автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Процесс восстановления формы опор качения вращающихся печей ленточно-абразивным способом

На правах рукописи

Мурыгина Людмила Викторовна

ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРМЫ ОПОР КАЧЕНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ ЛЕНТОЧНО-АБРАЗИВНЫМ СПОСОБОМ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород 2013

10 ОКТ 2013

005534792

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

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Лозовая Светлана Юрьевна

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Шрубченко Иван Васильевич

Официальные оппоненты: Шарапов Рашид Ризаевич

доктор технических наук, профессор, «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова», заведующий кафедрой подьешто-тракспортных н дорожных машин

Колобов Александр Владимирович, кандидат технических наук, ведущий инженер проектного отдела ЗАО «Цетрометаллургмошаж», г. Белгород

Ведущая организация: Шахпшский институт (филиал) ФГБОУ ВПО

Южно-Российского государственного политехнического университета им. М.И. Платова, г. Шахты

Защита диссертации состоится «23» октября 2013 г. В 10® часов на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при федеральном государственном бюджетом образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова 46, глазный корпус, ауд. 242.

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

Автореферат диссертации разослан « 20 » сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.А. Семикопенко

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В различных отраслях промышленности для физико-химической обработки и транспортирования материалов широко применяют вращающиеся печи. Их применяют для обжига клинкера, извести, получения технического углерода и др. Окончательную сборку таких агрегатов осуществляют на месте последующей их эксплуатации, куда поступают отдельные детали и сборочные единицы с предприятия - изготовителя. Крупногабаритные комплектующие после их изготовления для удобства транспортирования разрезают на несколько частей. На месте последующей эксплуатации отдельные части соединяют, используя сварку как основной способ соединения. В результате поверхности бандажей, как основных базовых элементов печей, приобретают погрешность формы, которая превышает нормативную в несколько раз. Эксплуатация печей с такими поверхностями качения приводит к значительным деформациям и знакопеременным нагружениям корпуса, разрушению футерующего слоя, образованию трещин на корпусе, значительному колебанию нагрузки на опорах и приводе и, в результате, к вынужденным остановам и потере производительности.

В настоящее время с целью восстановления формы поверхностей опор качения применяют их обработку специальными переносными станками. Все существующие методы восстановления формы поверхностей качения в основном предполагают лезвийную обработку, причем с режимами, соответствующими силовому резанию. Так как длина поверхностей качения бандажей и опорных роликов составляет 600...1350 мм, то время выполнения даже одного рабочего хода может оказаться более 10 часов. Величина размерного износа обрабатывающего инструмента при этом также оказывается значительной и, соответственно, получаемая форма поверхности приобретает погрешность, превышающую допустимую. Чтобы достигнуть необходимой точности поверхностей качения, требуется применить такой способ восстановления формы поверхностей качения, который позволит, либо существенно сократить время выполнения рабочего хода, либо — обеспечить минимально допустимую величину размерного износа. Таким условиям наиболее полно соответствует ленточно-абразивная обработка. При такой схеме восстановления формы может осуществляться съем незначительных по величине припусков, в пределах 1..2 мм и менее, за один рабочий ход. Бесцентровая обработка при монтаже и ремонте таких крупногабаритных изделий с такими диапазонами глубин резания на сегодняшний день не исследовалась. Основными параметрами, характеризуемыми качество поверхностей качения бандажей и роликов опор вращающихся печен, является точность их формы (презкде всего - отклонение от круглости) и шероховатость. Поэтому требуется проведения ряда исследований по формированию именно этих параметров. С учетом выше изложенного, можно утверждать, что задача восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей на сегодняшний день в достаточной степени не решена и представляет интерес, как с практической, так н с теоретической точек зрения.

Целью работы является разработка процесса восстановления формы опор качения вращающихся печей ленточно-абразнвным способом, обеспечивающим нормативную их точность, повышение срока службы в 1,5...2 раза, сокращение ремонтных простоев вращающихся печей и увеличение объема выпуска

продукции на 5..10 %.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- выполнить анализ существующих способов, разработать принципиально новый, позволяющий сократить время выполнения полного рабочего хода при обработке и снизить степень влияния величины размерного износа на точность формируемых при восстановлении поверхностей опор качения вращающихся печей;

- выявить и исследовать элементарные составляющие, вызывающие погрешность при восстановлении формы поверхностей качения ленточно-абразивным способом обработки;

- разработать вычислительные модели для описания процесса формирования поверхности при восстановлении ленточно-абразивным способом обработки и применить их для поиска оптимальных схем и режимов при компьютерном моделировании; .

