Введение к работе
Актуальность работы. Одной из значимых сіатей затрат в технологических комтексах (ТК) промышленных предприятий явтяются затраты на техническое обстуживапие и ремонт СТО и Р) станочного оборудования По оценкам специалисіов они доходяг до 6-8% оі совокупных затрат на производство Качесіво выпо.шения ТО и Р во многом определяет безотказность работы станочного оборудования, а. следовательно, и уровень > щерба от внеплановых его остановок
Следует отмстить, что основную долю сіаночного парка промышленных предприятий составіяюі станки токарной группы. Стабильность показателей качества обрабатываемой поверхности на них существенно зависит от технического состояния шпиндельных узлов. Анализ интенсивности износа узлов станков токарной группы за период эксплуатации, проведенный по данным машиностроительных предприятий показал, что в наибольшей степени износу подвержены элементы привода главного движения и особенно нагруженная опора шпинделя. Это обусловлено тем, чю именно она испьпывает в большей мере воздействие динамических нагрузок составляющих силы резания
ТО и Р имею і важное значение для решения задачи ресурсосбережения, повышения эффективности и качества функционирования 1К предприятия В современных условиях, характеризуемых высокой стоимостью нового оборудования и отсутствием у большинства отечественных предприятий финансовых ресурсов для его приобретения, очевидно, что проблемы реновации существующею оборудования и совершенствования технологии и методов 10 и Р целесообразно решать комплексно, во взаимосвязи, с учеюм системных свойств ТК. Для решения этой проблемы, вероятно, необходимо разработать соответствующие принципы и методические подходы, которые до насюящею времени не имеют должної о развития.
Одним из прогрессивных способов повышения уровня эксплуатационной надежности станков яв іяется диагностика фактическою состояния элементов системы и организация ГО и Р, исходя из необходимости обеспечения их безотказной работы В организации ремонта необходима дифференциация рабої по условиям конкретных систем, а также информационного обеспечения, представляемого средствами технической диагностики.
Обнаружение неисправностей на ранней стадии дает возможность не голько предотвратить внезапные оіказьі металлорежущих станков, но и перейти к их экепчуатации и ТО по фактическому состоянию, исключив ненужные вскрытия механизмов, и минимизировать объем ремонтных работ.
Известно, что при эффективном диагностировании технического состояния станка и своевременном принятии профилактических мер затраты на IО и Р могут быть уменьшены на 20-25 %. Таким образом, разработка методик и средств диагностирования фактическою технического состояния, особенно различного рода его экспресс-оценок, наиболее важної^.igfl
I СИ
О»
Представленная работа выполнялась в рамках грантов губернатора Туїьской области в сфере науки и техники по договорам. № ГШ72/Д0267 «Повышение качества функционирования технологического оборудования в условиях частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей»; № ГПІ72/Д0176-Ц «Комплексная система технико-технологических средств снижения оперіоемкости производства и повышения качссіва продукции в условиях промышленных предприятий».
Цель работы — сокращение за;рат времени на техническое обслуживание и ремонт токарных станков путем повышения их эксплутационной надежности на основе экспресс-диагностирования шпиндельных узтов по спектральным харак геристикам вибросигналов.
В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены основные задачи:
-
Разработать диагностическую модель шпиндельных узлов, учитывающую параметры их технического сосюяния в виде возмущающих факторов, находящих свое отражение в спекіральньїх харакіеристиках диаіносіическнх сигналов при различных режимах функционирования станков.
-
Установиїь функциональные связи параметров моделей возмущения, дефекгов в кинематических звеньях и характеристик тестовых технологических режимов.
-
Создать методику экспресс-диагностирования шпиндельных узлов на основе тестовых испытаний токарных станков.
-
Разрабоїать измерительный комплекс и методическое обеспечение для диагностирования технического состояния шпиндельных узлов токарных станков в производственных условиях.
Методы исследования. Іеореіические исследования динамики узлов металлорежущих станков проводились с использованием методов спекірального анализа, математической статистики, теории колебаний, теории автоматического управления машин, основных положений технолоіии машиностроения, технической диагностики и іеории механизмов Вычислительные эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и средств математического и имитационного моделирования на основе стандартных пакетов и программ MAPLE, MATLAD и MATHCAD. Экспериментальная проверка результатов работы проводилась на гокарных станках различных моделей. Достоверность результатов подтверждается использованием современных регистрирующих приборов и методов обработки результатов экспериментов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Диагностическая модель шпиндельных \з.юв токарных станков, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправности с их проявлением в вибрациях ».іементов пространственной структуры механического узла.
-
Структура и параметрическое содержание моделей возмущений, учитывающих взаимосвязь проявтений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе реализуемым технолої ическим режимом.
»« ' '' ... *w '"
3 Мето тика экспресс-диат ностирования при тестовых испытаний
токарных станков, базирующаяся на поэтапном восстановлении параметров
технического состояния шпиндельных узлов на трех режимах
ф> нкционирования хо юстом ходу, точением гладкой и прерывистой
поверхностей, создающих различные динамические нагрузки в системе.
4 Измеритетьный компьютеризированный комплекс для экспресс-
диаі ностирования станочного оборудования в производственных условиях,
методической основой которого являются модели возмущений и
диагностическая модель контролируемого узла
Научная новизна. Установлены функциональные связи параметров технического состояния шпиндельных узлов токарных станков со спекфальными характеристиками вибросигналов, теоретической основой которых являются диагностическая модель, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлениями в вибрациях элементов пространственной структуры узла и возмущений, представляющих собой синтез тестовых технологических воздействий и проявлений дефектов кинематических связей.
Практическая ценность работы. Разработанный комплекс аппаратных и программных средств диагностики техническою состояния шпиндельных >злов токарных станков позволяет в реальных производственных условиях обнаружить зарождение дефектов и в результате этого сократить затраты на ТО иР
Разработанная методика используется для проведения экспресс-
диагностирования станков с целью повышения их эксплуатационной
надежности (безотказности), корректировки сроков планово-
предупредительных ремонтов и сокращения затрат на них материальных и трудовых ресурсов Экспресс-диагностирование шпиндепьных узлов токарных сіанков позволяет сократить время и снизить затраты на ТО и Р на 5-10 %.
Практическая реализация. Разрабоїанньїе технические и программные средства технической диагностики токарных станков приняты к внедрению в ОАО «Завод "Арсенал"» г. Тула. Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в дисциплине «Управление техническими системами».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались
на международных научно-практических конференциях «Микропроцессорные,
аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и
вопросы применения» и «Интеллектуальные электромеханические устройства,
системы и комплексы» в Государственном Новочеркасском техническом
университете: на VI научной конференции «Нелинейные колебания
механических систем» г Нижний Новгород. ИНГУ, 2002 г.; на Первой
тлектронной международной научно-технической конференции
«Автоматизация и информатизация в машиностроении», г. Тула, 2000 г.; на Второй электронной международной научно-технической конференции '< Автоматизация и информатизация в машиностроении», і Туча, 2001г., а
также на научных конференциях профессорско-преподаватетьскою сосіава
ТулГУ в 2000-2004 гг
Публикации. По теме диссертации опубтиковано 15 статей
Структура и объем работы. Диссертация состоит иі введения, чешрех
