Введение к работе
Актуальность темы. Промышленный подъем России и переход на устойчивое ускоренное развитие невозможны без переориентации промышленности на ресурсосберегающие экологически чистые технологии на основе тесной ш-ггеграции науки и производства во всех отраслях промышленности.
Большинство современных технологических процессов механообрабаты-вающих производств невозможно без применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), способствующих существенному увеличению стойкости инструмента, повышению производительности и качества обработки. В то же время отработанные СОЖ и продукты их утилизации стали одним из главных источников загрязнения окружающей среды предприятиями машиностроительного комплекса.
Современное состояние машиностроительной промышленности России делает проблему ресурсосберегающего экологизированного технологического обеспечения машиностроительных производств смазочно-охлаждающими жидкостями все более актуальной, что обусловлено рядом причин: необходимостью существенного повышения производительности механической обработки и стабилизации качества выпускаемых изделий (деталей); неуклонным возрастанием стоимости нефтепродуктов, являющихся основой многих СОЖ; ухудшением экологической ситуации и ужесточением требований к охране окружающей среды и, в частности, к экологической чистоте и безопасности производственных технологий; все более увеличивающейся долей в себестоимости готовой продукции затрат на СОЖ.
Цель работы. Повышение эффективности технологических процессов механической обработки на основе разработки, научного обоснования и реализации ресурсосберегающего экологизированного технологического обеспечения машиностроительных производств смазочно-охлаждающими жидкостями.
Задачи работы. 1. Разработка комплекса математических моделей, позволяющих оценивать состояние СОЖ в любой момент времени, анализировать и рассчитывать системы применения СОЖ любой мощности и производительности для конкретных производственных условий металлообработки.
-
Разработка и внедрение системных ресурсосберегающих экологизированных технологий обеспечения машиностроительньгх производств СОЖ - от их приготовления до утилизации отходов, извлеченных из отработанных жидкостей.
-
Проектирование и внедрение в машиностроение и другие отрасли промышленности новой техники ресурсосберегающего экологизированного применения СОЖ.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, принципов системного подхода, теории подобия и моделирования, теории вероятностей и математической статистики, теории графов, теодш^^шожеотв. интегрального и дифференциального исчислений, теорй^^щщщДМУИАЯ 1
Экспериментальные исследования nf#B%fteffiPM натірньгх образцах, а
j СПетерйУрг - |»
также путем физического моделирования и математического моделирования с использованием ЭВМ.
Научная новизна. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан комплекс научно-обоснованных технологических и технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса путем ресурсосберегающего экологизированного технологического обеспечения магшшостроительных предприятий смазочно-охлаждающими жидкостями, позволяющего повысить производительность механической обработки, улучшить качество обработанных деталей, снизить потребление ресурсов и повысить экологическую безопасность производств.
Наиболее значимыми являются следующие результаты:
-
Разработан системный подход к технологическому обеспечению производительности, качества и экономической эффективности металлообрабатывающих комплексов машиностроительных производств посредством разработки и реализации технологии и техники бессточной циркуляции и очистки СОЖ, оборудования для восстановления и регенерации отработанных СОЖ, разложения и переработки образующихся стоков и твердых отходов.
-
Разработан комплекс математических моделей, включающий модель шероховатости поверхности детали, шлифованной с применением СОЖ, содержащей механические примеси; модель изменения состояния СОЖ в системе ее применения, предназначенная для решения задач параметрического анализа систем применения (СП) СОЖ; модели, описывающие процессы очистки СОЖ в электромагнитных и магнитных сепараторах, гравитационных очистителях, фильтровальных установках и обеспечивающие расчет конструктивных и режимных параметров этих очистителей.
-
Разработаны принципы создания и функционирования и критерии оценки эффективности систем применения СОЖ в машиностроительных производствах, а также общая структура таких систем.
-
Предложена технология защиты СОЖ от микробиологического поражения путем использования антагонистичности анаэробных и аэробных бактерий на основе периодической аэрации СОЖ и непрерывного удаления из нее механических примесей и «инородных» масел, предложены методы; предотвращающие биопоражение СОЖ.
-
Доказана ігоишшпиальная возможность бессточного функционирования СОЖ путем управления интенсивностью накопления в СП СОЖ механических примесей, «инородных» масел, микрофлоры и солей.
Практическая ценность. Разработаны научно обоснованные рекомендации по решению проблемы технологического обеспечения качества, производительности и экономической эффективности металлообрабатывающих комплексов машиностроительных производств на основе создания систем ресурсосберегающего экологизированного применения СОЖ, а также путем создания стандартов государственного уровня.
Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для расчета изменения состояния СОЖ в процессе ее функционирования при металлообработке.
Предложен замкнутый технологический процесс обеспечения машиностроительных производств СОЖ и разработана структура СП СОЖ, реализующих этот процесс.
Предложены высокоэффективные технологические решения подсистемы очистки СОЖ многоступенчатой и многоконтурной компоновок, в частности технология неполиопоточной компенсационной тонкой очистки СОЖ, при которой функция очистки разделяется на две: первая - удаление основной массы механических примесей, поступающих с технологического оборудования, вторая - предотвращение накопления мелкодисперсных частиц механических примесей в СОЖ. Эти решения позволяют многократно снизить капитальные затраты на создание подсистемы очистки СОЖ.
