автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация процесса очистки фильтрующих устройств на базе газо-детонационного оборудования

На правах рукописи

РГВ 04 2 0 цоя -

СЕМЕРШП1 АНДРЕИ НИКОЛАЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ФИЛЬТРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ИЛ БАЗЕ ГАЗО-ДЕТОНАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород - 2000

Работа выполнена на кафедре электротехники и автоматики Белгородской государственной технологической академии строительных материалов

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Потапенко А. Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Стальное П. И. кандидат технических наук, доцент Подлесный 3. Н.

Ведущая организация - ОАО "БелАЦИ" г. Белгород.

Защита состоится " /У" 2000 г. в /Г' часов на заседанш

диссертационного совета К 064.66.04 в Белгородской государственно! технологической академии строительных материалов (БелГТАСМ) по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, аудитория 242

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БелГТАСМ.

Отзывы на автореферат и замечания просим направлять по адресу: 308012, г. Белгород, ул, Костюкова, 46, БелГТАСМ, отдел аспирантуры.

Автореферат разослан "//» 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С—

к.т.н., доцент _,_ Синюк В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одним из значимых факторов технического прогресса в различных отраслях промышленности, является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства - применение новых высокоэффективных эперго- и ресурсосберегающих технологий. К ним относятся разработанные и используемые импульсные способы обработки материалов, отличающиеся мобильностью, простотой, низкой стоимостью и использующие неметаллоёмкое оборудование.

В настоящее время для обработки материалов находит применение метод детонации горючей газовой смеси. Рассматриваемое импульсное оборудование применяется в различных отраслях промышленности для процессов напыления материалов на основу, для формования материалов, разрушения смёрзшихся зернистых материалов и штамповки листовых заготовок. Последние исследования в области газо-детонационного оборудования показали перспективность использования данного метода для решения новых задач и расширения области использования данного оборудования.

Актуальность работы. В процессах производства бумаги, асбестоцементных изделий, в системах фильтрации воды в скважинах и др. широко используются фильтрующие элементы из цветных металлов и сплавов. В промышленности строительных материалов используется большое количество разнообразных фильтрующих устройств. Так, в производстве асбестоцементных изделий работа листоформовочных машин (ЛФМ) в значительной степени зависит от состояния сетчатых цилиндров. В отечественной асбестоцементной промышленности для обтяжки сетчатых цилиндров в качестве верхней фильтрующей используется сетка с диаметром ячейки 0,166x0,365 мм", изготавливаемая из медных сплавов. Для листоформовочных машин СМ943 и СМ942 площадь заготовки сетки составляет соответственно 5,52 м2 и 6,45 м2. При работе ЛФМ в штатном режиме, срок службы сетки составляет 7-10 смен, причем ухудшение ее состояния начинает сказываться через 4-5 смен, что приводит к снижению производительности ЛФМ. Существующие на сегодняшний день способы очистки сетчатых цилиндров не позволяют эффективно очищать фильтрующие элементы, кроме того, использование соляной кислоты при промыве сетчатых цилиндров приводит к коррозии стального каркаса, а использование латунных каркасов приводит к существенному росту стоимости сетчатого цилиндра. Если учесть, чго механический износ проволоки, из которой изготовлена фильтрующая сетка наступает через 70 смен, и учитывая ее высокую стоимость, актуальной задачей является разработка эффективного способа очистки фильтрующих сеток ЛФМ. Кроме того, сложные санитарно-гигиенические условия труда на асбесгоцементном производстве и необходимость получения максимального результата в процессе очистки

сетчатых цилиндров с минимальными затратами, обусловливают необходимость разработки автоматизированного процесса очистки фильтрующих сеток.

Целыо работы является автоматизация процесса очистки фильтрующих устройств с использованием газо-детонационного оборудования на основе теоретических и экспериментальных исследований объекта управления.

Поставленная цель достигается при решении следующих основных

задач:

1. Проведение теоретических и эксперименгачьных исследований процесса газо-детокационной очистки фильтрующих сеток как объекта управления.

2. Разработка методики определения рабочих параметров процесса очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ.

3. Проверка адекватности используемой модели для расчета параметров объекта управления.

4. Разработка аппаратной и программно-алгоритмической реализации управления процессом очистки фильтрующих устройств.

5. Промышленная апробация действующей модели автоматизированной ГДУ и расширение области применения разработанного автоматизированного оборудования.