- установить механизм формирования поверхностей опор качения при бесцентровой ленточно-абразивной обработке в условиях эксплуатации вращающихся печей;

- исследовать механизм формирования шероховатости поверхности при восстановлении поверхностей опор качения вращающихся печей;

- разработать технологию обработки поверхностей опор качения вращающихся печей ленточно-абразивным методом;

- осуществить внедрение в промышленном производстве.

Методы исследований. При проведении исследований использовались метод конечных элементов, вычислительные модели и разработанные на их основе программы для ЭВМ. Для решения технологических задач применены методы компьютерного моделирования, а также экспериментальное восстановление поверхностей опор качения.

Научную новизну работы составляет следующее:

- новый подход к обеспечению точности поверхностей опор качения, включающий установление рациональных режимов восстановления их нормативной точности компьютерным моделированием и последующей их обработкой ленточно-абразивным способом с использованием комплекта мобильного оборудования;

- модели, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние крупногабаритных бандажей, устанавливаемых на два опорных ролика и определить рациональную схему расположения оборудования для восстановления поверхностей опор качения;

- вычислительные модели, описывающие процесс формирования поверхностей качения бандажей при их восстановлении ленточно-абразивным способом обработки;

- алгоритмы вычисления и программы, позволяющие компьютерным моделированием осуществлять поиск оптимальных схем и режимов восстановления поверхностей качения бандажей;

- конструктивные и технологические решения при проектировании конструкции технологического оборудования для восстановления формы поверхностей опор качения, методика и алгоритм восстановления формы.

Практическая ценность работы заключается в разработке на основании теоретических и экспериментальных исследований нового способа и оборудования для восстановления формы поверхностей качения бандажей и опорных роликов вращающихся печей. Новизна конструктивных решений защищена патентами РФ: №97954; №110668; №118235; №>118236; №119272; №125499. Результаты работы в виде предложенных технологических и конструктивных решений и рекомендаций по полученным режимам восстановления формы поверхностей опор качения могут быть использованы в различных отраслях промышленности, эксплуатирующих крупногабаритные вращающиеся печи, при их монтаже и ремонте.

Внедрение результатов работы. Теоретические и экспериментальные результаты работы в виде технологической документации и опытных образцов оборудования внедрены на ряде предприятий: ООО «ЦемСервис», ЗАО «Белгородский цемент», ООО «Балаковские минеральные удобрения», ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения». Результаты работы внедрены также в учебный процесс Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова на кафедрах «Механическое оборудование» и «Технология машиностроения».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на международных конференциях и получили одобрение: международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия», г. Губкин, 2010 г.; международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Губкин, 2011г.; международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, 2011г.; международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Губкин, 2012г.; международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, 2012г.;

Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 24 научных работы, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК по профилю специальностей, получены 6 патентов на полезные модели и 3 свидетельства на государственную регистрацию программ для ЭВМ.

Структура н объем диссертации: Структура диссертации включает введение, 4 главы, заключение, приложения, список литературы, включающий 154 источника. Общий объем диссертации 215 страниц, включая 106 рисунков, 13 таблиц и 43 страницы приложений.

Автор выноснт на защиту:

— новый подход к обеспечению точности поверхностей опор качения, включающий установление рациональных режимов восстановления их нормативной точности компьютерным моделированием и последующей их обработкой ленточно-абразивным способом с использованием комплекта мобильного оборудования;

— модели, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние крупногабаритных бандажей, устанавливаемых на два опорных ролика и определить оптимальную схему расположения оборудования для восстановления формы поверхностей опор качения;

— механизм и модели, описывающие формирование поверхностей качения банда-

жей при их восстановлении ленточно-абразивным способом обработки;

- алгоритмы вычисления и программы, позволяющие компьютерным моделированием осуществлять поиск оптимальных схем и режимов восстановления формы поверхностей качения бандажей;

- методику, алгоритм и диаграммы режимов восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей ленточно-абрэзивкым способом;

- конструктивные и технологические решения, использованные при проектировании и запатентованные конструкции технологического оборудования для восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей.

