Введение к работе
Актуальность работы. В шиновосстановительной промышленности и на предприятиях, эксплуатирующих транспортные средства на пневматическом ходу, ремонт местных повреждений шин играет важную роль, так как за счет увеличения пробега шин позволяет сэкономить ежегодно более 15 тыс.т каучука, 8-Ю тыс.т технического углерода, 4-8 млн.м2 корда, около 2 тыс.т металла.
По данным ЮШШПа, на каждую 1000 восстанавливаемых грузовых шин, 360 ремонтируется с использованием пластыря. При этом в Российской Федерации, как и в ряде зарубежных стран, законодательно утвержден горячий способ ремонта повреждений каркаса шин.
Качество отремонтированных шин находится в прямой зависимости от температурного режима вулканизации в течение всего цикла и минимального разброса температуры на рабочей поверхности нагревательных плит. Это объясняется спецификой вулканизуемой среды "резиновая смесь-вулканизат", в которой оптимум температуры определяется исходя из того, что увеличение ее , с одной стороны, способствует образованию более полного контакта резиновой смеси с вулканизатом и диффузии сегментов макромолекул каучука в граничный слой вулканизата, а с другой - ускоряет структурирование полимера, что препятствует развитию указанных процессов.
Сказанное выше определяет актуальность и необходимость постановки и решения задач оптимального управления рассматриваемым процессом и их техническую реализаций.
Процесс вулканизации ремонтируемого участка шины относится к классу сложных химико-технологических процессов. Технологические и конструктивные особенности его организации и протекания (нагрев под давлением и вулканизация в среде "вулканизат-резиновая смесь" в ограниченном незамкнутом сегменте шины при жестких параметрах температуры во времени и на рабочей поверхности нагревательных плит) не позволяют применить при конструировании вулканизаторов и управлении их тепловыми режимами традиционные схемы и конструкции, разработанные для процессов вулканизации при восстановлении шин по полному профилю.
Существующие отечественные конструкции вулканизаторов для
местного шиноремонта металле и энергоемки. Энергетические затраты в себестоимости ремонта' покрышки составляют не менее 15 .
В связи с этим, целью настоящей работы является минимизация энергозатрат при реализации процесса местного шиноремонта путем создания алгоритмов и систем управления, обеспечивающих аффективное функционирование в условиях колебаний температуры окружающей среды и нестабильности тешюфизических свойств.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
разработкой математической формализации процесса вулканизации при местном шиноремонтв;
постановкой и решением задачи идентификации тешюфизических свойств материала пластыря;
разработкой и реализацией алгоритма решения уравнений математической формализации;
проведением исследования процесса вулканизации при местном шиноремонтв как объекта управления;
постановкой и решением задачи управления процессом вулканизации при местном шиноремонтв ;
разработкой устройства, реализующего полученные законы управления.
Обоснованность научных результатов. Достоверность и
новизна основных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена и обоснована с помощью методов кибернетики и системного анализа. Для учета неопределенности в исходной информации и получения гарантированного результата в исследованиях были применены метода математической статистики и вычислительной математики.
Научные результаты диссертации получили практическое подтверждение в ходе экспериментальных и численных исследований на специально разработанных конструкциях вулканизаторов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая формализация процесса вулканизации при местном шиноремонтв, адекватно отражающая теплотехнические особенности процесса,учитывающая нестабильность теплофизических свойств материала пластыря и колебания температуры окружающей среды, и пригодная для решения задач исследования и управления;
поставлена и решена задача идентификации теплофизических свойств материала пластыря;
предложен подход, позволяющий с заданной степенью точности' заменить уравнения в частных производных системой обыкновенных дифференциальных уравнений;
предложена нелинейная экономичная разностная схема решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений;
поставлена и решена задача управления процессом вулканизации при местном ремонте шин, обеспечивающая минимизацию энергетических затрат.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Получен и рекомендован в производство алгоритм управления процессом вулканизации при местном шиноремонте, обеспечивающий минимиальное отклонение от заданного режима вулканизации с учетом изменения температуры окружающей среды и нестабильности тешюфизических свойств материала пластыря.
Разработан комплекс программ, который, на основе использования методов математической статистики, позволяет обеспечивать хранение экспериментальных данных и их автоматизированную обработку.
Исследованы статические и динамические характеристики
изучаемого процесса. Результаты исследования оформлены в виде
рекомендаций обслуживающему персоналу и переданы для
использования.
Предложена система автоматического управления,
реализующая полученный алгоритм управления.
Алгоритмическое и программное обеспечение достаточно универсально и может использоваться для исследования и управления аналогичными процессами вулканизации и термообработки.
Апробация работы. Материалы работы докладывались в период І993-І996Г.Г. на семинарах кафедры АХП (ИЛУ) "Вопросы моделирования и управления техническими системами в условиях неопределенности", конференциях ТГТУ, областной практической конференции в г.Тамбове и на семинаре руководителей шиноремонтных заводов(ШРЗ) совместно с НИИШПом в г.Ярославле.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 4 публикациях, в технико-акономическом бюллетене НИИШПа, информационных листках ЦНТИ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений.