автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Дистанционная диагностика состояния восстанавливаемых поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их эксплуатации

На правах рукопису

Маслова Ирина Викторовна

ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство) 05.02.08 — Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

з 1 о к г т

005536947

Белгород 2013

005536947

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Научный руководитель

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Лозовая Светлана Юрьевна, доктор технических наук, доцент БГТУ им.В.Г. Шухова, доцент кафедры механического оборудования

Чепчуров Михаил Сергеевич, доктор технических наук, доцент БГТУ им.В.Г. Шухова, доцент кафедры технологии машиностроения

Сиваченко Леонид Александрович, доктор технических наук, профессор Белорусско-Российского университета, профессор кафедры строительных, дорожных, подъемно-транспортных машин и оборудования;

Короп Александр Дмитриевич, кандидат технических наук, технический директор ООО «Регион Ресурс»

Ведущая организация — Брянский государственный технический

университет.

Защита состоится « 19 » ноября 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова 46, ауд. ГК242.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова».

Автореферат диссертации разослан « 17 » октября 2013 г. Ученый секретарь ( . )

диссертационного совета _И.А. Семикопенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.

2. Разработать новый вид дистанционной диагностики для определения состояния поверхностей крупногабаритных объектов при эксплуатации и в процессе их текущего восстановительного ремонта.

3. Разработать и исследовать методологию измерения погрешностей формы объектов с применением дистанционной диагностики состояния рабочих поверхностей в процессе их эксплуатации и текущего ремонта.

4. Разработать устройство для дистанционной диагностики состояния поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их восстановительной обработки.

5. 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.

6. Разработать структурные схемы управления процессом восстановительной обработки крупногабаритных объектов, основанном на модульном принципе, с использованием методов оперативного контроля.

7. 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.

1. Разработано устройство дистанционной лазерной диагностики формы объекта, новизна которого подтверждена патентом.

2. Разработано специальное программное обеспечение для анализа графического изображения при определении геометрических параметров крупногабаритных объектов.

3. Разработаны структурные схемы устройств управления восстановительной обработкой с использованием информации о форме объекта.

4. 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.

5. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель и задачи, обозначены научная новизна, практическая ценность, реализация и апробация работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние диагностики рабочих поверхностей крупногабаритных деталей при их восстановительной обработке. Исследованы существующие способы измерения параметров формы наружных поверхностей крупногабаритных деталей, вращающихся на двух роликоопорах, существующие технологии при восстановительной обработке и оборудование. На основе работ ученых, которые внесли вклад в технологию безрамной обработки таких, как: H.A. Пелипенко, Г.Э. Таурит, В.А. Тимирязев, А.А Погонин, М.С. Чепчуров, В.Я. Дуганов, И.В. Шрубченко, A.B. Хуртасенко и др. обоснована необходимость периодической диагностики, а также восстановительного ремонта опорных деталей технологических агрегатов в процессе эксплуатации без их остановки. Сделан вывод о необходимости совершенствования существующих восстановительных технологий. Сформулирована цель и задачи работы.

При этом установлено, что наиболее эффективным является дистанционный способ измерения, который не требует остановки технологического агрегата, то есть прерывания производственного процесса. В связи с этим, главная научная идея заключается в использовании оптических свойств лазера, позволяющих с необходимой точностью проецировать на поверхность определенную фигуру, по форме проекции которой можно судить о геометрических характеристиках измеряемых объектов.

На основании предварительных исследований предложен следующий способ (рисунке 1). На диагностируемую поверхность 12 проецируется изображение ФОС 2 в виде световой фигуры, проекцию которой считывает ОЭП 3 (видео-камера). Видеоизображение, переданное с видеокамеры 3 в память персонального компьютера 8, разработанным программным модулем производит обработку и анализ геометрических параметров считанной фигуры. Искажение параметров фигуры характеризует степень погрешности формы диагностируемой поверхности.

Рисунок. 1. Схема восстановительной обработки деталей, содержащая модуль обработки, обеспечиваемый информацией о состоянии поверхностей детали дистанционным устройством определения формы

Полученная информация может быть использована для определения до ремонтной работоспособности деталей или необходимости восстановительного ремонта, а также в качестве исходной информации для управления технологическими параметрами обрабатывающего станочного модуля.

Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов (рисунок 1) содержит источник питания 1, фокусирующую оптическую систему 2, связанный с ней оптоэлектронный приемник 3, голо1рафическую насадку 4, установленную перед фокусирующей оптической системой 2. Фокусирующая оптическая система 2 вместе с голографической насадкой 4 и оптоэлектронным приемником 3, выполненным в виде прибора с зарядовой связью (ПЗС матрица), установлены в измерительной головке 5, шарнирно закрепленной в корпусе 6, и соединенной с приводом поворота 7 измерительной головки 5. Работа устройства осуществляется в процессе технологического вращения детали 12.

