автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Исследование и разработка методов токарной обработки крупногабаритных бандажей в условиях их эксплуатации

гоудАРешаш. коытьт ссср по иагсщму окразоцаиль

>4 о о к о п о к л к ордена Ленина, орхона Октябрьской Руволшил л ордена Т^удспого Краоного .Лшмецл хооудпротваииыЯ техштезллЯ ^иивс^атог ШШ 11.0. «.н;.

Ы'/К-ШЛЮ Идол Васильевич

УАН. 6^1,941

ШВД.0ВДШ И РАЗРАБОТКА ЫЛОяСБ ТОКАРПСн Сй'АШГХИ КРУШ(ОГАК&ОДХША ЫЩлй» В ХОДИМ,I №. ошшгАТА1ДО

Спецжшдгость 0b.0-.0tt - технолегли иа^иноатроенил

11а правах рукспис I

Автореферат

д.'.ссергыдал на ссис}шн;ю ^чано»! сгенош; кандидат*' гелшнеск«. наук ■

;оскш.

1^1

Работа выполнена в Белгородском технологическом институте строитедыых материалов

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент ПОГОНИН А,А.

Официальны» оппонакти - доктор технических наук,

профессор ТИ40.£ЫВ ¿¡.В.

кандидат технических наук, доцент KAbAKGB В.А.

Ведущее предприятие - Специализированное объединение

"Сошцемремонг" г. «¡осква

Защита cccïosïos rc-é' {¿¿¿aOfit ¡991 г. ив заседании специализированного оовета К 053.IS.I5 в Нооковохом Государогванном техническом университете кн. Н.Э. Баумана по адресу: 107005. Москва, 2-ая Бауманская уд., дои 5.

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке НГТУ вкоии Н.Э. Баумана*

Bas отзыв иа автореферат в одном экземпляре, заверенный печатьв, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

Учений секретарь специализированного оовета к.т.н., доцент

£

Р.К. Мещеряков

ОБДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы» Во многих отраслях промышленности: цементной, металлургической, огнеупорной, химической и других используются вращающиеся агрегата типа обхиговых печей, содерха-щих крупногабаритные детали - бандажи, посредством которых печь опирается на опорные ролики и вращается о определенной частотой. Работая а условиях непрерывного производства, печи являются звеном, определявшим ритм работы ясего предприятия к поддержание их в работоспособном состоянии является одной из центральных задач. Добиться увеличен;« производительности печей возможно только со-кра^кком ремонтник простоев, г,к. другие мероприятия, как-то уаоличшнэ диаметра печи, оё длины, частоты вращения влекут за собой дополнительные затраты на футеровку, топливо и т.п. и поэтому является неэффективными направлониякн.

На оснований ранее проводимы* исследований установлено, что периодическая обработка поверхностей катания бандажей и роликов, позволяет поддерживать основные характеристики печного агрегата » пределах допустимых. И, так как такая обработка может производиться на мезте эксплуатации агрегата, без его остановки, происходит сокращенно ремонтных простоев, позволявшее увеличить производительность печи .на 5~б$, а срок эксплуатации бандажей и роликов - » 1,5-2 раза.

Обработка поверхностей Катания этих деталей проводилась неоднократно с использованием различных конструкций переносных станков. Наиболее современный способ, заключающийся в том, что периодическая обработка производилась переносным станкок, базирующимся з межроликовом пространстве, а глубина резания на каждой рабочем ходэ задавалась э зависимости от характеристики формы, получил широкое распространение на многих заводах, эксплуатирующих печные агрегата а дол реальный положительный эффект. Однако для опор вращающихся печей, содержащих гэдроупорн и опоры скольжения, этот способ на применим, так как пространство между опорными роликами занято дополнительными устройствами печного агрегата и ко позволяет установить станок. Кроме того, циклический "отрыв" бандажа от одного или двух опорных роликов, наблюдаемый в процессе эксплуатации на некоторых печных агрегатах, вообдо не поз-

