проката. Исследования базируются на использовании методов общей механики, линейной алгебры и нелинейного программирования. Достоверность выводов и рекомендаций обоснована принятыми
концепцией и предпосылками, основывающимися на принципах системного научного анализа и современных положений механики машин, адекватности характеристик математических моделей и реальных систем, сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическое значение работы. Практическая ценность
результатов исследований определяется методологической
направленностью теоретических обобщений, развитием методики анализа и построения многодвигательньж машин по обвязке сортового проката проволокой и состоит:
- в разработке принципиально новьж комплексов по обвязке
металлопроката проволокой сечений с высоким коэффициентом формы,
защищенных авторскими свидетельствами на изобретения, патентами на
полезные модели, которые подтверждают техническую новизну и
приоритет предложенных принципов построения устройств обвода
сечения, формирования узла на обвязочной проволоке и манипулятора для
переноса обвязываемого изделия;
- в алгоритмизации задачи структурного синтеза многодвигательньж
машин с несколькими основными звеньями, разработке аналитических
методов расчета основньж геометрических и силовьж параметров
механизмов и устройств, обеспечивающих обвязку металлопроката;
- в создании и испытании лабораторньж, опытных и опытно-
промышленных образцов комплексов механизмов и устройств обвязки
бунтов проволоки большой массы, рулонов штрипса, производимых в
соответствии с современными требованиями.
Реализация работы. Результаты работы использованы на машиностроительных и металлургических предприятиях, в том числе:
- разработанные концепции, принципы построения, расчетные
методики использованы при создании рабочей документации, переданной
в производство для изготовления опытного образца машины для обвязки в
ОАО «Магнитогорский завод Ремстроймаш»;
в технологической линии стана 150 ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», проведены испытания опытно-промышленного образца машины для обвязки большегрузных бунтов, изготовленного по технической документации, разработанной по идеологии, представленной в работе, и под руководством автора.
- рекомендации по использованию при проектировании сложньж
механических систем, согласованные ОАО «Магнитогорский
ГИПРОМЕЗ».
Результаты диссертационной работы включены в учебные пособия: «Основы механики жидкости и гидропривода металлургических машин» (авторы: Кутлубаев И.М., Макаров А.Н.), «Основы механики
многодвигательных машин» (авторы Макаров А Н , Кутлубаев И М , Усов ИГ) и используются при чтении дисциплин «Основы механики многодвигательных машин», «Металлургические подъемно-транспортные машины»
Научное и прикладное значение подтверждается соответствующими актами и материалами, помещенными в приложении
Апробация работы. Основные положения работы и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на Шестом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986 г), Всесоюзном совещании-семинаре «Инженерно-физические проблемы новой техники» (Москва, 1990), V Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Москва, 1990), Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2001), I Общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука -региону» (Вологда, 2003 г), Второй Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2003)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе 2 учебных пособия, монография, 24 авторских свидетельства на изобретения, патент на изобретение, 2 патента на полезную модель
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, библиографического списка, приложений Основное содержание работы изложено на 306 страницах машинописного текста, включающих 101 иллюстрацию и 6 таблиц Список литературы содержит 256 наименований Приложения содержат 8 страниц