Измерительная головка 5 выставляется таким образом, чтобы ось оптической системы 2, определяющая направление проецирования светового луча была расположена по нормали к поверхности детали 12. Через пользовательский интерфейс 11 микропроцессору 10 задаются параметры детали 12, в частности диаметр изделия. Фокусирующая оптическая система 2 проецирует световой луч на контролируемую поверхность детали 12 в виде правильной геометрической фигуры. Отображенное изображение спроецированного прямоугольника фиксируется оптоэлектронным приемником 3. Данные о параметрах изображения преобразуются и в цифровом виде передаются на микропроцессор 10, который выполняет анализ полученной информации путем сравнения параметров геометрии исходной (предварительно заданной) фигуры и полученной в результате измерения (отраженной). Микропроцессор 10 передает управляющий сигнал на модуль управления приводами для изменения положения инструмента при восстановительной обработке.

Достоинством данного устройства являются: обеспечение достаточной точности измерений при возможности размещении на любых агрегатах без вмешательства в его конструкцию, выполнение измерений в автоматическом режиме длительное время, не требующее вмешательства оператора, относительно не высокая стоимость, передача информации об объекте обрабатывающему устройству при выполнении ремонтно-восстановительной обработки.

Вторая глава посвящена разработке методики определения погрешности формы различных поверхностей для управления технологическим оборудованием, выполняющим восстановительную обработку на основе полученной информации о геометрических параметрах поверхности.

Для реализации дистанционного измерения формы поверхности детали, а также ее положения в пространстве предложена методика проецирования правильной геометрической фигуры в виде прямоугольника на измеряемую поверхность. Погрешность измерения зависит от соотношения размера

изображения и расстояния, на котором установлено измерительное устройство, а также разрешения ЯЗС-матрицы. При этом точность измерения не может превысить величины одного пикселя.

Проведен ряд исследований, установивших связь между проекцией световой фигуры и формой поверхности, а также ее положением в пространстве. Произведено исследование проецирования фигуры на различные объекты и выявлены виды изменения проекций световой фигуры, определены их параметры, изменяющиеся в зависимости от различных видов погрешности формы исследуемых объектов. Для получения математических зависимостей по определению параметров формы поверхности рассмотрены случаи проецирования и предложен ряд методик.

Случай, когда измеряемая поверхность П (рисунок 2) имеет угол уклона <р по отношению к направлению проецирования.

Рисунок 2. Формирование изображения прямоугольной проекции: а - схема определения расстояния к точкам наклонной поверхности; б - схема формирования прямоугольника, расположенного на наклонной поверхности

Изначально проецируемое изображение правильного квадрата при попадании на наклонную поверхность будет менять свою форму, согласно схеме (рисунок 2,6) изменяется расстояние 1в и 1в1 до различных точек контура изображения, при этом если ¡в Ф 1в,, то и Ъ Ф 6/, а если поверхность не имеет наклона по отношению к оси светового луча Ъ = 6/.

В соответствии с упрощенной схемой (рисунок 2), угол наклона плоскости <р определяется из выражения:

2-»е(/?/2) 2-1ё(/?/2)

откуда:

В реальных условиях ось проецирования устройства и ось оптической системы, принимающей отраженное изображение, расположены в одной плоскости, но смещены на угол Д. С учетом угла Д выражение (2) примет вид:

О)

Из выражения (3) можно сделать вывод о том, что при реализации предлагаемой схемы измерений необходимо как можно точнее совместить расположение излучателя и оптической системы.

Бандажи сушильных барабанов - крупногабаритное тело вращения, имеющее определенный радиус, который необходимо контролировать в процессе эксплуатации и восстановительного ремонта. Метод определения расстояния до плоскости объекта и угла наклона плоскости приемлем и для определения параметров проецирования на криволинейную поверхность. Вычисление радиуса кривизны поверхности производится согласно схеме (рисунок 3).

/X

Рисунок 3. Схема вычисления: а - радиуса поверхности; б - длины дуги

"-Т

Из схемы рисунка 3 следует, что радиус окружности равен "

, где

а

х = —

(4)

2, рад, а длина хорды равна с = 2Л5т(а/2) или

¡т(,а/2) _ с сс/г ~ 4 •

Длина дуги сегмента аппроксимируется элементарными хордами (рисунок 3,6). При разбиении дуги на п-1 отрезков ее длина будет вычисляться по формуле:

IФ2 У • (5)

При реализации технологических процессов восстановительной обработки формы крупногабаритных деталей до заданной точности радиальных размеров следует учитывать не только неравномерность снимаемого слоя

материала, но и смещение оси восстанавливаемой детали, при базировании ее на двух роликоопорах. При этом происходит изменение положения главной режущей кромки инструмента по отношению к восстанавливаемой поверхности, что вызывает необходимость дополнительной ориентации инструмента. Это может быть реализовано за счет использования в обрабатывающем модуле привода угла положения инструмента, управляемого в зависимости от измеренных параметров формы и положения детали. Таким образом, в технологии восстановительной обработки будет использоваться модуль измерения и диагностики формы в дополнении к модулю обработки.