воляет исподьэог-ать «и один «з извьстнмх способов обработки ьна-логичных деталей. Для обеспечения обработки деталей вышеуказанных опор, станок должен базироьаться за пределами опорных роликов, гак как ата зона удобна для монтажа станке, огсутствувт дополнительные устройства, мезасдие его установке, удобна для обслуживания и управления. Однако процесс формообразования при обработке деталей с таким расположенном инструмента к опорным роликам, при циклическом "отрыве" бандажа от поверхности опорных роликов практически не изучен. Не изучен и вопрос определения погрешности обработки деталей в продольном сечении. Поэтому, ре-пение вопросов восстановления с требуемой для эксплуатации точность«) бандажей и опорных роликов вращающихся обжиговых печей, опор, содер.*а:цих гидроупоры, опоры скольжения, при циклическом "отрыве" бандажа от одного или двух опорных роликов, а так же при отклонении продольного сечения от правильной формы является актуальной проблемой, гребувдея проведения соответствувцих исследования, .

Целью исследования является разработка способа восстановительной механической обработки изношенной формы крупногабаритных деталей типа бандажей и роликов вращавшихся обжиговых печей г условиях непрерывного производства.

Методы исследований. При разработке вышеуказанного способа использованы обциэ и частные методики проведения теоретических и экспериментальных исследований,

При проведении экспериментов использовались специальное оборудование и приспособления, современные контрольно-измерительные приборы.

В исследованиях использовались научные основы технологии машиностроения, высшей математики, планирования эксперимента, а так хе оптимизация технологических процессов с использованием последовательного симплексного метода (ЛСЮ.

Теоретические исследования процесса формообразования при обработке деталей типа бандажа и ролика врачаозихся обжиговых печей, проведены на персональном компьютере ДВК-2М, ДЗК-З, с использованием математических моделей процесса обработки: при постоянном контакте бандажа с опорных« роликами; гja непостоянном контакте бандажа в опорными роликами,

г

Экспериментальные исследоления проводились в лабораториях и производственных условиях. В лабораторных условиях проведены эксперименты по физическому моделирование с целью определения адекватности математического моделирования процесса обработки, реально протекапцему процессу,

В производствонных условиях проведены эксперименты по исследовании формообразования при обработке бандажа без использования самоусганавливавшегося суппорта, с использованием самоус-танавливаолегося суппорта с лвумя и четырьмя роликами при оптимальных значениях геометрических и технологических параметров, полученных при математическом моделировании. Исследовано 4ор«о~ Образование в продольном сечении деталей при обработке, в зависимости от жесткости технологической, системы и погрешности установки специального переносного встраиваемого станка относительно обрабатываемой детали.

Результаты исследований приведена в виде значений оптимальных параметров обработки для исправления изношенной 4ории а поперечном сечении деталей и в виде таблицы возможноп погрешности продольного сечения, в зависимости от глубины резания Ь и подачи А .

Научная новизна. В райоте теоретически установлена возможность восстановления, с необходимой для эксплуатации точность«), кскатсенной формы бандажей гра^асдихся обяиговых печей при постоянно« и непостоянном контакте их с опорными роликами.

Предложены и теоретически обоснованы математические модели процесса обработки бандшт, позволяющие исследовать процесс формообразования на ЭВМ. Методом числовой оптимизации определены геометрические и технологические параметры, при которых процесс исправления искаженной формы вдет наиболее интенсивно.

Теоретически определено отклонение продольного сочения детали при обработке с учётом погрешности установки станка и жесткости технологической системы.

Экспериментально, э промышленных условиях, проведено исследование и подтверждена зависимость процесса формообразования в поперечном сечении от геометрических и технологических параметров, в продольном сечении - от погревнос.:: установки станка и жесткости технологической система.

Практическая ценность. Но результатам выполненной работы автором ¡.аэрабогака методика обработки крупногабаритных деталей типа бацда.*а и роликов врадавдихея обжиговых печей в условиях непрерывного производства, с требуемой для эксплуатации точность», при постоянном и непостоянном контакте бандака с опорными роликами.

Для реализации предлагаемого способа разработана принципиально ноэан конструкция специального переносного встраиваемого станка, задицениая двумя авторскими свидетельствами и конструкция самоусганавливавдегося суппорта.