Научная новизна работы заключается:

• в выборе, обосновании и адаптации модели объекта управления;

• в методике определения рабочих параметров газо-детонационного процесса очистки фильтрующих устройств;

• в методике проведения комплексных экспериментальных исследований процесса очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ;

• в установлении области допустимой линейной аппроксимации модели объекта управления;

• в определении зависимости формы импульса давления от режима работы установки и дистанций до обрабатываемой поверхности;

• в создании технических средств для управления процессом газодетонационной очистки.

Достоверность научных положений н выводов. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в работе, обусловлена корректностью математических выкладок, сопоставимости результатов расчетов и экспериментальных исследований, выполненных на базе современных средств измерений и обработки информации (датчики фирмы Siemens, видеокамера Panasonic AG455, ПЭВМ Pentium-200MMX и др.). Анализ сравнения результатов численных расчетов и экспериментальных данных позволил подтвердить адекватность математической модели. Для ряда частных случаев дано сопоставление с известными данными других авторов. Погрешность численных расчетов удовлетворительна для практических целей.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в втоматизации процесса очистки фильтрующих устройств на базе газо-изтонационного оборудования, что позволяет повысить эффективность очистки мльтрующих элементов и увеличить срок службы фильтрующей сетки. На 'сновании теоретических и экспериментальных исследований сформулированы фактические рекомендации для автоматизации объекта управления, ¡ключающне диапазоны перемещения ствола установки относительно :етчатого цилиндра с указанием оптимальной дистанции, площадь »брабагываемой поверхности, возможности применения многоствольной 'етановки, зависимость угловой скорости вращения сетчатого цилиндра и юстоты выстрелов ГДУ, а также температурный режим при различных шетанциях.

Разработаны технические средства автоматизации, позволяющие осуществлять измерение импульсного давления и контролировать степень эчисткп фильтрующей сетки.

Установлена возможность использования разработанной жгоматнзированной установки на базе ГДУ для измельчения материалов, нанесения рисунка на стекло и керамику, распушки асбеста, обработки ферромагнитных материалов.

Результаты исследований, связанные с переработкой горнорудного и техногенного сырья, вошлл в хоздоговорную работу с Лебединским горнообогатительным комбинатом (х/д №84/92).

Положении работы, выносимые на защиту:

• выбор, обоснование и адаптация модели объекта управления;

• методика определения рабочих параметров газо-детснационного процесса очистки фильтрующих устройств;

• методика проведения комплексных экспериментальных исследований процесса очистки фильтрующих устройств па базе ГДУ;

• установление области допустимой линейной аппроксимации модели объекта управления;

• определение зависимости формы импульса давления от режима работы установки и дистанций до обрабатываемой поверхности;

• алгоритмы и программное обеспечение системы управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе промышленного контроллера;

• комплекс технических и программных средств, основанный на применении персонального компьютера и контроллера, связанных в двухуровневую сетевую структуру, для управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ и разработанной системы контроля степени очистки сетчатого цилиндра;

• новые области применения автоматизированной ГДУ.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на научно-технических конференциях, конгрессах и семинарах (Белгород - 1991г., 1993г.,

1995г., 1997г., 1998г., 1999г.: Старый Оскол- 1999г.; США, Сан-Франциско 1992г., Вашингтон, 1996г.: Франция, Ницца, 1998г.: Испания, Гранада, 1998г.) Основные результаты работы опубликованы в 4-х центральных изданиях (1 журналах: "Доклады Академии Наук", №6, 1992г.; "Известия ПУЗон Строительство", №2,4-5, 1998г.; "Конверсия" №8, 1996г.).

На АО "БелАЦИ" г. Белгород проведена промышленная апробация которая подтвердила эффективность разработанного модифицированное способа очистки сетчатых цилиндров ЛФМ на базе автоматизированного газодетонационного оборудования.

Связь с научно-тсхннческими программами. Результат!, диссертационной работы вошли в заключительные отчёты по следующие программам:

госбюджетная тема но разработке импульсного оборудования для высокоэнергетического воздействия на свойства материалов с автоматизацией объекта управления (приказ №347 от 23.05.1990 г.);

научно-техническая программа "Конверсия и высокие технологии. 1994-1996 гг." (код проекта 62-1-5 "Импульс-ПМ");

научно-техническая программа "Конверсия и высокие технологии. 1997-2000 гг." (код проекта 5-1-1 "Взрыв-01").

Публикации. Основные положения работы изложены в 20 печатных работах и 2 изобретениях.

Объем и структура диссертации. Общий объём диссертации составляет 220 страниц и включает: введение, четыре главы, заключение, изложенных на 182 страницах, рисунков 98 на 48 страницах, список литературы из 135 наименований на 13 страницах, приложений 9 на 25 страницах.