Реализация технологии восстановительной обработки возможна на основе схемы управления станочным модулем I (рисунок 1). Механическая обработка может производиться станочным модулем, конструкция которого подтверждена патентом. Схема управления содержит микропроцессор, датчики контроля припуска и мощности, устройство контроля формы, формирующие сигналы. На основе полученной информации определяются: геометрические характеристики объекта (радиус), изменения в технологических параметрах обработки (припуск, мощность), а также формируются управляющие сигналы для приводов устройства восстановительной обработки.

В третьей главе описана методика проведения экспериментальных исследований по определению параметров устройства измерения формы крупногабаритных объектов, с использованием экспериментального стенда (рисунок 1, Л,а), Проецирование правильной геометрической фигуры (рисунок 4,6) происходит с определенного расстояния, при заданном угле с известной мощностью. Эти параметры будут основными характеристиками устройства определения формы детали, влияющими на точность измерений. К измеряемым параметрам относятся геометрические параметры отпечатка, который

а) б)

Рисунок 4. Общий вид стенда (а) и вид проецируемой фигуры (б) на поверхность бандажа

сушильного барабана

О ч

1<

, ' «

Л'

ж Ж-:.

гЩ

1*

/V 0■ <

ч

1 ч

в

а)

б)

Рисунок 5. Измеряемые параметры отпечатка, проецируемого на поверхность:

а - параметры проекции, считанной видеоустройством с криволинейной поверхности; б - схема проецирования

Созданный программный модуль выполняет обработку изображения, полученного с матрицы видеокамеры, и производит вычисление требуемых параметров световой фигуры, таких, как ширина и высота проекции, используемых для определения погрешности геометрической формы объекта.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям по вьивлению влияния параметров проецирования на качество линий считываемой проекции. Принят центральный композиционный ротатабельный план полного факторного эксперимента (ГТФЭ) 23.

На формирование картинки при считывании изображения с поверхности детали оказывают влияние следующие основные факторы: Ь =/( Ь, а, Р), где Ь - расстояние проецирования, а- угол проецирования, Р - мощность источника.

В качестве искомой функции будет выступать толщина линий проекции, которая влияет на точность определения формы измеряемой детали. При первоначальном испытании стенда было определено, что при расстоянии проецирования в пределах от 0,8 до 1,6 м возможен «захват» проекции изображения и визуальная картинка изображения приемлема. Так же, как показали поисковые эксперименты, для обеспечения получения правильной геометрической фигуры на поверхности детали угол проецирования находится в диапазоне от 5° до 20°, мощность должна варьироваться в пределах от 5,5 до 2,5 мВт.

В результате было получено уравнение регрессии в кодированном виде: у=3,4-0,12х, +0,3 7х2+0,78хз-х,х2-Ю,5х, х3+0,5х2х3+0,05х, 2+0,05х22+0,2х32, (6)

где

¿±А

I

х2 ■■

а±Ап

х3 ■■

Р± А,

(7)

Значимость факторов распределяется следующим образом: ¿=11%, а=29%, Р=60%.

Проведенные экспериментальные исследования показали рациональные интервалы изменения основных факторов, оказывающих влияние на толщины

линий фигуры (3-5 пикселя), проецируемой на криволинейную поверхность, в зависимости от требуемой точности измерения:

- для линий проекции с толщиной 3 пикселя: расстояние проецирования -от 0,86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,12 до 0,21 рад; мощность излучения — от 2,3 до 5,5 мВт;

- для линий проекции с толщиной 4 пикселя: расстояние проецирования -от 0,86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,18 до 0,27 рад; мощность излучения - от 2,25 до 5,5 мВт;

- для линий проекции с толщиной 5 пикселей: расстояние проецирования - от 0,86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,25 до 0,38 рад; мощность излучения - от 4,2 до 5,5 мВт.

б)

д.,.

ь

В)

1,56 0,35

Г)

Рис. 6. Графические структуры, отражающие изменение технологических параметров при получении линий проекции толщиной: а - 1 пиксель; б - 3 пикселя; в - 5 пикселей; г - 9

пикселей

Анализ векторов значений величин радиусов реальных и полученных значений показывает, что отклонения по минимальному значению радиуса составляют 2,86 мм, а по максимальному радиусу — 2,483 мм, что в процентном соотношении составляет около 3,8%, что соответствует требованиям точности измерений.

Пятая глава посвящена разработке оборудования и технологических методов восстановительной обработки функциональных поверхностей, с использованием оперативной информации, полученной дистанционным способом измерения, а также промышленным испытаниям и оценке эффективности предложенной технологии.