Содержание работы Введение. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, указана цель и задачи работы, научная новизна, практическая ценность, а также изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена литературному обзору. Приведен анализ работ по восстановлению формы поверхностей качения, а также исследованы существующие технологии, оборудование и средства технологического оснащения, применяемые для восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей Проанализированы работы, касающиеся обеспечения необходимой точности формы таких ученых, как: H.A. Пелипенко, A.A. Погонина, ИВ Шрубченко и др. Сделан вывод о том, что существующие процессы не позволяют достигать необходимого качества поверхностей, т.к. предполагают выполнение лезвийной обработки, при больших величинах снимаемого припуска. Сформулирована цель и задачи работы.

Вторая глава посвящена выявлению и анализу элементарных составляющих суммарной погрешности, возникающей при восстановлении формы поверхностей качения ленточно-абразивным способом обработки. Получена функциональная

зависимость ,,,

Д =f(Aye, Ат). <-')

Для исследования упругих деформаций бандажа были разработаны конечно-элементные модели. Расчеты производились в CAD/С AR - системе Solid Works с встроенным пакетом конечно-элементного Warks Simulation.

Рис. !. Напряженно-деформированное состояние бандажа Исследовалось напряженно-деформированное состояние бандажа в отдельных его узлах в статическом положении, с приложением сил резания (рис. 1), а также бандажа, соединенного с корпусом печи. Для исследования составляющей погрешности была предложена схема с использованием самоустанавливающего-

ся суппорта (рис. 2). Конструкция состоит из корпуса 1, пиноли 2, шарнирно соединенной с траверсой 3, опор 4, шлифовальной головки 5,отжимного винта 6 и пружин 7 (патент № 97954).

Разработана вычислительная модель, описывающая процесс формирования поверхностей при различных схемах их восстановления. Исходная схема установки представлена на рис. 2 6.

т

Щ Ш

X

к.

кс

V

а)

б)

Рис. 2. Самоустанавливающийся суппорт для восстановления формы поверхностей качения бандажей: а) модель; б) исходная схема Для разработки вычислительной модели, в качестве аналога, использована математическая модель, описанная в работе Шрубченко И.В., которая была существенно изменена в связи с изменением значений исходной погрешности формы обрабатываемой поверхности, конструкции опор суппорта, а также применением в качестве обрабатывающего инструмента шлифовальной головки с бесконечной абразивной лентой. Всю вычислительную модель можно представить как ряд последовательно осуществляемых вычислений:

в Формирование исходного контура обрабатываемой поверхности (рис. 3).

7Хл

I / /X \

„л..л..д

Рис.3. Формирование исходного контура поверхности

Контур исходной поверхности удобнее задать по следующей зависимости:

% - Яи + АЯ ■ 5т(е/МУ'.

• Вычисление значений координат точек эквидистанты. Из точек контура поверхности с известными значениями координат восстанавливаем нормали (рис. 4 й), вычисляем их угловое положение и на расстоянии Яро получаем точки эквидистанты. Последовательно вычисляем значения радиусов и угловых положений всех точек эквидистанты

■ I

к-

•.-......„_.._ а

1

./ I \

у? .....'

т I Л \

/ N ч

/ V'" \

! Л ' /. > »»1 1.»д \

....——| г*.............т......."■у—*{' \ __________.„4:

■ 4 - : ......... Ж-............... )

а) б)

Рис.4. Схемы: а) вычисление параметров эквиднетанты к обрабатываемой поверхности; б) определение параметров точек, которых ие касается опора

Если индексы полученных соседних точек эквидистанты отличаются более чем на 1, то имеет место условие, когда опора не касается одной или нескольких точек контура исходной поверхности. Радиусы таких точек можно определить как

. . ЩЦ' ) ■ - У;

-Л = х&)-оо4/)-М/)' О)

• Определение положения второй опоры.

Задавая точку касания первой опоры, определяем приближенное значение точки касания второй опоры. В начале принимая значения точки касания с индексом на 1 больше, методом перебора ищем значение точки касания, соблюдая условие (рис. 5, а)

а2-а, <180-/,. (4)

Угол между опорами при последнем условии перебора - /ср1 = аг, - а,; и после прекращения перебора - Д,г = аа -

Тогда точность, с которой можно определить положение второй опоры (рис. 5, б) составит:

Далее вычисляем угловое положение и значение радиуса полученной точки касания второй опоры поверхности бандажа.