Научный консультант по разработке микропроцессорных систем доц., к.т.н. А. С. Кижук.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведено обоснование актуальности темы, сформулированы цель работы и задачи исследования, изложены научная новизна и результаты, выносимые на защиту, указана их практическая ценность.

В первой главе дан анализ существующих способов очистки элементов и устройств, показано, что в настоящее время для очистки фильтрующих сеток сетчатых цилиндров используют в основном механические, струйные и химические методы. Однако применяемые традиционные методы не позволяют эффективно очищать фильтрующие сетки при забивании их ячеек асбестоцементной массой. Как показали предварительные экспериментальные исследования для этих целей целесообразно использовать газо-абразивные струи, создаваемые в результате детонации горючей газовой смеси в полузамкнутой цилиндрической камере.

Анализ работы газо-детонационнон установки (ГДУ), как основного элемента в процессе импульсной очистки фильтрующей сетки показал, что данное оборудование относится к импульсному типу. Режим работы установки циклический. Следовательно, управление процессом очистки фильтрующих сеток предопределяет программно-логическое управление.

Проведенный анализ, процесса газо-дегонационной очистки сетчатых цилиндров как объекта управления позволил выявить основные задачи, связанные с автоматическим контролем состояния параметров установки и ее автоматическим управлением. При этом анализ входных (управляющих и возмущающих) и выходных (управляемых) величин позволил выявить основные контуры регулирования объекта управления.

При анализе существующих методов и моделей для исследования высокоэнергетнческих процессов, было установлено, что для исследования неодномерных и нестационарных газодинамических процессов широко используются численные методы, среди которых следует выделить метод конечных разностей, как один из универсатьных и обладающих относительной простотой.

Анализ существующих экспериментальных методов определения параметров быстропротекающих процессов позволил выделить основные экспериментальные методы и разделить нх на две группы: 1) методы оптической регистрации; 2) методы, основанные на использовании датчиков. Рассмотренные группы методов проанализированы с учетом преимуществ и их недостатков. Подводя итоги обзору экспериментальных методов исследования импульсных процессов, сделан вывод, что методы 1 и 2 группы следует считать взаимодополняющими, что предопределяет комплексный подход к проведению экспериментальных исследований объекта управления.

Во второй главе представлена математическая и ее дискретная модель для исследуемого процесса, численные расчёты по определению полей давлений и скоростей, объёмной плотности энергии. Проведено исследование влияния насадков и дополнительных стволов на динамические процессы при обработке фильтрующей сетки.

Математическая модель для исследования неодномерных и нестационарных процессов, протекающих в объекте управления позволяет учитывать ударную волну, образующуюся при выходе головной части детонационной волны в воздушную среду, волновые процессы, возникающие при изменении давления в продуктах детонации, а также давление от заторможенного потока на жесткой преграде. Кроме того, модель позволяет определить объемную плотность потенциальной и кинетической энергий в процессе газо-детопациоиной обработки поверхностей.

В дискретной модели выполнен переход к разностным аппроксимациям волнового уравнения и граничных условий с использованием явных схем. Алгоритм расчета волнового уравнения относительно потенциала ц/ основан на

использовании явной трехслойной конечно-разностной схемы, а для граничны? узлов односторонних трехточечных разностных схем.

Система уравнений для дискретной области D(t) в цилиндрическоГ системе координат с учетом ударной волны записывается следующим образох (в операторной форме):

1 , 1

Г u0

= — « "dl.ir.ij) € В(0.

PiО

Здесь L^tf/dr2; L^/dz2; L„=3/3n; Lr=5/5r; L^aVdt2; Lt=5/5t; B(t> нестационарная граница импульсного источника; СЪ-жесткне границь импульсного источника; Ch-обрабатываемая поверхность; Q i-границс исследуемой области; «о-скорость звука в воздухе; р^о-плотность воздуха; Рш; V параметры импульсного источника.