Для совершенствования существующих восстановительных технологий предложен станочный модуль для обработки бандажей и роликов (рисунок 7), который снабжен блоком управления (рисунок 1), координирующим работу

приводов поперечного и углового перемещений инструмента, а также устройства измерения формы и положения детали (рисунок 4,а).

Технологию с использованием оперативного дистанционного контроля можно представить в виде алгоритма:

1. Установка и наладка измерительного модуля.

2. Диагностика состояния поверхности.

2.1. Выполнение измерений.

2.2. Определение погрешности формы.

2.3. Анализ результатов измерений с целью принятия решения о

необходимости обработки.

3. Установка и наладка станочного модуля.

4. Выполнение восстановительной обработки с оперативным контролем.

4.1. Определение технологических параметров обработки.

4.2. Выполнение технологических переходов.

4.3. Оперативный контроль в процессе обработки.

5. Определение новых значений припуска и параметров обработки.

6. Выполнение обработки в соответствии с п.4.

7. Окончание обработки при условии обеспечения заданной точности.

Результаты исследований, проведенные в условиях ОАО «Шебекинский меловой завод», позволяют модернизировать существующее нестационарное оборудование, что повышает точность обработки за счёт возможности регулирования угла положения режущего инструмента и ориентации его передней поверхности по нормали к обрабатываемой поверхности детали.

9

.-' X. Л—

1 / 6 \ А1

у—-Г

1 х,-.....Г „

г"1 \ !| ш

Шт~~~.......—

------'<

— ...... ' . „ д'д&с

__ _ -Црйе: - а

Рис.7. Общий вид станочного модуля 1 - опорные стойки с разрезными головками 2, 3- направляющая, 4 - подвижный продольный суппорт, 5 - ходовой винт, 6 - двигатель, 7 - поворотный механизм, 8 -поперечный суппорт, 9 - резцедержатель, 10- двигатель поперечной подачи, 11- червячное колесо, 12- червяк, 13 - двигатель углового положения

Предложенная технология восстановительной обработки отличается от существующих тем, что непосредственно в процессе обработки с помощью устройства дистанционной диагностики выполняется оперативное получение информации о параметрах формы обрабатываемой поверхности, на основе которой определяются технологические режимы обработки и осуществляется управление станочным модулем.

Разработанная технология дистанционной диагностики внедрена в условиях ОАО «Шебекинский меловой завод» и ЗАО «Нива». Использование дистанционного лазерного устройства для определения формы деталей опор барабанных сушильных агрегатов при восстановительном ремонте позволяет сократить себестоимость контроля и плановых ремонтов примерно на 35%. Предложенная технология восстановительной обработки отличается от существующих тем, что непосредственно в процессе обработки с помощью устройства дистанционной диагностики выполняется оперативное получение информации о параметрах формы обрабатываемой поверхности, на основе которой определяются технологические режимы обработки и осуществляется управление станочным модулем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния диагностики и восстановительной обработки крупногабаритных изделий показал, что существующие методики измерения геометрических параметров при использовании нестационарных станочных модулей, не дают возможности оценить искажения формы деталей в продольном и поперечном сечениях. Поэтому повышение эффективности диагностики при использовании восстановительной обработки возможно за счет применения средств дистанционного контроля, который можно реализовать с помощью лазерного устройства для измерения при выполнении восстановительной обработки рабочих поверхностей объектов в процессе их эксплуатации.

2. Разработан новый вид дистанционной лазерной диагностики с использованием дифракционной решетки для определения состояния поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их эксплуатации, в том числе с нестационарной осью вращения.

3. Предложена методология измерения и исследованы различные схемы компоновки устройства для дистанционной диагностики состояния поверхностей объектов в процессе их эксплуатации.

4. Получено уравнение регрессии, показывающее зависимость толщины линии Ъ проекции световой фигуры от основных факторов расстояния проецирования I, угла проецирования а, мощности Р, значимость факторов распределяется следующим образом: 1=11%, сг=29%, Р=60%; установлены рациональные параметры проецирования световой фигуры, влияющие на точность измерения погрешности формы диагностируемой поверхности.

5. Установлено, что рациональные параметры проецирования при требуемой точности измерения для толщины линий проекции от 3 до 5 пикселей, находятся в диапазонах: для линий проекции с толщиной 3 пикселя: расстояние проецирования - от 0.86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,12 до 0,21 рад; мощность излучения - от 2,3 до 5,5 мВт; для линий проекции с толщиной 4 пикселя: расстояние проецирования - от 0.86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,18 до 0,27 рад; мощность излучения - от 2,25 до 5,5 мВт;

для линий проекции с толщиной 5 пикселей: расстояние проецирования - от 0,86 до 1,54 м; угол проецирования - от 0,25 до 0,38 рад; мощность излучения -от 4,2 до 5,5 мВт. Анализ векторов реальных и полученных значений показывает, что отклонения по минимальному значению радиуса составляют 2,86 мм, а по максимальному радиусу - 2,483 мм, что в процентном соотношении составляет около 3,8%.

