Введение к работе
Актуальность работы. Для промышленного производства основной задачей на современном этапе является внедрение новых ресурсосберегающих процессов, технологий, машин и агрегатов на основе совершенствования методик их расчета и проектирования.
Одно из основных мест в этом процессе занимает автоматизация и механизация производств в целом и вспомогательных операций в частности. В полной мере это относится и к металлургическому производству. На сегодняшний день уровень автоматизации основных технологических процессов достаточно высок. В то же время, при выполнении вспомогательных работ сохраняется значительная доля ручных операций.
Существенный прогресс в решении задач механизации вспомогательных работ в машиностроении был достигнут в 80-90 годах прошлого столетия на основе широкого использования промышленных роботов и манипуляторов. В меньшей степени этот процесс коснулся черной и цветной металлургии. Это связано со спецификой металлургического производства: работа с большими массами; перемещение их на значительные расстояния; высокими температурами в рабочей зоне; значительной запыленностью. Современные тенденции в становлении российской промышленности, выход ее на мировой рынок и перспективы вступления в ВТО вновь сделали особенно актуальными решение проблем повышения качества готовой продукции на основе механизации, как основного производства, так и вспомогательных работ.
Отмеченная выше специфика металлургического производства определяет необходимость создания специальных манипуляторов, обеспечивающих механизацию вспомогательных работ и операций в металлургическом производстве. В связи с этим, разработка и внедрение манипуляторов, предназначенных для механизации работ в черной и цветной металлургии, является актуальной проблемой. Такие манипуляторы должны обладать низким коэффициентом грузоподъемности, при значительной номинальной грузоподъемности (более 50 кг); сохранять работоспособность в различных экстремальных условиях. Решение данных вопросов требует проведения исследований, направленных на формирование новых, научно обоснованных подходов к проектированию и расчету таких систем.
Цель работы. Целью данной работы является разработка методик анализа и расчета специальных манипуляторов с дополнительным приводом, обеспечивающих механизацию работ в металлургическом производстве. Методы исследования. Работа представляет собой комплексное исследование, основанное на развитии теории многодвигательных машин по анализу и синтезу параметров, направленное на создание специальных манипуляторов. Исследование базируется на использовании методов механики машин, теории механизмов и машин и оптимального проектирования.
Научная новизна заключается:
В качестве соруководителя в работе принимал участие докт. техн. наук, профессор Макаров А.Н.
в разработке методики проведения расчета геометрических параметров металлургического манипулятора (ММ) с учетом зоны обслуживания электровакуумной плавильной печи;
в разработке методики силового анализа ММ с дополнительным приводом с учетом взаимного влияния дополнительных и основных приводов;
в разработке динамической модели манипулятора и анализе влияния на собственные частоты основных параметров манипулятора и обобщенных координат, определяющих его пространственное положение.
Достоверность полученных результатов и сделанных выводов, а также обоснованность принятых при формировании математических моделей допущений подтверждены экспериментальными исследованиями лабораторной установки и опытно-промышленного образца.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на Верхне-Салдинском металлургическом производственном объединении (ВСМПО).
Апробация работы. Основные положения работы и отдельные результаты диссертации докладывались и обсуждались: на V Всесоюзном совещании по робототехническим системам (г. Геленджик, 1990 г.), Межгосударственной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона» (г. Магнитогорск, 1994 г.), Третьей Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (г. Москва, 2005г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 авторское свидетельство СССР и 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, списка использованных источников и приложения. Содержит 131 страницу машинописного текста, включая 24 рисунка, 10 таблиц. Список использованных источников содержит 169 наименований.
На защиту выносятся методики: последовательности проведения расчета геометрических параметров ММ с учетом параметров зоны обслуживания электровакуумной плавильной печи, силового анализа ММ с дополнительным приводом с учетом избыточных силовых приводов, анализа зависимости влияния на собственные частоты расчетных конфигураций манипулятора и его параметров.
Практическая ценность работы. Предлагаемые методики проведения расчета геометрических параметров ММ и силового анализа с учетом избыточных силовых приводов, а также методика анализа зависимости влияния на собственные частоты основных параметров манипулятора и его обобщенных координат являются научной основой для разработки новых перспективных машин для работы с большими массами при перемещении их на значительные расстояния в условиях высоких температур и запыленности.
