Введение к работе
Актуальность работы. Крупногабаритные детали относятся к широкому классу деталей, входящих в состав технологических агрегатов, применяемых во многих отраслях промышленности строительных материалов, химической, горнодобывающей и др. Например, технологические агрегаты барабанного типа служат для осуществления обработки материалов: обезвоживания и сушки различных материалов и продуктов, обжига цементного клинкера, спекания шихт в производстве глинозема, окислительного, восстановительного и хлорирующего обжига и др.
Агрегаты с технологическими барабанами имеют высокую производительность и, как правило, работают по непрерывному циклу. Например, вращающийся сушильный барабан 02x12 м за один час высушивает приблизительно 20 т мела. Соответственно потери, вызываемые вынужденными их остановками на ремонт, весьма значительны. Поэтому к опорным узлам технологических агрегатов предъявляются повышенные требования по надежности: наработка на отказ их деталей и узлов должна быть не менее срока начала проведения капитального ремонта.
С целью безостановочной работы технологического агрегата прибегают к периодическому восстановительному ремонту наружных поверхностей катания путем их механической обработки, предварительно оценивая возникшие отклонения геометрических параметров формы от заданных. Существующие бесконтактные приборы и системы используются, как правило, для определения расстояния до объекта построением облака точек до него. Для определения формы и состояния поверхностей объектов перспективным направлением считается дистанционный контроль, основой которого являются приборы с использованием лазера. Поэтому восстановительная обработка бандажей опор сушильных барабанов, вращающихся печей на основе применения встраиваемых станков, использующих информацию о форме детали, получаемую посредством дистанционного измерения геометрических параметров формы, анализом информации и вычислением погрешности является актуальной задачей.
Целью работы является дистанционная диагностика состояния
восстанавливаемых поверхностей крупногабаритных объектов,
обеспечивающая снижение времени и затрат на их ремонт в процессе эксплуатации технологических агрегатов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ состояния контроля рабочих поверхностей крупногабаритных объектов, и выявить возможность применения дистанционной диагностики для измерения при восстановительной обработке рабочих поверхностей в процессе их эксплуатации.
-
Разработать новый вид дистанционной диагностики для определения состояния поверхностей крупногабаритных объектов при эксплуатации и в процессе их текущего восстановительного ремонта.
-
Разработать и исследовать методологию измерения погрешностей формы объектов с применением дистанционной диагностики состояния рабочих поверхностей в процессе их эксплуатации и текущего ремонта.
-
Разработать устройство для дистанционной диагностики состояния поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их восстановительной обработки.
-
Установить методом планирования многофакторного эксперимента регрессионную зависимость толщины линии проекции световой фигуры в зависимости от основных факторов и установить рациональные параметры проецирования световой фигуры на диагностируемую поверхность.
-
Разработать структурные схемы управления процессом восстановительной обработки крупногабаритных объектов, основанном на модульном принципе, с использованием методов оперативного контроля.
-
Разработать технологию восстановительной обработки бандажей вращающихся опор технологических агрегатов на основе применения встраиваемых станков, использующих информацию о форме детали, получаемую посредством бесконтактного измерения геометрических параметров формы, анализом информации и вычислением погрешности.
Научная новизна работы заключается:
в методике диагностики состояния поверхностей крупногабаритных деталей, основанной на проецировании световой фигуры на диагностируемую поверхность;
способе дистанционного определения геометрических параметров функциональных поверхностей узлов катания, в основе которого лежит анализ геометрических параметров формы графического изображения, отраженного от измеряемой поверхности,
установлении связей между параметрами проекции световой фигуры и погрешностями формы измеряемой поверхности;
алгоритме обработки графического изображения, позволяющем определить отклонение геометрии функциональных поверхностей узлов катания;
уравнении регрессии, показывающем зависимость толщины линии проекции от основных факторов, влияющих на ее формирование и определении рациональных параметров проецирования;
структурных схемах компоновки оборудования для восстановительной обработки крупногабаритных вращающихся объектов, включающих в себя модуль диагностики и устройство обработки с возможностью управления положением главной режущей кромки инструмента за счет введения дополнительного привода углового положения инструмента;
- новой технологии механической обработки поверхностей крупногабаритных объектов встраиваемыми станочными модулями, использующей режимы, назначаемые по результатам анализа геометрии формы.
Практическая ценность работы.
-
Разработано устройство дистанционной лазерной диагностики формы объекта, новизна которого подтверждена патентом.
-
Разработано специальное программное обеспечение для анализа графического изображения при определении геометрических параметров крупногабаритных объектов.
-
Разработаны структурные схемы устройств управления восстановительной обработкой с использованием информации о форме объекта.
-
Разработана технология восстановительной обработки бандажей вращающихся опор технологических агрегатов на основе применения встраиваемых станков, использующих информацию о форме детали, получаемую посредством дистанционного измерения геометрических параметров формы, анализом информации и вычислением погрешности во время обработки.
-
Разработан станочный модуль для восстановительной обработки, использующий данные дистанционной диагностики, конструкция которого защищена патентом.
Автор защищает.
результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований по определению геометрических погрешностей формы и пространственного положения опорных узлов технологических агрегатов, доказывающие возможность бесконтактной оперативной диагностики поверхностей деталей опор технологических агрегатов;
метод определения погрешности формы с последующим анализом отклонений, основанный на дистанционном способе измерений;
установленные связи между геометрическими параметрами проекции световой фигуры и погрешностями формы измеряемой поверхности;
уравнение регрессии, показывающее связь между параметрами проецирования световой фигуры на наружную поверхность детали и толщиной линий проекций, оказывающих влияние на точность измерений;
алгоритмы и программный модуль обработки видеоизображения проецируемой фигуры на наружную поверхность детали;
технические решения в виде структурных схем технологического оборудования для восстановительной обработки, реализующие обработку с возможностью управления положением главной режущей кромки инструмента на основе компоновки модулей обработки и диагностики;
технологию восстановительной обработки бандажей вращающихся опор технологических агрегатов, основанную на модульном принципе, с применением встраиваемых станков, использующих информацию о форме
детали, получаемую посредством бесконтактного измерения геометрических параметров формы.
Реализация работы.
Результаты внедрены на предприятиях ОАО «Шебекинский меловой завод» и ЗАО «Нива» в ремонтно-механическом цехе и используются для восстановления бандажей барабанных сушилок в процессе их эксплуатации и текущего ремонта. Результаты исследований используются при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Управление системами и процессами» и «Технические и программные средства АСУ ТП» студентами очной и заочной форм обучения по специальности 151001 «Технология машиностроения».
Апробация работы:
Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и межрегиональных конференциях и получили одобрение: на Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова (Белгород, 2009); на XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23» (Саратов, 2010); на Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова (Белгород, 2010); на III Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2011); на Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс» (г.Губкин, 2011); на 3-й международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» (Брянск, 2011); на Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2012); на Международной студенческой конференции БГТУ им. В.Г.Шухова (Белгород, 2012), на Международной научно-практической конференции «Образование и наука: современное состояние и перспективы развития» (Тамбов, 2013).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: монография в соавторстве, 20 работ в периодических изданиях, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента на полезные модели, 1 патент на способ.
Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 131 наименования, 7 приложений. Работа изложена на 159 страницах, в том числе содержит 73 рисунка и 9 таблиц.