На основании статистических исследований работоспособности бандажей в роликов врацавдихся печей, проведенных на нескольких цементных заводах, определена наработка бандалей и роликов до восстановительной механической обработки их поверхностей катания.

Использование самоустаиавливаещагося суппорта появолясг васти обработку бандажа?, с требуемой ддя эксплуатации точность» даже при непостоянном контакте их с опорными роликами, что ранее было практически невозможно. Позволяет значительно стабилизировать процесс резания, т.к. усилие, создаваемое пружинами само-устанавгивав^егося суппорга, превыаает силу резания.

По результатам выполненной работы проведена обработки бандажей и роликов обжиговых печей Белгородского цементного завода, Воскресенского цементного завода, цементного завода "Гигант", Карачаево-Черкесского цементного завода, Рыбницкого цементно-шиферного комбината. Экономический эффект только от обработки деталей на Белгородском цементном заводе составил свыше 215 тыс, рублей. Белгородским технологическим институтом изготовлена опытная партия специальных переносных встраиваемых станков для обработки бандакей и роликов. Станки переданы СО "Сосзцемремонт".

Апробация работы и публикации. По результатам работы опубликовано 6 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства, список которых приведен в конце автореферата.

Основные научные положения работы доложены на:

- Всесовзной конференции "¿ундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении". Белгород, 1969 г.

- Всесоюзном совецании "Внедрение в производство и строительство прогрессивных строительных материалов". Киев, 1990 г.

- Всесоюзной конференции "Ь»эико-химлческие проблемы материаловедения и новые технологии". Белгород, 1991 г.

- неоднократно на научных чтениях, научно-технических конференциях и семинарах а Белгородском технояохическом институте строительных материмое. .

Объём работя. Диссертационная работа состоят из введения, 4-х глав и выводов, содержание которых "изложено на 102 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 21 теблицу, список литературы из 84 наименований я приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ

Bp введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, вчбрака цель исследовании и сформулированы сле-дуоцив задачи:

- разработка математических моделей процесса обработки крупногабаритных деталей типа бандажей и роликов вращающихся печей

с опорами, содержащими гидроупори, подшипники скольжения, когда бандах имеет постоянная и непостоянный контакт с опорными роликами, и когда на поверхности катания имеется единичная погрешность в виде впадииы на всп вирину поверхности;

- моделируя процесс обработки на ЭВМ, выполнить его числовую оптимизацию;

- теоретически определить погрешность продольного сечония детали при её обработке;

- разработать устройство для реализации предлагаемого способа;

- экспериментально, в промышленных условиях, исследовать процесс формообразования в поперечном и продольном сечениях деталей;

- разработать методику обработки крупногабаритных деталей типа бандажей и роликов вращающихся обжиговых печей в условиях непрерывного производства для опор, содержащих гидроупоры, подшипники скольжения, постоянный ч непостоянный контакт банда*» с опорными роликами и, когда на поверхности катания имеется единичная погрешность - впияина ка всо ширину.

Первая глача посвядена литературному обзору работ по обработке бандажей и роликов врацьсщихся обжиговых печей, а гак же анализу практического использования устройств для Осуществления обработка деталей на ведущих предприятиях отрасли строительных яатериалов. Показано, что работы по Йоссгановлннйв изношенной формы бандажей и опорных роликов проводились Неоднократно.

Установлено, что на опорах печей, содержащих гидроупоры, подшипники скольжеНия, непостоянный контакт бандажа с опорными роликами и с единичной погрешностью - впадиной на асе Ширину поверхности, Положительные результаты не были достигнуты. Конструкции применяемых устройств не отвечает требованиям годности к качества обработки для ВыаеприведеИных опор, ¿опросы обеспечения точности обработки для этих опор находятся в (¡гадин разработки.

Анализ Проведенных исследований процесса Восстановления изношенной формы бандажей л роликов вращавшихся почей позволил установить, что обеспечение необходимой точности Ьбработки выиепри-веденнык опор, в попвоачиеми продСльпиН сечениях возможно на основе дальнейшего изучения закономерностей процесса формообразования.

