Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе в условиях рыночных
отношений развитие народного хозяйства Российской Федерации зависит в
значительной степени от внедрения передовых технологий, оборудования и
способов эксплуатации промышленного оборудования. Актуальными
являются проблемы экономии энергоресурсов, повышения
производительности оборудования, находящегося в эксплуатации.
Инвестиционная программа развития экономики Российской Федерации по промышленному, инфраструктурному и жилищному строительству требует увеличение объема цемента, производство которого к 2020 году должно быть увеличено до 12S млн. тонн в год. Этот проект может быть осуществлен путем строительства заводов и модернизацией существующего оборудования.
Технологические линии цементных заводов эксплуатируется в России более 50 лет, следовательно, необходимы постоянные профилактические ремонты оборудования, с целью сохранения его работоспособности и соответствия требованиям, предъявляемым к энергоемким непрерывным производствам. Следует учесть и тот факт, что отечественные машиностроительные предприятия последние 25 лет не производят комплексных поставок сменных агрегатов.
При производстве цемента применяются вращающиеся сушильные и обжиговые печи, шаровые трубные мельницы и различное крупногабаритное вращающееся оборудование. Одним из главных фактором повышения производительности работы такого оборудования является его надежность, зависящая от качества монтажных работ, своевременного ремонта и технического обслуживания, которые являются наиболее трудоемкими, но слабо оснащенными. Следовательно, необходимо применение специального ремонтного оборудования, которое позволит восстанавливать работоспособность агрегатов в условиях эксплуатации позволит сократить время проведения восстановительных работ, снизить расходы и вследствие чего увеличится объем выпуска цемента.
Цементная промышленность России на сорока шести заводах производит 64 млн. тонн в год (уровень 2007 года). Срок эксплуатации заводов составляет от 50 до 75 лет. Устаревшее оборудование, не эффективные технологии (мокрый метод на 85% заводах), отсутствие автоматических систем управления привели к кратному отставанию по основным показателям в сравнении с зарубежными аналогами, а производительность труда, как выпуск цемента на одного работающего в России примерно 1500 тонн цемента в год (зарубежный аналог около 15000 тонн цемента в год).
Помольное оборудование применяется в различных областях промышленности, а при производстве цемента оно является основным звеном технологической линии. Помольные и сырьевые мельницы работают в зоне
больших динамических нагрузок, что приводит к потери работоспособности и как результат к длительным простоям в ремонте.
В связи с этим возникает необходимость решения актуальной научной проблемы по разработке новых технологий, обеспечивающих восстановление работоспособности шаровых трубных мельниц в условиях эксплуатации.
Представленная работа выполняется в соответствии с планом научно-исследовательских работ в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г.Шухова.
Целью работы является экспериментальное обоснование,
теоретические исследования и разработка способа, технологии и оборудования, обеспечивающих восстановление работоспособности с заданной точностью, в условиях эксплуатации в соответствии с конструктивно-технологическими требованиями крупных помольных агрегатов, путем механической обработки внутренней цилиндрической поверхности цапфы, обеспечивающей базирование элементов, ускоряющих подачу продукции в корпус агрегата, с обеспечением концентричного расположения внутренней цилиндрической поверхности с наружной поверхностью скольжения, базирующейся на подвижной сферической опоре.
В соответствии с поставленной целью в работе были сформулированы следующие задачи:
- теоретически обосновать возможность обработки с необходимой
точностью внутренних поверхностей крупногабаритных валов, имеющих
поверхность, концентрично расположенную относительно наружной
цилиндрической поверхности;
- разработать методику, обеспечивающую требуемую точность
положения оси вращения при базировании цапфы эллиптическими буртами
на подвижном основании;
- разработать комплекс оборудования, обеспечивающий неподвижность
оси вращения цапфы в пространстве;
разработать станок для обработки внутренней цилиндрической поверхности цапфы для обеспечения концентричности наружной и внутренней поверхностей при условии подвижности базирующих опор;
- экспериментально исследовать процесс формообразования внутренних
цилиндрических поверхностей в крупногабаритных валах;
экспериментально исследовать величину линейного искажения нормального сечения поверхности резания от геометрических параметров ротационного резца;
определить влияние основных факторов на величину шероховатости и волнистости обработанной поверхности;
апробировать результаты исследований в промышленности.
Объект и предмет исследований. Объектом исследований является крупногабаритное вращающееся оборудование типа помольных мельниц, рассматриваемое в процессе его эксплуатации и ремонта.
Предметом исследования являются обеспечение точности и
восстановление работоспособности цапф помольных мельниц.
Научная новизна заключается в решении задачи выявления технологических методов и способов восстановления работоспособности крупногабаритных мельничных агрегатов в условиях эксплуатации при помощи приставного металлообрабатывающего оборудования, развития научных представлений и раскрытия связей технологических процессов обеспечивающих точность и качество обработанных деталей и узлов.