Аналогичная система с учетом изменения давления в продукта* детонации имеет следующий вид:

1-У''

Ал + - • + Ljfv = Л • I'uVuAr.sj) € 0(0; г а0

Ao

В результате численных расчетов вблизи импульсного источника был! определены поля скоростей и давлений, выполнена оценка объемной плотносп потенциальной и кинетической энергий. На основе разработанной методик! определения рабочих параметров объекта управления было установленс следующее. Диапазон' дистанций для обработки поверхностей. На дистанция* Ь<0.5с1 нельзя вести обработку фильтрующей сетки вследствие возможного возникновения неуправляемого режима работы установки. На дистанция* 1.2<1 наблюдается максимальное значение скорости газодинамического потока при обработке поверхности. Определена площадь обрабатываемо? поверхности, соответствующая для дистанции Ь<3.0<1 площади проходногс сечения ствола установки. Насадки не позволяют расширять размеры обрабатываемой поверхности. Установка с двумя соприкасающимися стволам! позволяет увеличивать размеры обрабатываемой поверхности, но при этov: ухудшаются газодинамические параметры установки. Возможно применение многоствольной установки для пропорционального увеличения площади обрабатываемой поверхности, однако стволы должны располагаться с зазором АЬ>2с1, причем они должны быть снабжены цилиндрическими насадками для устранения их взаимного влияния.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям объекта управления, которые проводились согласно разработанной методике, включающей определение скорости истечения продуктов детонации, оптическую регистрацию особенностей истечения продуктов детонации с применением цифрового метода пространственной обработки информации и определение полей давлений вблизи импульсного источника. Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных и результатов расчета. Представлена разработанная система автоматизации измерения импульсных давлений.

В результате экспериментального исследования скорости истечения продуктов детонации с помощью разработанного датчика, основанного на ионизационном эффекте, установлено следующее. lía первом режиме работы установки истечение высокотемпературных продуктов детонации из ствола ГДУ не было зафиксировано. Для 2 режима работы ГДУ (QK=71,7 10~5 м3/с; Qr=3I,7 Ю"' м3/с) характерен линейный режим затухания скорости истечения продуктов детонации из ствола установки, причем на базе 20 мм средняя скорость составляет 20,0 м/с. На 3 режиме работы ГДУ начинают проявляться нелинейные эффекты, причем средняя скорость истечения продуктов детонации достигает 106,7 м/с. На 4 режиме работы ГДУ, при котором расход кислорода увеличивается на 30,2%, а расход пропан-бутана на 21,1% по сравнению со 2 режимом, наблюдается нелинейный процесс, причем скорость истечения продуктов детонации па базе 120 мм составляет 240,0 м/с. Экспериментально установлено, что изменяя дисперсность и расход абразивного порошка можно изменять скорость газоабразивного потока.

. Ход экспериментов по оптической регистрации особенностей истечения продуктов детонации был записан с использованием видеокамеры Panasonic AG455 на видеокассету TDK XPPRO. Съемка осуществлялась в формате S-VHS. Разрешение 400 строк. Записанный видеофильм был преобразован в цифровой формат с помощью платы miroVIDEO DC30 (plus). Работа над видеофильмом в цифровом формате проводилась в программе нелинейного монтажа Adobe Premier 4.2. Для получения наибольшей наглядности и контрастности изображения использовался ряд фильтров (invert и др.). В работе было задействовано следующее оборудование: ПЭВМ Pentium-200MMX, HDD 6,4GB, 64MB RAM, видеокарта Matrox Millennium II (8 MB), ОС Windows NT Workstation. Время работы ГДУ в одном режиме работы 1,5 мин. Время выдержки электронного затвора видеокамеры: 1/25с; 1/500 с; 1/1000 с. Количество исследуемых режимов -5.

С помощью оптической регистрации исследуемого процесса было установлено, что длина "факела" в виде продуктов детонации зависит от начальных параметров горючей газовой смеси и имеет клиновидную форму (рис.1). Наибольшая длина "факела" наблюдалась в 4 режиме работы ГДУ и составляла 0,4 м.

Видеосъемка показала, что часгицы порошка увеличивают длину "факела" н приводят к устранению его пульсаций, т.е. стабилизируют поток продуктов детонации. С помощью цифрового метода пространственной обработки полученных изображений были выявлены и устранены помехи в виде электромагнитных шумов и оптических эффектов.

! I I " I : u se

I J I

I .Mil V

шшмшшш

Рис. 1 Фоторегистрация процесса.