Во второй главе обоснована необходимое»!» ма«ематй4ескоро моделирования процесса обработки бандадей, для оптимизации основных геойетрЫескйх и технологических Параметров с цельо интенсификации Процесса восстановления изношенной формы;

Учйгывая го, что Пространство ме.«ду опорными роликами, являющееся наиболее благоприятным для базирования станка, с тсИки зрения формообразования заНят0| то приведена к обоснована математическая модель процесса обработки при расположении обрабатываемого инструмента за пределами Ьяорнкх роликов.

Täic kaic некоторые типы опор ййеЯ ймевт Непостоянный контакт бандажей с опорными роликами или имей единичнуо погрешность - впадину На пса аирину поверхности катания, то приведена н обоснована математическая кодеяк процесса Ьбработки й использованием самоусгашвлиш«!«0гося суппорта;

Лрйведсии блок. - схемы программ Д«й моделирог.ания на ЭВМ обработки без семоустанайдивЬьдегЬсл суппорта и с ним.

!1а основании ШЫзаЦйи процесса йбраббткй iiá ÖB31 с использование* последовательного симплексного метода, получены опги-

иальныо значзния геометрических и технологических параметре», при которых процеис восстановления изнснзениол формы в поперечном сечении, Идет Наиболее интенсивно.

Яри обработке без использования самоустаиапливаощегооя суппорта, угол расположения инструмента по отноаенио к гвримн*аль~ ной оси детали должен быть равен в глубина резания не долк-на превышать значения

-Ь = 0,343,5 -Зм , где Jrn - величина биенИя контура бандам ч точке приложения резца,

Процесс формообразования пря такой схеме Обработки является неустойчивым.

При обработке бандажа с испольэ&эоНиён саиоустакавлквапцого-ся суппорта с двумя роликами, на процесса формообразования влияет:

расстояние Между осяйи роликов суппорта - должны быть но менее D00 им;

глубина розиний - долина быть равна величина биения О/г? контура детали, в точке приложения резца относительно база суппорта,

При обработке байдйяа о использованием оМоустанавливсшцего-ся суппорта о чэгйрш роликами, на процесс Формообразования оказывает влияние: расстояние между осям» двух ролийоз одной опоры « долткнЬ быть pasrio 222 мм; расстояние между осАми иарняров греша))-сы суппорта - 1038 км; глубина резаийж - -¿'0,8 '-Зм ,

В третьей главе представлено Теоретическое олредбление tioiv реаноотй обработки бандажёй и ролйков и продольном сёчёнии. flu осноьании анализа составляем* суммарной погрёйностл обработки установлено, norpniitiscti устаной)Ы 6'tkkàh по bWabMv к обрабатываемой Детали, а также пЬЬреиностЬ* возникающая в результате лрбЬШ Технологической системй; Оказывает максимальноз воздействие на суммарну» Погрешность йбрабойей ь продольном сечении. Kpoitè ïbrSj s*й погрешности частично взанйно кбйпьнЬйруйтсл, теп самый y^éiîtaàÀ суйййрМуй йбгрйиоетб.

ПЬгреяЙосИ лргёдЬльНбго сё-1е;нм Определена по форме кривой отклонений ЬТ. ш№кйдрйчн0сти, iax разность хонду максимальным и «Макальный её знЫоние-'й г.с*

Ùt - Съ. и - ¿\; 3

где Д1 -максимальное значение, ординаты кривой в с -ом сечения, перпендикулярном оси детали;

Д<. - минимальной значение ординаты кривой. Значен*« ординаты кривой отклонение от цилиндркчности в ¿-ом сечении оправлено по формуле _______

¿ст с

где ? - номинальной радиус детали;

Хс. - величина отрезка прямой между соседним* I -ми точками;

£ - угол мезду осями, детали и направлявши станка в вертикальной плоскости;

Ь!ток - максимальное расстояние между осями детали и направлявшей станке а горизонтальной плоскости;

- длина направляющей станка мзхду стойкам»;

I!• - длина обрабатываемой детали;

о( - угол между осями детали и направляющей в горизонтальной плоскости;

- глубина резания;

■6 - подача;