6. Предложены технические решения в виде структурных схем технологического оборудования для восстановительной обработки с возможностью управления положением главной режущей кромки инструмента, использующего информацию о форме детали, получаемую посредством дистанционного измерения геометрических параметров формы, анализом информации и вычислением погрешности.

7. Разработаны структурные схемы управления процессом восстановительной обработки крупногабаритных деталей, основанные на модульном принципе с использованием методов оперативного контроля.

8. Разработан алгоритм управления восстановлением функциональной поверхности, учитывающий анализ искажений формы измеряемого объекта на основе результатов реализации дистанционного способа диагностики.

9. На основе исследований разработаны структурные схемы и основные технологические параметры устройства для диагностики формы и станочного модуля для восстановительного ремонта деталей опор, защищенные патентами РФ.

10. Использование дистанционного лазерного устройства для определения формы деталей опор барабанных сушильных агрегатов на предприятии ОАО «Шебекинский меловой завод», в ремонтных службах ЗАО «Нива», занятых восстановлением функциональных поверхностей технологических агрегатов, позволило сократить себестоимость контроля и плановых ремонтов примерно на 35%. Предполагаемый экономический эффект составит около 400 тыс. руб.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях: а) в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Чепчуров, М.С. Управление колебаниями режущего инструмента при токарной обработке крупногабаритных деталей / М.С. Чепчуров, Маслова И.В., A.B. Хуртасенко // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - №2(26), С. 31-35.

2. Маслова, И.В. Обоснование использования управляемого процесса при восстановлении формы крупногабаритного тела вращения, не имеющего стационарную ось вращения /И.В. Маслова, А.Н. Блудов // Научно-теоретический журнал «Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова». - 2012. - № 3. -С.76-79.

3. Маслова, И.В. Использование управляемого процесса при восстановлении формы крупногабаритного тела вращения, не имеющего стационарную ось вращения / И.В. Маслова // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2012. - №2(34). - С.87 - 92.

4. Маслова, И.В. Дистанционная диагностика состояния опорных деталей сушильных барабанов / И.В. Маслова, С.Ю. Лозовая, М.С. Чепчуров // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2013. - Т. 19, №3.-С.653 - 658.

б) в других изданиях:

5. Погоним, A.A. Гибкая мобильная технология восстановления геометрической точности крупногабаритных деталей / A.A. Погонин, М.С. Чепчуров, A.B. Хуртасенко, И.В. Маслова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2003. - № 3. - С. 95 - 98.

6. Маслова, И.В. Идентификация стойкости режущего инструмента при механической восстановительной обработке крупногабаритных деталей /И.В. Маслова, В.В. Дмитриев // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова, 2009.

7. Чепчуров, М.С. Автоматизированный контроль прогиба державки режущего инструмента при токарной обработке. / М.С.Чепчуров, И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2009. — №2(22). С. 13-16.

8. Маслова, И.В. Подсистема идентификации технологических параметров при обработке крупногабаритных деталей / И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко, М.С. Чепчуров // Математические методы в технике и технологиях-ММТТ-23 [текст]: сб. трудов XXIII Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т. П.Секция 12, 13 - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С.44-47.

9. Торгонин, Д.Ю. Бесконтактное определение формы поверхности бандажей цементных печей с целью восстановительной обработки наружной поверхности / Д.Ю.Торгонин, В.В.Дмитриев, И.В. Маслова // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова. Белгород, май, 2010 г. - Белгород, 2010.

10. Маслова, И.В. Повышение эффективности восстановительной обработки бандажей с использованием управляемого станочного модуля/И.В. Маслова // Актуальные вопросы современной техники и технологии: сборник докладов III Международной научной заочной конференции: в 2 ч. 4.1./под ред.A.B. Горбенко, С.В. Довженко. -Липецк, 2011.-С.41-42.

U. Петухов, И.В. Использование управляемого станочного модуля при восстановительной обработке вращающихся крупногабаритных деталей / и.В. Петухов, Р.Г. Ястребов, И.В. Маслова//Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Губкин, 7-8 апреля 2011г, -Губкин, 2011.

12. Петухов, И.В. Устройство для определения размеров и формы крупногабаритных объектов / И.В. Петухов, Р.Г.Ястребов, И.В. Маслова // Международная научно-практическая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова. - Белгород, 2011.

13. Ястребов, Р.Г. Использование управляемого станочного модуля при восстановительной обработке бандажей вращающихся цементных печей / Р.Г.Ястребов, И.В. Маслова // Международная научно-практическая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова. - Белгород, 2011.