В результате экспериментальных исследований поля давлений с помощью разработанного пьезокерамического датчика и пьезорезпстивного датчика фирмы Siemens было установлено следующее. На осциллограммах исследуемых процессов дм 2 режима работы ГДУ (рис.2) фиксируются 3 импульса давлений от ударной волны, волны давления, создаваемой продуктами детонации, и от заторможенного потока продуктов детонации. Анализ экспериментальных данных показывает, что для 1 режима работы ГДУ на типовых осциллограммах характерно наличие 2 импульсов от ударной волны и продуктов детонации (рис. 3)

Рис. 2.Осциллограмма датчика Siemens. Дистанция 160 мм

Рис. 3.Осциллограмма датчика Siemens. Дистанция 160 мм

Характер изменения амплитуды ударной волны, образованной головной частью детонационной волны, имеет существенно большее затухание, чем затухание амплитуды волны давления, созданной продуктами детонации. Энергией ударной волны в воздушной среде можно пренебречь, так как ее энергия незначительна (порядка 1%) по сравнению с энергией от продуктов детонации. Полученные осциллограммы, позволяют определить поле давлений

вблизи импульсного источника, в виде амплитуды давлений и длительности импульса на разных дистанциях от ствола ГДУ.

Сравнительный анализ результатов расчета и экспериментальных данных позволил установить следующее. Па 1 режиме работы ГДУ можно использовать неоднородное волновое уравнение, при этом погрешность по расчету давления составляет около 10%. По результатам расчетов распределения объемных плотностей потенциальной и кинетической энергии определена площадь обрабатываемой поверхности, которая пропорциональна площади проходного сечения ствола ГДУ, и соответствует данным экспериментов с погрешностью до 5%. С увеличением дистанции от ствола ГДУ до обрабатываемой поверхности с 40мм до 80мм амплитуда волны давления от продуктов детонации уменьшается в 1.49 раза, причем погрешность расчетных и экспериментальных данных с учетом разработанного пьезокерамического датчика составляет 5,3%, а с учетом датчика Siemens -16,1% (рис.4-рис.9). Формы импульсов давлений, полученных при расчете и в эксперименте на интернате At= 10° с качественно совпадают, причем они ближе к данным, полученным датчиком Siemens.

Погрешность при расчете давления на фронте ударной волны на дистанциях от 40мм до 80мм составляет по сравнению с данными экспериментов порядка 59,2%, однако следует отметить, что энергия ударной полны незначительна (см. рис. 2, рис. 3). Сравнительный анализ результатов расчета с комплексными экспериментальными исследованиями данной работы и работами других авторов показывает, что они совпадают качественно и количественно для ГДУ с одним стволом. Это позволяет использовать данную математическую модель для исследования ГДУ с несколькими стволами и дает возможность сократ ить расходы на дорогостоящие эксперименты.

На базе комплексных исследований разработана система, позволяющая автоматизировать процесс измерения импульсных давлений, при этом аналоговая форма измеряемого сигнала преобразуется в цифровую, с последующей передачей информации в ЭВМ.

Рис.4. Расчетная Рис.5. Осциллограмма Рис.б. Осциллограмма

эпюра давлений, пьезокерамического датчика Siemens,

дистанция 40 мм датчика. Масштаб: Масштаб: 1мс/дел - 2'

1мс/дел, 50 мВ/дел, В/дел, дистанция 40 мм дистанция 40 мм

дамяутщ

О.о 0* 12

Рис.7. Расчетная

эшора давлений,

дистанция 80 мм

Рис.8. Осциллограмма пьезокерамического датчика. Масштаб: 1мс/дел, 50 мВ/дел, дистанция 80 мм

Рис.9. Осциллограмма датчика Siemens.

Масштаб: 1мс/дел - 2 В/дел, дистанция 80 мм

Четвертая глава посвящена разработке системы автоматического регулирования процессом очистки фильтрующих устройств. Учитывая особенности циклового режима работы объекта управления, были разработаны алгоритмы и программное обеспечение для системы автоматического регулирования процессом очистки фильтров на базе промышленного контроллера. Разработанная система включает следующие алгоритмы и программы управления; автоматическая загрузка питателя ГДУ с сигнализацией иараметроз, автоматический контроль и сигнализация начальных параметров ГДУ, автоматический запуск ГДУ в холостом режиме с сигнализацией параметров, автоматическое регулирование процессом очистки сетчатого цилиндра.

На базе выполненных исследований была разработана система автоматического контроля степени очистки сетчатого цилиндра, состоящая из измерительно-преобразующего устройства и блока сопряжения с ЭВМ. В разработанной автоматической системе измерительно - преобразующее устройство определяет степень очистки сетки и состоит из датчика расхода воздуха, расположенного в трубе диаметром <11. Измерение расхода воздуха осуществляется калориметрическим расходомером. Для подтверждения возможности использования калориметрического датчика в разработанной системе контроля были проведены лабораторные испытания. Процесс очистки сетчатого цилиндра отображается на мониторе в виде мнемосхемы, что позволяет оператору контролировать процесс очистки фильтрующих устройств. Перемещение измерительно-преобразующего устройства относительно очищаемой поверхности сетчатого цилиндра осуществляется синхронно с перемещением ствола газо-детонационной установки.