^-слз. I - жесткость технологической системы в I -ом сечения. Четвертая глава посвящена экспериментальному исследование формообразования в продольном и поперечном сечениях бандажей и опорных роликов, в промышленных условиях. Изложена общая методика проведения исследования, дабы описания методов и средств их проведения. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях Белгородского и Воскресенского цементных заводов ка печах I Ч х 150 метров. Диаметр бандажей таких печей - 4850 мм, опорных роликов - 1500 мм, ширина поверхности катания - 800 и _ 1000 мм соответственно. Для осуществления зссстаповктедьнсй обработки деталей в условиях непрерывного производства разработан и изготовлен: специальная переносной встраиваемый станок, конструкция которого зачищена двумя авторскими свидетельствами и самоус-танавлйвавчийся суппорт*

При поведан и и экспериментов, в качестве основного показате-

»«раКУвризуячего форму поперечного сечения деталей, была взя- .

га величина биения контура в точке приложения резце. Для определения соотношения кожду получаемой и допустимой величинами (¡нения детали, взята величина биения конгура детали :з межроликоио.и пространстве опоры печи. Для проведении соотвегствуащих замеров попользовано специальное измерительное устройство с индикаторна-ми головками часового типа ¡14-10, '/Я-25, ИЧ—50.

Используя оптимальные значения геометрических и технологических параметров, полученные при математическом моделировании, проводилось исследование изменения величины биения поело выполнения каждого рабочего хода. Исследовано изменение величины биения при обработке нескольких бандажей по схемам без исподьиова-ния самоустанавлясаоцегося суппорта и с использованием самоусга-на вливающегося суппорта о двумя, к четырьмя спорными роликами. Проводилось гак же исследование формообразования в продольно» сечении. Глубина резания и подача задавались с учетом таблицы возможной погрешности обработки для данного типа опор.

Результаты, получаемые при проведении экспериментальных исследований в производственных условиях, лолностьо подтверждает результаты, полученные при математической мод&лиро»ании.

В згой главе представлена обцая методика обработки ба.чдакоЯ и роликов Ерадавцихся обжиговых печей, я условиях непрерывного производства. С использованием статистических методов определены периодичности обработки банда*?й « опорных роликов. Указано оборудование и инструмент для осуществления предлагаемого способа.

Определен порядок проведения обработки крупногабаритных до-талей типа бандаяей и роликов опор, еодерчедих гидроупоры, опоры скольжения, постоянный и переменный контакт бандажа с опорными роликами, а так же с погрешность*! в в идо впадины иа всю иирину г,о~ верхности катания.

0СН0БН1С ВЫВОДЫ

I. Проведенные теоретические исследования способа обработан бандагей и роликов врадамщикси обжиговых печей к& опорах, содер-ивдих гидроупоры, опоры сколь синил идч непостоянный контакт бао-дала с опорными родинами, позволяют установить, что исправление изношенной формы возможно прк падании ютиюгдышх геометрических л технологических параметров,

2. Устаковлеко, что обръбор.ка бандажа возможна, когда он имеет постоянный контакт, с опорными роликами и, когда Н1 его поверхности отсутствуют единичные погреиности на рс» ширину. Угол расположения резца по отноаени» к горизонтальной линии бвидояа должен <5ып равен 0,698 рад., а глубина резания.равна 0.3*(33 от исличины биения контура в точке приложения резца.

3. Установлено, что обработка бандажа с дефектами в виде единичных' погрешностей на вев иирину, или при непостоянном контактом с опорными роликами, возможна с использованием самоусга-кавливанщегося гуппорта с двумя или четырьмя роликами. При этом состояние поверхностей катания опорных роликов, а так же периодический контакт бандажа с ними, на процесс формообразования не влияют.

