Введение к работе
Актуальность работы. Технологические барабаны (ТБ) представляют собой широкий класс промышленных агрегатов, применяемых во многих отраслях промышленности: строительных материалов, химической, горнодобывающей и др. ТБ служат для осуществления физико-химической обработки материалов: обжига цементного клинкера, спекания шихт в производстве глинозема, окислительного, восстановительного и хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси алюминия, кокса, карбонатов, извлечения цинка и свинца, обезвоживания и сушки материалов.
ТБ имеют высокую производительность и, как правило, работают по непрерывному циклу. Например, вращающаяся цементная печь 05x185 м за один час осуществляет обжиг приблизительно 60 т клинкера. Соответственно потери, вызываемые вынужденными остановками ТБ на ремонт, весьма значительны. Поэтому к ТБ предъявляются повышенные требования по надежности: наработка на отказ их деталей и узлов должна быть не менее срока начала проведения капитального ремонта.
Однако на практике из-за образования трещин на корпусе, перегрева корпуса из-за разрушения футерующего слоя и других причин наблюдаются частые остановы в работе ТБ. Проводимые ремонтные работы, особенно по восстановлению футеровки, требуют останова и охлаждения ТБ, что приводит к дополнительной потере времени.
Среди основных причин, приводящих к таким остановам, следует назвать дефекты формы и поворота поверхностей качения опор ТБ. Точность относительного поворота и формы поверхностей качения как в пределах одной опоры, так и ТБ в целом, не соответствует требованиям безотказной эксплуатации уже при монтаже агрегатов, что приводит к нарушению условий контакта деталей опор.
Для транспортирования сырья ТБ обычно имеют наклон к горизонту примерно 3,5%. Одним из существенных недостатков работы вращающегося ТБ является смещение его корпуса по опорных роликам вниз.
Для управления этим процессом и обеспечения равномерного износа опорных роликов, на некоторых конструкциях ТБ оси роликов преднамеренно поворачивают относительно оси ТБ на определенный угол. В результате появляется осевая составляющая силы трения, приводящая к смещению всего ТБ. Управление перемещением осуществляется изменением коэффициента трения за счет периодической смазки поверхностей качения. Таким образом, ТБ может осуществлять циклические возвратно-поступательные осевые движения в пределах поверхностей качения опорных роликов, обеспечивая их равномерный износ. Предельные величины осевых перемещений ограничены жесткими упорами.
Перекашивание роликов сопровождается многими отрицательными явлениями. Во-первых, перекошенные ролики и катящиеся по ним бандажи сильно изнашиваются. Во-вторых, перекос роликов вызывает
дополнительное трение в подшипниках опор и их повышенный износ. В-третьих, из-за дополнительного трения в опорах, возрастает потребная мощность приводного механизма ТБ. Тем не менее, перекашивание роликов - весьма распространенный способ противодействия смещению корпуса ТБ.
Очевидно, что при наличии поворота осей бандажей и роликов опор ТБ, для обеспечения необходимых условий контакта требуется модификация их поверхностей качения. Решение данной задачи возможно при использовании специальных переносных станков, применяемых для обработки бандажей и роликов на работающем агрегате или при его сборке.
Существующие технологические процессы обработки поверхностей качения бандажей и роликов специальными переносными станками в большинстве случаев решают задачи по обеспечению их цилиндричности и крутости. Тем не менее, относительный их поворот способствует интенсивному деформированию поверхностей, что опять ведет к механической обработке.
Очевидно, что форма модифицированных образующих поверхностей качения должны зависеть от характеристик требуемого пятна контакта. Так же очевидно, модификацию поверхностей качения необходимо осуществлять при сборке ТБ, что в свою очередь требует разработки нового или модификации существующего технологического процесса, необходимого мобильного оборудования и средств технологического оснащения.
Цель работы: определение оптимальных условий контакта опор ТБ и разработка технологических методов их достижения за счет модифицирования поверхностей качения непосредственно при сборке ТБ.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:
Разработка математической модели определения характеристик контакта бандажа и ролика, учитывающей величину нагрузки на ролик, форму образующих и относительный поворот осей;
Разработка алгоритма расчета формы опорного ролика, обеспечивающей полный контакт при заданной форме бандажа и относительном повороте осей;
Разработка математической модели формирования образующих бандажей и опорных роликов при обработке мобильным оборудованием;
Экспериментальная обработка поверхностей качения опор ТБ;
Разработка технологических методов достижения необходимых условий контакта, а также оборудования и средств технологического оснащения для обработки поверхностей качения опор непосредственно при сборке.
Методы исследований. При проведении исследований использовались математические модели и разработанные на их основе программы. Для решения технологических задач применены методы компыотерного моделирования, а также экспериментальная обработка поверхностей качения.
Научную новизну работы составляет следующее:
Математические модели определения условий контакта деталей опоры и формирования их образующих при обработке мобильным оборудованием;
Механизм влияния образующих деталей опор на условия контакта и алгоритм определения их необходимой формы;
Впервые для достижения необходимых условий контакта предложено ввести в технологический процесс сборки опоры операцию механической обработки для модификации опорных роликов;
Результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде принципиально новых: методики, технологических и конструктивных параметров, оборудования и средств технологического оснащения, позволяющих осуществлять модифицирование поверхностей качения непосредственно в условиях сборки ТБ.
Автор выносит на защиту:
Математическую модель определения характеристик контакта деталей опор;
Математическую модель формирования образующих бандажей и роликов при обработке мобильным оборудованием;
Алгоритм определения формы образующих деталей опор, обеспечивающей благоприятные условия контакта;
Технологический процесс и методику достижения необходимых условий контакта при сборке и эксплуатации опор ТБ;
Научно-обоснованные технологические и конструктивные параметры, оборудование и средства технологического оснащения, позволяющие осуществлять модификацию поверхностей качения в условиях сборки ТБ.
Практическая ценность работы определяется тем, что разработанный комплекс математических моделей и программ позволяет определять форму образующих деталей опор, обеспечивающую благоприятные условия контакта, осуществлять настройку мобильного оборудования для обработки и выбор оптимальных технологических режимов. Разработанная технология, комплекс мобильного оборудования и средств технологического оснащения позволяют осуществлять обработку непосредственно на месте сборки технологических барабанов, а также в процессе эксплуатации.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований: методика обеспечения необходимых условий контакта механической обработкой поверхностей качения бандажей и роликов при сборке ТБ, оборудование и средства технологического оснащения для модифицирования поверхностей качения непосредственно при сборке и в процессе эксплуатации ТБ - внедрены в отрасли строительных материалов: ОАО «Искитимцемент», ООО ТД «Сибирский цемент», ОАО ПО «Якутцемент» и используются так же в учебном
процессе в БІТУ им. В.Г. Шухова и БИЭИ, в курсе дисциплин «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки».
Апробация работы: основные положения диссертационной работы
неоднократно докладывались и обсуждались на международных и
межрегиональных конференциях и получили одобрение:
V межрегиональной с международным участием научно-технической конференции «Механики - XXI веку» - Братск, 2006 г;
Международных научно-практических конференциях «Наука и молодежь в начале нового столетия», г. Губкин, 2007,2008,2009 гг.;
Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (XVIII научные чтения), г. Белгород, 2007г.
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен патент на полезную модель №77567 - «Станок для обработки бандажей и роликов».
Структура и объем диссертации: диссертация включает введение, 5 глав, заключение, приложения, список литературы, включающий 115 источников. Общий объем диссертации 190 страницы, включая 70 рисунков, 14 таблиц и 51 страницу приложений.