Для решения задачи управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ был разрабоган комплекс технических и программных средств, основанный на применении персонального компьютера и контроллера, связанных в двухуровневую сетевую структуру системы управления. Е

двухуровневой системе предусмотрена возможность управления процессом очистки сетчатого цилиндра с ЭВМ верхнего уровня. Для этих целей была разработана мнемосхема процесса очистки сетчатого цилиндра, которая отображается на мониторе компьютера (Рис. 10). При составлении мнемосхемы были использованы следующие обозначения: ПИТ - пневматический питатель; БВ - высоковольтный блок; ЭП2 - электропривод продольного перемещения ствола ГДУ; ЭП1 - электропривод вращения сетчатого цилиндра; ЭПЗ -электропривод поперечного перемещения ствола ГДУ. Система может работать как в автоматическом, так и в полуавтоматическом режиме. В автоматическом режиме система работает следующим образом. Процесс очистки начинается после того, как сетчатый цилиндр будет закреплен на обрабатывающем станке.

Р2

ЭПЗ

ю...............

\л> /.','/ .у у у: >1

—ЭД—|-Гаэ

| ~ Кислород

Порошок-Ы-] ПИТ |

- Воздух

: ПриводЗГЦ- ПривоаЭП2, ПриеодЭПЗ Воедцк Л-зсоихж Гм кислород ' Напряжение

Рис. 10. Мнемосхема системы автоматического управления процессом очистки

сетчатого цилиндра.

С помощью клавиатуры и мыши оператор осуществляет нажатия на кнопки управления, отображаемые на мониторе компьютера. В результате чего, система запускается в работу. В этом случае осуществляется вращение цилиндра и продольное перемещение ствола ГДУ, причем включение привода продольным перемещением ствола установки осуществляется после того, как обрабатываемый цилиндр совершит один полный оборот. Расстояние от ствола установки до обрабатываемой поверхности устанавливается программно го расчета максимальной обрабатываемой площади поверхности сетчатого цилиндра за один выстрел ГДУ. Согласно расчетным данным, это расстояние

равно Ю,0<1 Согласно данному алгоритму осуществляется обработка всей поверхности сетчатого цилиндра. Второй этап очистки цилиндра основан на информации, полученной с помощью системы автоматического контроля степени очистки, осуществляемой одновременно с процессом обработки. Информация об оставшихся загрязненных участках отображается на мониторе компьютера и записывается в памяти ЭВМ. Повторная очистка осуществляется следующим образом. Согласно расчетным данным, происходит уменьшение расстояния между стволом ГДУ и обрабатываемой поверхностью до расстояния 1,2(1. При этом площадь обрабатываемой поверхности уменьшается, по увеличивается скорость газоабразивной струп, что увеличивает энергию воздействия .двухфазного потока на обрабатываемую поверхность. По данному алгоритму осуществляется продольная повторная обработка неочищенных участков сетчатого цилиндра. Включение привода вращения сетчатого цилиндра и установка в обрабатываемую область ГДУ новых участков, подлежащих повторной обработке происходит после того, как ствол установки переместится с крайнего левого (правого) в крайнее правое (левое) положение. Таким образом, модель объекта управления используется в алгоритме системы управления и позволяет рационально управлять процессом очистки с помощью газо-детонационной установки.

На ОАО "БелАЦИ" (г. Белгород) была проведена апробация действующей модели автоматизированной ГДУ для очистки фильтрующих сеток сетчатых цилиндров листоформовочных машин. При этом было установлено, что при очистке фильтрующих сеток необходимо использовать порошок с размерами более 32 мкм. При вращении сетчатого цилиндра с частотой вращения П|=0,И6 об/мин для качественной очистки поверхности фильтрующей сетки достаточна частота детонации горючей газовой смеси /=4 Гц. При дистанциях Г=40 мм от ствола ГДУ до поверхности сетки температура ее нагрева составляет 30СС, а при Ь=20 мм соответственно 55°С при работе в первом режиме. Повторный срок эксплуатации сетчатого цилиндра с импульсно обработанной сеткой на листоформовочной машине СМ-943 составил 7 суток, что не менее, чем срок эксплуатации новой фильтрующей сетки. Установлено, что текущие эксплуатационные расходы на восстановление фильтрующей сетки составляют 11,5% от ее стоимости (на момент проведения экспериментов).