Установлено, что при обработке бандажа сямоусгакаЕЛиВив-щимся суппортом с двумя роликами, процесс исправления формы идет наиболее интенсивно при расстоянии между осями роликов суппорта - 1300 мм й глубине резания - разном величине контура обрабатываемой »аталй относительно базы суппорта,

5. Установлено, что при обработке бандота самоустанавлизаю-чиися суппортом с четырьмя роликами, процесс исправления формы идвт наиболее интенсивно при расстоянии между шарнирами траверсы - 1038 мм, расстоянии между осями двух роликов одной опоры -222 км и глубине резания равном 0,8 величины биения контура детали относительно базы суппорта. При одинаковой интенсивности процесса исправления формы у самоусганавливаш,егося суппорта с четырьмя роликами требуется обгем меньшего количества металла, чем у суппорта с двумя роликами.

6. Установлено, что обработка бандажей и опорных роликов возможна с использованием специального переносного встраиваемого станка, базирующегося на корпуса подоипников роликоопоры. Погрся-ноогь установки станка при этом, частично компенсируется прогибон направляемой, Используя таблицу возможностей погрешности в зависимости от технологических режимов, возможно управление точностью форм» продольного сечения при обработке.

7. Обобщенная методика,.- разработанная по результатам выполненной работа, позволяет вести восстановительную обработку бандажей и опорных роликов печей, в. условиях непрерывного производства л няойхедимой для эксплуатации точность«),

1С

8. Экономический эффект, полученный при.шэдрвнки результатов работы только на Болгородском цементном заводе составил 215 тыс.рублей. Габота проводились также в условиях ПО "Зоскре-сенскцеменг", Карачаево-Чоркэсского и Рыбницхого цементных заводов. Результаты работы могут быть использованы в цементной, химичеркой, огнеупорной, металлургической и других отраслях про-мыялоиности.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. A.c. СССР К 13066*16 (СССР) Станок для проточки банда.тей и роликов / H.A. Педипенко, A.A. Логонин, Я.В, Шрубченко -

* 3995076/31-08 - Заявл. 25.12.63; Опубл. 30.04.07. Бол.» Г6 //Oi-крытия. Изобретения. - 1937. - й 16. - С.35.

2. A.c. СССР 1501002 (СССР) Станок для обработки бандажей « роликов / H.A. Педипенко, И.В, Шрубченко, З.Н. Бондаренко, A.A. Погонки - # 4212630/25-08 - .Заявл. 23.03.97; Опубл.30.00.89, Бол. » У1 // Открытия. Изобретения. - 1939. - » 32. - С.67.

3. Погонин A.A., Шрубченко И.З. Использование самоусганаягл- , ваплегооя суппорта для обработки бандажей цементной печи пп безрамной технологии // $ундвмектальиыо исследования а новые технологии а строительном матвриалоаецепии: Всесоюзная конференция. -Белгород, 1939. - С.35.

Стативко A.A., Шрубченко И.В., Дуганов В.Я. Специальный . стенд для механической обработки бандажей вращавшихся цементных печей // Фундаментальные наследования и новые технологий в строительном материаловедении: Всесовзкая конференция. - Белгород, 1989. - C.kZ.

5. Шрубченко Я.В, Увеличение срока слуябы бандажей и роликов врачавцихоя печей // Внедрение в производство и строительство прогрессивных строительных материалов: Всесоюзное сове о^дниэ. -Киев, 1990. - С.156-157.

6. Эрубченко И.В. Определение погрешности обработки бандачгвй и опорных роликов врачапдихся печей // Физико-химические проблем« материаловедения и новые технологии: Всесоюзная конференция. -Белгород, 1991. - С.62-63.

П

7. Педипенко И.А, к др, Citmsfsmotcao модели янтенсивнос-той отказа опорных релизов и «Защаяой ьрацавздаоя цементных печей / H.A. Пелиявнко, !4.А. Фвдоренко, А.й. Рубцов, Я,В. Ирубчен-ко У/ Управляющие сисгеыы к роботы в промышленности строительных китериадов! Сб.каучн.тр. Моск.иш».-строит.ин-та им, В.В. Куйбы-вева; Бедгородояий Тахнол. ин-т. строит.натер. - М., 1907. -С. 152-156. '

В* Шруйченко И.В. Токарнай обработка бандажей и роликов на специальном переносном встраиваемом станке. - М., 1990. - 38 о. (Обзорная информация. Сер.15: Ремой», эксплуатация и защита от коррозии оборудования и строительных конструкций В1ШЭСМ).