14. Маслова, И.В. Восстановительная обработка бандажей с использованием управляемого станочного модуля/И.В. Маслова // Международная научно-техническая конференция «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)», г. Брянск, 19-20 мая 2011г. - Брянск, 2011.

15. Маслова, И.В. Устройство для определения размеров и формы крупногабаритных объектов / И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко //Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз.сб.ст. / под ред B.C. Богданова. - Белгород, 2011. - Вып. X: С.189-192.

16.Маслова, И.В. Использование управляемого станочного модуля при восстановительной обработке бандажей вращающихся цементных печей. / И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко //. Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз.сб.ст. / под ред B.C. Богданова.- Белгород, 2011. - Вып. X: С.193-195.

П. Маслова, И.В. Использование управляемого станочного модуля с бесконтактным определением формы детали при восстановительной обработке бандажей вращающихся цементных печей / И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко // Инженерная мысль машиностроения будущего: сборник материалов Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием. - Екатеринбург: УрФУ, 2012. -С.248-251.

18. Петухов, И.В. Определение формы крупногабаритных деталей с нестационарной осью вращения / И.В. Петухов, И.В. Маслова // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова. - Белгород, 2012.

19. Маслова, И.В. Физическое моделирование восстановительной обработки крупных деталей с нестационарной осью вращения / И.В. Маслова, A.B. Хуртасенко, Р.Г. Ястребов // Междунар. научно-технич. конф. молодых ученых БГТУ им. В .Г.Шухова, Белгород, 17 мая 2012г. - Белгород, 2012.

20.Маслова, И.В. Физическое моделирование восстановления формы вращающейся детали при токарной обработке / И.В. Маслова, В.Я. Дуганов, Р.Г. Ястребов И Образование и наука: современное состояние и перспективы развития: сб.научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции, Тамбов, 28 февраля 2013г.: в 10 ч. 4.5; М-во обр.и науки РФ. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнесс-Наука-Общество», 2013. -С.80-81.

в) монографии:

21 .Че туров, М.С. Модернизация специального оборудования с использованием контроля и регистрации технологических параметров /М.С Чепчуров, И.В Маслова, A.B. Хуртасенко. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2012.

г) патенты на полезные модели:

22.Пат. 101952 Российская Федерация, МКИ7 В 23 В 5/32. Станочный модуль для восстановительной обработки бандажей и роликов / Маслова И.В., Погонин Д.А., Чепчуров М.С., Хуртасенко A.B.; заявитель и патентообладатель Белгород, гос. технол. ун-т им. В.Г.Шухова -№2010138151/02, заявл. 14.09.2010; опубл. 10.02.2011, Бюл. №4.-9с. 23 .Пат. 110181 Российская Федерация, МКИ7 В 23 В 5/32. Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов / Маслова И.В., Чепчуров М.С., Хуртасенко A.B.; заявитель и патентообладатель Белгород, гос. технол. ун-т. им. В.Г.Шухова -№2011120357/28, заявл. 20.05.2011; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31. - 8с. 24.Пат. на изобретение 2468322 Российская Федерация, МПК F27B 7/22 (2006/01). Способ обеспечения прямолинейности оси вращающейся печи / Дуганов В .Я., Хуртасенко A.B., Маслова И.В.; заявитель и патентообладатель Белгород, гос. технол. ун-т. им. В.Г.Шухова - № 2011112925; заявл. 04.04.2011; опубл. 27.11.2012, Бюл. №33. -6с.

Система основных буквенных обозначений

а - расстояние от поверхности до проецирующего прибора в исходном положении; bi, Ь, Ьо - верхняя, средняя, нижняя образующие ширины отпечатка соответственно, проецируемого на диагностируемую поверхность; с - хорда дуги окружности; d - диаметр опорного ролика; d„ - разрешение ПЗС-матрицы; h, hi, he- высота светового пятна левая, правая и средняя образующей отпечатка, проецируемого на диагностируемую поверхность; / - расстояние от источника излучения до объекта; 1ы - расстояние до крайней нижней точки отпечатка; Le - расстояние до верхней крайней точки отпечатка; Lo - расстояние от источника излучения до условного центра вращения объекта; L — длина дуги; О/, Oj -условные центры сечения бандажа в 1-м положении (цилиндричность) и 2-м положении -(овальность); Rm - радиус вписанной окружности; R, - радиус i-ro измерения; to - расстояние между роликами; х, у, z — декартовые координаты точки расположения проецирующего устройства; а — угол проецирования светового луча в горизонтальной плоскости; ß - угол проецирования светового луча в вертикальной плоскости; у - угол, противолежащий углу наклона плоскости; у/ - угловой шаг измерений светового пятна, проецируемого на поверхность; <р - угол наклона плоскости, на которую проецируется световое пятно; v -скорость вращения бандажа; со - частота вращения модели бандажа; А- угол между осями проецирующей и воспринимающей системами (угол установки устройства).