В результате многочисленных экспериментальных исследований были выявлены новые технологические возможности автоматизированной ГДУ п расширены области ее применения. Были проведены серии экспериментов по очистке полосового металла от загрязнений и ржавчины, а также поверхности фильтрующей сетки от покрывающих ее окислов. Проведена практическая апробация технологии художественной обработки минералов, с помощью частиц абразивного материала, ускоряемого энергией взрыва газового заряда в циклическом режиме с частотой до 5 Гц. При этом были нанесены рисунки па минералы с размерами 70x100 мм" и толщиной 5 мм. Выявлены особенности

обработки при нанесении орнаментов на их поверхность. Разработана технология нанесения рисунков, вензелей и маркировки на стеклоизделня с помощью газо-детонационной установки.

В связи с установленным эффектом, связанным с дополнительным механическим измельчением исходных минералов, была проведена серия экспериментов по импульсной обработке рядового концентрата железа, получаемого из обогащенной железной руды традиционным способом, а также распушка асбеста импульсным способом. Кроме того, были проведены экспериментальные исследования по импульсной обработке ферромагнитных материалов, которые показати возможность повышения качества ферритов на этапе феррнтизации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В настоящей работе решена задача автоматизации процесса очистки фильтрующих устройств на базе газо-детонационного оборудования, что позволяет повысить эффективность очистки фильтрующих устройств и увеличить срок службы фильтрующей сетки.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Осуществлен выбор, обоснование и адаптация модели объекта управления.

2. Разработана методика определения рабочих параметров газодетонационного процесса очистки фильтрующих устройств, на основе которой определены оптимальные дистанции обработки фильтрующих элементов, площадь обрабатываемой поверхности, особенность применения многоствольной установки.

3. Разработана методика проведения комплексных экспериментальных исследований процесса очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ, на основе которой определена средняя скорость и длина истечения продуктов детонации из ствола ГДУ на разных режимах работы установки, установлена форма импульса давления для различных режимов работы установки и дистанции до обрабатываемой поверхности, выявлена область допустимой линейной аппроксимации модели объекта управления.

4. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало качественное и количественное совпадение, что подтверждает адекватность используемой математической модели для исследования объекта управления.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение системы управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе промышленного контроллера;

6. Разработан комплекс технических и программных средств, основанный на применении персонального компьютера и контроллера, связанных в двухуровневую сетевую структуру, для управления процессом

очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ с возможностью контроля степени очистки сетчатого цилиндра.

7. Проведена промышленная апробация действующей модели автоматизированной ГДУ, показавшая эффективность очистки фильтрующих сеток сетчатых цилиндров листоформовочных машин и увеличение срока службы фильтрующей сетки.

8. В результате экспериментальных исследований были выявлены новые области применения автоматизированной ГДУ.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Потапенко А.Н., Белоусов A.B., Семерннн А.Н. Некоторые особенности автоматического регулирования формовочных машин производства асбестоцемептных изделий И В сб. науч. тр.: Системотехника в промышленности строительных материалов - Белгород: БТИСМ, 1990.-С.36-41.

2. Казикаев Д.М., Сабылинский A.B., Семернин А.Н. Экспериментальные исследования возможностей распушки импульсным методом асбеста // Тез. докладов Всесоюзная НТК: Радиационно-хнмические процессы и методы обработки материалов,- Белгород: БТИСМ, ч.9,1991,- С.38

3. Мирошниченко И.И., Казикаев Д.М., Потапенко А.Н., Семерннн А.Н. Твердофазная реакция получения енлыюмагнптных ферритов импульсным методом нагружения // Доклады Академии Наук, т.324, N6, 1992,- С. 62-66.

4. Kazikaev D.M., Potapenko A.N., Semernin A.N.. Nontraditional Method of Producing Iron Oxide Strongly Magnetic Powder From Febly Magnetic Povvder // Congr. guide: World Congress of Powder Metallurgy. San Francisco, 1992.-P. 114.

5. Казикаев Д.М., Потапенко A.H., Семернин А.Н. Импульсная автоматическая установка по производству порошков феррокерамики. Международная НТК: Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций. Тез. докладов - Белгород, 1993. -С. 44.

6. Потапенко А.Н, Раков И.В, Семернин А.Н. Особенности управления газодетонационной автоматической установкой. Международная НТК: Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций. Тез. докладов,- Белгород,ч.4, 1995. - С.107.