Реализация и внедрение результатов. В промышленности используются: новые средства технологического обеспечения машиностроительных производств СОЖ, заїцищенньїе 40 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, серийное производство которых освоено ЗАО «НІЖ «Волга - Эко-пром» (г. Ульяновск); технологические процессы ресурсосберегающего экологизированного применения СОЖ, включающие ее очистку от механических и иных примесей, восстановление отработанных СОЖ, рекуперацию металлов, минеральных масел и технической воды из отработанной СОЖ и шламов, извлекаемых из СОЖ, разложение не подлежащей восстановлению отработанной СОЖ и повторное использование продуктов разложения.
Разработки диссертанта используются на двадцати предприятиях машиностроения и металлургии. Подтвержденный годовой экономический эффект от их использования составляет более 94 миллиона рублей в ценах 2001 г. Технико-экономическую эффективность новых технологий и средств технологического обеспечения машиностроительных производств СОЖ определяли с учетом увеличения производительности обработки заготовок, улучшения и стабилизации качества деталей, увеличения периода стойкости инструмента и срока функционирования СОЖ до ее замены, уменьшения затрат на приготовление СОЖ и утилизацию отработанных СОЖ, экономии затрат на приобретение сырья и материалов. Обеспечено также резкое снижение экологической нагрузки на окружающую среду.
Международное признание получили: ресурсосберегающая экологизированная технология обеспечения мапшностроительных производств СОЖ -диплом и серебряная медаль Международного Салона изобретений «Конкурс Лепин», г. Париж, 2001 г., диплом II степени Российского агентства по патентам и товарным знакам; магнитный сепаратор для очистки СОЖ - диплом и золотая медаль международной промышленной выставки «Эврика-2000», г. Брюссель, 2000 г., специальный приз Австрийского общества изобретателей, 2000 г., специальный приз, диплом и золотая медаль Международного Салона изобретений «Конкурс Лепин», г. Париж, 2001 г.; технология утилизации промышленных стоков - диплом и серебряная медаль международной промышленной выставки «Эврика-2000», г. Брюссель, 2000 г.; технология переработки металлосодержащих шламов - диплом и золотая медаль международной промышленной выставки «Эврика-2001», г. Брюссель, 2001 г.
Основные научные положения., выносимые на защиту.
-
Системные положения по организации технологического обеспечения качества, проюводителъности, экономической эффективности и экологической безопасности металлообрабатьгоающих комплексов машжюстроителъных производств, заключающиеся в научно обоснованных технологических и технических разработках, проектировании и реализации технологии и оборудования систем применения СОЖ.
-
Математические модели, описывающие взаимосвязи параметров качества поверхностей деталей, обработанных с применением СОЖ, с параметрами качества последней, например, загрязненной механическими примесями.
-
Комплекс математических моделей СП СОЖ, описывающих динамику изменения состояния СОЖ (дисперсного состава, концентрации механических примесей и «инороднъгх» масел) в процессе функционирования, а также процессы очистки СОЖ в электромагнитных и магнитных сепараторах, гравитационных очистителях, фильтровальных установках, и позволяющих рассчитать основные конструктивные и режимные параметры этих очистителей, и математическую модель шероховатости поверхности, шлифованной с применением СОЖ, загрязненной механическими примесями.
-
Комплекс прщщипов создания и функционирования, и критерии оценки эффективности систем применения СОЖ, а также общая структура таких систем.
Апробация работы. Основные результаты доложены и представлены на международных научно-технических конференциях (НТК) «Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов», Киев, Украина, 1992; «Совершенствование процессов финишной обработки в машиностроении и приборостроении. Экология и защита окружающей среды», Минск, Беларусь, 1995; «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», Волжский, 1997, 1998; «Производство. Технология. Экология. ПРОТЭК», Москва, 1998, 1999, 2000, 2001; «Применение математики в технике и экономике», София, Болгария, 2001; международных научно-технических семинарах «Смазочно-охлаждающие жидкости в металлообработке», Казань, 1998; «Смазочные материалы в промышленности», Пермь, 2001; всесоюзных НТК «Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ», Оренбург, 1989; «Повышение эффективности станков с ЧПУ и ОЦ в составе специализированных участков», Москва, 1989; всероссийских НТК «Инженерно-техническое обеспечение АПР и машинно-технологических станций в условиях реформы развития», Орел, 2000; «Математическое моделирование в научных исследованиях», Ставрополь, 2000; региональных НТК «Инженерное образование и научно-технический прогресс», Ульяновск, 1990, 1991; «Ресурсосберегающие технологии листовой и объемной штамповки», Ульяновск, 1997; «Наукоемкие технологии товаров народного потребления», Ульяновск, 1997; «Проблемы экологии Ульяновской области», Ульяновск, 1997; «Инновации 2000», Ульяновск, 2000; научно-техническом семинаре кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ, Ульяновск, 1999, 2002; научно-техническом совете машиностроительного факультета УлГТУ, 2002; научно-техническом семинаре кафедры «Технология машиностроения» СГТУ, Самара, 2002.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 69 работ, в том числе 1 монография и 2 государственных стандарта РФ, получено 40 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (230 наименований) и пяти приложений. Общий объем диссертации 429 станиц, в том числе 235 страниц машинописного текс і а, * 181 рисунок и 58 таблиц.