Подписано в печать 4?. Ю- (Ъ е. Формат 60x84/16

Усл.печ.л. 1,25._Тираж 100_Заказ № Ь7€

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В.Г.Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

Министерство образования и науки РФ ФБГОУ ВПО «Белгородский Государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова»

На правах рукопи

04201 452027

Маслова Ирина Викторовна

Дистанционная диагностика состояния восстанавливаемых поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их

эксплуатации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук специальность 05.02.13 -Машины, агрегаты и процессы (строительство) специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Научный руководитель -доктор технических наук, доц. Лозовая С.Ю. Научный консультант -доктор технических наук, доц. Чепчуров М.С.

Белгород 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ОПОРНЫХ УЗЛОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АГРЕГАТОВ..........................11

1.1. Анализ изменений состояния рабочих поверхностей при эксплуатации крупногабаритных объектов.............................................................................11

1.2. Методы обработки и технологии восстановления вращающихся крупногабаритных объектов.............................................................................18

1.3. Способы активного контроля геометрической точности.......................23

1.4. Бесконтактные методы и приборы, использующиеся для измерения расстояний и диагностики крупногабаритных изделий................................26

1.5. Цель и задачи исследования......................................................................37

1.6. Выводы по главе 1......................................................................................39

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И КОМПОНОВКА СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ И СТАНОЧНЫМ МОДУЛЕМ............................................................................................................41

2.1. Определение и анализ погрешности формы поверхности крупногабаритной детали по отпечатку проецируемой фигуры..................41

2.2. Методология проецирования световой фигуры при выполнении измерений различного назначения...................................................................48

2.2.1. Определение расстояния до измеряемого объекта с использованием дистанционного лазерного устройства............................................................48

2.2.2. Определение угла наклона плоской поверхности по размерам световой фигуры................................................................................................51

2.2.3. Измерение криволинейной поверхности...............................................54

2.3. Определение величины смещения оси восстанавливаемой цилиндрической поверхности и схемы компоновки измерительного и

обрабатывающего модулей...............................................................................60

Выводы по главе 2.............................................................................................69

ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ОБЪЕКТА ДИСТАНЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ...................................................................................................70

3.1. Стенд для проведения экспериментальных исследований.....................70

3.2. Определение геометрических характеристик и положения тела вращения.............................................................................................................74

3.3. Методология обработки векторизованного изображения и получение геометрических характеристик объекта с использованием разработанного программного модуля........................................................................................79

3.4. Описание стендовой модели и искажений параметров проекции световой фигуры................................................................................................85

3.5. Оценка и анализ результатов измерений..................................................88

Выводы по главе 3.............................................................................................92

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕЦИРОВАНИЯ СВЕТОВОЙ ФИГУРЫ ДИСТАНЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ

КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪКТОВ..............................................................93

4.1. План, программа и методика исследования.............................................94

4.2. Оценка результатов погрешности измерений модели крупногабаритной

деталей, не имеющие стационарной оси вращения.....................................110

Выводы по главе 4...........................................................................................114

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

............................................................................................................................116

Выводы по главе 5...........................................................................................137

Основные результаты работы и выводы.......................................................139

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................142

Приложения......................................................................................................160

Приложение А. Программа обработки видеосигнала, отраженного с

поверхности детали.........................................................................................160

Приложение Б. Анализ результатов моделирования измерения................174

Приложение В. Акты внедрения....................................................................178

Приложение Г. Технические характеристики сушильных барабанов

диаметрами 1.0м, 1.2м, 1.6м, 2.0м, 2.2м, 2.8м...............................................180

Приложение Д. Результаты диагностики бандажа сушильного агрегата и анализ (номинальный диаметр бандажа 2400 мм) на предприятии ОАО

«Шебекинский меловой завод»......................................................................182

Приложение Е. Патенты..................................................................................184

Приложение Ж. Укрупненный экономический анализ...............................190

ВВЕДЕНИЕ

Во многих отраслях промышленности используются крупногабаритные технологические агрегаты, предназначенные для измельчения различных материалов, для высушивания материалов. В строительстве, химической промышленности эксплуатируются вращающиеся агрегаты, имеющие опорные узлы в виде тел вращения. В процессе своей работы эти детали изнашиваются, следовательно, их функциональные поверхности необходимо восстанавливать с использованием механической обработки.

При производстве цемента применяются вращающиеся обжиговые печи для разогрева клинкера до температур, при которых происходят требуемые химические реакции. При производстве мела используются сушильные барабаны для получения готового продукта с требуемыми характеристиками. Детали агрегатов подвергаются износу в процессе их технологического использования, а, следовательно, и имеют высокую себестоимость их восстановительной обработки, что делает проблему повышения эффективности методов диагностики актуальной в масштабах строительной и др. отраслях промышленности страны.