7. Раков И.В., Семерннн A.B., Подзолков В.М., Сиротенко Д.В. К вопросу построения пневматической системы управления процессом импульсной обработки порошков. Международная НТК: Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций. Тез. док. 4.4. -Белгород, 1995.-С.100.

8. Потапенко А.Н, Раков -И.В, Семернин А.Н. Разработка детонационно-газового оборудования для обработки материалов. Журнал "Конверсия" N8,

1996.-С. 37-40.

Potapenko A.N., Rakov I.V., Semernin A.N. Distinctions of Producing Ferropowder Using Explosion Energy. Congr. guide: Word Congress on Powder Metallurgy & Paticulate Materials. Part 7, Washington, 1996. - P. 58.

10. Потапенко Л.П., Раков И.В, Штифанов А.И., Семернин А.Н. Возможности иосстановления фильтрующих, сеток с помощью эффекта детонации горючей газовой смеси. В сб.: Развитие производственных технологий в ВУЗах России ("Конверсия и высокие технологии. 1997-2000 годы) Липецк, 1997. -С. 52-56.

11. Потапенко А.Н. Богданов B.C. Уваров В.А., Семернин А.Н. Опыт использования детонационно-газовой установки для переработки горнорудного и техногенного сь;рья. В сб.: Развитие производственных технологий в ВУЗах России ("Конверсия к высокие технологии. 1997-2000 годы) Липецк, 1997. - С. 41-43.

12.Семернин А.Н. Исследование нестационарных и неоднородных процессов, протекающих при детонационногазовой обработке фильтрующих сеток// В сб. мини-конференции: Математическое моделирование и информационные технологии. Белгород, БелГТАСМ, 1997-е 106-108.

13.Семернин А.Н. Экспериментальные исследования по очистке фильтрующих сеток с помощью детонационно-газовой установки // В сб. мини-конференции: Математическое моделирование и информационные технологии. Белгород, БелГТАСМ, 1997 - С. 94-96.

14. Потапенко А.Н., Штифанов А.И., Семернин А.Н. Моделирование волновых процессов при детонационно-газовой обработке фильтрующих сеток. В журнале "Известия ВУЗов. Строительство" №2, 1998. - С. 126-131.

15. Потапенко А.Н, Раков if.В, Семернин А.Н. Автоматическая детонационно-газовая установка для очистки элементов фильтрующих устройств. В журнале "Известия ВУЗов. Строительство" N4-5, 1998.-С. 83-87.

16.Potapenko A.N.,Letiuk L.M.,Sememin A.N.,Rakoy I.V. The Actionupon the Properties of Powdered Magnetic Materials of the Detonation Effect of Gas Mixtures // In book: Powder Metallurgy World Congress & Exhibition. Spain. 1998. -P. 157160.

17.Potapenko A.N.,Konstantinov I.S.,El-Hammodani A..Semernin A.N. The Features of the Modelling of Highvelokity Pulsating Jets // In book: 15-th International Thermal Spray Conference and Exhibition. France, 1998- P. 187-192.

18.Семернин A.H., Слободюк А.П., Раков И.В. Определение поля давлений вблизи газодетонацнонного источника П В сб. матер. НПК и школы семинара: Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге 21 века. -Белгород, БелГТАСМ, 1998 г. - С. 88-92.

19.Семерннн А.Н., Раков И.В. Особенности определения импульсных давлений с помощью пьезодатчика // В сб. трудов международной НТК: Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве.-Старый Оскол, Изд-во СОФ МИСнС 1999.-Ч.2.-СМ 70-172.

20. Ссмсрнии А.Н., Пивоваров С.А., Раков И.В. Экспериментальные исследования истечения продуктов детонации из ствола газодетонационной установки. II Международная НПК - шк. - сем. молод, учен., асп. и докторантов: Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века. Сб. докладов,- Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. - Ч.З - С.252-257.

21. A.c. №14448799 (СССР). Устройство для формирования горизонтальных полос на экране телевизионного индикатора / Рубанов В.Г., Белоусов A.B., Кириллов В.М., Семернин А.Н.

22. A.c. №1562677 (СССР). Устройство для контроля толщины пленки асбестоцементных листов. Рубанов В.Г., Белоусов A.B., Потапенко А.Н., Семернин А.Н.

Личный вклад. Основные научные результаты, полученные и представленные автором в диссертационной работе, опубликованы в статьях и докладах, защищены авторскими свидетельствами, в которых отмечен личный вклад автора. Кроме того, техническая реализация разработок доведена автором до уровня макетных и модельных образцов, испытанных и апробированных на предприятиях и в лабораториях кафедры.