Основные составляющие научной новизны:
-
Выявлены и установлены причины потери работоспособности ускоряющих устройств помольных мельниц.
-
Выявлены пространственные размерные взаимосвязи узлов мельничного агрегата; выявлены источники формирования отклонений, обуславлшл'ощие износ сопрягаемых и транспортирующих поверхностей.
-
Теоретически обоснованы технологические методы и способы обеспечения точности обработки внутренних цилиндрических поверхностей.
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность восстановления приставным оборудованием внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра с обеспечением концентричности с наружной поверхностью скольжения.
-
На основании физического моделирования теоретических и экспериментальных исследований получены две математические модели, определяющие качество и точность обработанной цилиндрической поверхности.
-
Разработана новая технология восстановления работоспособности цапф мельниц.
-
Впервые разработано оборудование, обеспечивающее обработку внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра в условиях эксплуатации.
Достоверность научных положений н результатов исследований обосновывается: применением научных положений технологии машиностроения, теории базирования, современных методов математического моделирования точности; современных компьютерных технологий для моделирования технологических процессов; использованием математических методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов; применением современного экспериментального оборудования, измерительных приборов высокой точности и соответствием полученных экспериментальных данных результатам теоретических исследований; положительным опытом внедрения полученных результатов, апробацией и получением патента на полезную модель.
Практическую ценность работы составляют:
-
Разработаны математические модели, обеспечивающие выбор режимов обработки внутренних поверхностей цилиндрической формы большого диаметра с заданной точностью геометрической формы и шероховатостью поверхности.
-
Разработанные технология и оборудование позволяют обрабатывать внутренние цилиндрические поверхности болыпого диаметра с высокой точностью концентричности относительно наружных поверхностей.
-
Технология, комплекс оборудования и средства технического оснащения позволяют производить обработку оборудования на месте его эксплуатации, что позволяет значительно сократить сроки ремонта и себестоимость работ.
-
Технологию оборудования можно использовать для ремонта загрузочных и разгрузочных цапф помольных мельниц различного диаметра.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследований причин потери работоспособности
ускоряющих устройств цапф помольных мельниц.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований способа механической обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра с обеспечением концентричности и расположения относительно наружной поверхности скольжения, на месте эксплуатации оборудования.
-
Математическую модель линейного искажения нормального сечения поверхности резания, возникающего, вследствие наличия радиусов кривизны режущего лезвия ротационного резца и обрабатываемой внутренней поверхности детали, с учетом поворота оси резца в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
4. Математическую модель расчета износа материала режущего
инструмента от основных факторов обработки цилиндрической поверхности в
данных условиях.
5. Научно обоснованные конструктивные и технологические решения,
использованные при конструировании, изготовлении и внедрении комплекса
приставного оборудования, обеспечивающего обработку внутренних
цилиндрических поверхностей большого диаметра при базировании на
подвижных гидравлических опорах на месте эксплуатации оборудования.
Внедрение результатов работы: результаты работы внедрены на ООО ТД «Сибирский цемент» (2007 г.). По результатам работы внедрены:
- новая технология восстановления изношенных ускоряющих деталей
цапф помольных мельниц;
- технология обработки посадочных мест внутренней цилиндрической
поверхности цапфы;
математические модели, позволяющие осуществить поиск оптимальных схем и режимов обработки базовых поверхностей с заданной точностью;
разработай и внедрен комплекс оборудования для обработки внутренних поверхностей вращающихся цапф мельниц на месте их эксплуатации.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс БГТУ им.
ВХ.Шухова, Белгородского инженерно-экономического института и
используются при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедрах:
«Технология машиностроения», «Механическое оборудование
промышленности строительных материалов».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических, научно-производственных и научно-технических конференциях и получили должное одобрение:
на 8-м международном конкурсе бизнес - идей и научно-исследовательских разработок «Молодые. Дерзкие. Перспективные», г. Санкт - Петербург, 2005г.;
на международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007г.;
- на международной научно-производственной конференции «Проблемы
сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их
решения», Белгород, 2008г.;
- на четвертой международной научно-технической конференции
«Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и
металлургического производства, технология и надежность машин, приборов
и оборудования», Вологда, 2008г.;
- на международном конгрессе производителей цемента «Производство
цемента - основа развития строительной отрасли», Белгород, 2008 г.;
- на международной научно-практической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь в начале нового столетия»,
Губкин, 2009г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 научных работ, из них статьи в журналах перечня ВАК - 2, патент - 1.
Структура диссертации включает*, введение, пять глав, заключение, список литературы, включающий 115 источников. Общий объем диссертации 163 страницы, включая 51 рисунок, 8 таблиц, приложения на 14 страницах.