Изготовление крупногабаритных деталей, их восстановление и ремонт требуют использования специального оборудования и технологий. Подобное оборудование в настоящее время применяется как на машиностроительных предприятиях, так и в ремонтных службах предприятий различных отраслей промышленности. Такой вид оборудования представляет собой, как правило, уникальные крупногабаритные станочные комплексы или специальные станочные модули для нестационарной обработки, которые совместно с дистанционной диагностикой позволят повысить ремонтопригодность деталей эксплуатируемых агрегатов.

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:

¡.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.

2. Разработать новый вид дистанционной диагностики для определения состояния поверхностей крупногабаритных объектов при эксплуатации и в процессе их текущего восстановительного ремонта.

3. Разработать и исследовать методологию измерения погрешностей формы объектов с применением дистанционной диагностики состояния рабочих поверхностей в процессе их эксплуатации и текущего ремонта.

4. Разработать устройство для дистанционной диагностики состояния поверхностей крупногабаритных объектов в процессе их восстановительной обработки.

5. 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.

6. Разработать структурные схемы управления процессом восстановительной обработки крупногабаритных объектов, основанном на модульном принципе, с использованием методов оперативного контроля.

7. 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.

Методология и методы исследований.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований автором изучены, проверены методы диагностики формы крупногабаритных деталей

с нестационарной осыо вращения, методы контроля и регистрации параметров технологических систем. При разработке алгоритмов, схем управления использовались системно-структурные методы, основные тригонометрические зависимости.

Исследования проводились с использованием компьютерного Зй -моделирования, испытаний на экспериментальном стенде и в условиях реального производства, на основе чего определялись состав и структура измерительных комплексов и системы управления станочным модулем.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена принятыми в основу объективно существующими математическими и физическими законами и закономерностями, проведенным 3£) - моделированием, и подтверждается использованием статистических методов обработки результатов, применением современных измерительных средств и комплексов на основе вычислительной техники, допустимым интервалом сходимости результатов теоретических и практических исследований, внедрением результатов в реальное производство.

Научная новизна работы включает в себя:

- методику диагностики состояния поверхностей крупногабаритных деталей, основанную на проецировании световой фигуры на диагностируемую поверхность;

- способ дистанционного определения геометрических параметров функциональных поверхностей узлов катания, в основе которого лежит анализ геометрических параметров формы графического изображения, отраженного от измеряемой поверхности,

- установленные связи между параметрами проекции световой фигуры и погрешностями формы измеряемой поверхности;

- алгоритм обработки графического изображения, позволяющий определить отклонение геометрии функциональных поверхностей узлов катания;

- уравнение регрессии, показывающее зависимость толщины линии проекции от основных факторов, влияющих на ее формирование и определение рациональных параметров проецирования;

- структурные схемы компоновки оборудования для восстановительной обработки крупногабаритных вращающихся объектов, включающие в себя модуль диагностики и устройство обработки с возможностью управления положением главной режущей кромки инструмента за счет введения дополнительного привода углового положения инструмента;

- новую технологию механической обработки поверхностей крупногабаритных объектов встраиваемыми станочными модулями, использующую режимы, назначаемые по результатам анализа геометрии формы.

Основные положения, выносимые на защиту»

-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.

Практическая значимость результатов.

1. Разработано устройство дистанционной лазерной диагностики формы объекта, новизна которого подтверждена патентом.

2. Разработано специальное программное обеспечение для анализа графического изображения при определении геометрических параметров крупногабаритных объектов.

3. Разработаны структурные схемы устройств управления восстановительной обработкой с использованием информации о форме объекта.

4. 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.

5. Разработан станочный модуль для восстановительной обработки, использующий данные дистанционной диагностики, подтвержденный патентом.

Внедрение результатов: 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».

Публикации: по теме диссертации опубликованы: монография в соавторстве, 20 работ в периодических изданиях, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента на полезные модели, 1 патент на способ.

Апробация работы: основные положения диссертационной работы представлены: 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 Ш-й 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» (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).

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Объем диссертации 159 страниц, в том числе 73 рисунка и 9 таблиц, список литературы состоит из 131 наименования.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ОПОРНЫХ УЗЛОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АГРЕГАТОВ

1.1. Анализ изменений состояния рабочих поверхностей при эксплуатации крупногабаритных объектов

Под крупногабаритным изделием следует понимать изделия, имеющие габариты, превышающие 500 мм [15, 17], которые увеличивают как материальные, трудовые затраты на их изготовление, и на их восстановительную обработку.

Для определения срока службы деталей сопряжения необходимо знать предельно допустимую величину их износа и скорость износа. В реальных условиях эксплуатации технологического оборудования скорость износа сопряженных деталей может быть определена статистическим методом. Для этого необходимо нагружать детали рабочей нагрузкой в течение 150...200 часов.

Величина линейного износа по диаметру опр