а) б)

Рис.5 . Схемы: а) к определению положения второй опоры; б) к определению уточненного значения точки касания поверхности второй опорой

• Определение координат шарнира суппорта

Используя схему (рис.6,а), вычисляем значение радиуса и углового положе-

ния шарнира траверсы /?„, и/ш.

Рис.6. Схемы: а) к определению координат шарнира траверсы; б) к определению точки касания поверхности щупом измерителя

• Вычисление значений биения поверхности (рис.6, б).

В начале вычисляем значение угла между плоскостью опоры и измерителем/а. Последовательно увеличиваем значение угла до тех пор, пока он не станет больше /ор/2. Далее вычисляем уточненное угловое положение измерителя с заданной точностью.

Показания прибора при измерении составят:

ЕСЩ = л1(х.-хш)2+(уА-уи,)Г (6)

Вычиляем последовательно значения ЕСЯ для всех точек контура измеряемой поверхности. Тогда измеренная величина биения поверхности составит:

ЕС Я = ЕСКГ" - ЕСЯГ". (7)

• Вычисление параметров траектории формообразующего движения инструмента.

Процедура вычислений аналогична вычислению значений биения. Задаем отрезок Ьрез, с угловым положением а^ = а, - л /2 - /ор /2.

Lpe3 = ECR mm + К ■ (ECR max - ECR min ), (8)

К = Lcpej / AECR. (9)

Для проверки съема припуска сравниваем значения их радиус-векторов и всем точкам контура поверхности присваиваем наименьшее их значение. Если /?**■!) > Rm, то съем припуска в данной точке не произошел и значение радиуса в этой точке остается прежним - R„.,. Если К„(,+1) < Я,.„ то присваивается новое

значение, т.е. - Än(,+i).

• Формирование матрицы значений радиусов обработанной поверхности.

Во второй главе, используя зависимость, описанную в работе Хватова Б.Н. получены номограммы (рис. 7) для определения различной величины получаемой шероховатости от зернистости абразивной ленты, твердости контактного ролика и скорости вращения для различных типоразмеров восстанавливаемых поверхностей качения бандажей и опорных роликов.

а)

б)

Рис. 7. Номограммы режима ленточного шлифования для достижения шероховатости поверхности: а) Ra = 6,3 мкм\ б) Ra=\2,5 мкм.

Третья глава посвящена разработке программ для моделирования процесса восстановления поверхностей опор качения на ЭВМ. Вычислительная модель была реализована для всех предложенных видов обработки на программном языке математического моделирования МаНаЪ (свидетельства о гос. регистрации программ №2012614705, №2012661229 и №2012661230). Программы имеют модульную структуру, что позволяет использовать одни и те же подпрограммы в разных программах. В процессе работы программы на консоли МаНаЪ отображаются параметры последнего выполненного цикла обработки, коэффициента уменьшения погрешности, измеренного и реального биения поверхности. Предусматривается возможность включить анимацию процесса формирования поверхности, установив значение переменной аттК = 1. Анимация позволяет наглядно проследить движение характерных точек в процессе формирования поверхности, выявить недостатки в работе программы, а так же в демонстрационных целях. В процессе работы программ происходит перебор варьируемых параметров. Чтобы использовать другие параметры для перебора, достаточно поменять названия переменных в теле основного цикла перебора и изменить диапазон перебора переменных. В конце работы программы возможно отображение графиков, показы-

вающих изменения реального биения в зависимости от коэффициента глубины резания, а так же графики соответствия измеренного и реального биения поверхности, в зависимости от варьируемых параметров. Для проверки адекватности вычислительных моделей и программ было проведено физическое моделирование. Экспериментальная установка (рис. 8) содержит вал 1 с фланцем, на который устанавливают сменное кольцо, имитирующее бандаж. В резцедержатель станка установлена подпружиненная каретка 3 с роликами 4 и тремя резцедержателями 5 для установки обрабатывающего инструмента. Для измерения биения поверхности качения в каретку 3 могут быть установлены индикаторные головки, что позволит выполнить измерение биения по бесцентровой схеме. Возможно измерение биения поверхности качения также и при стабильной оси вращения. Для вращения обрабатываемого изделия используют привод главного движения станка, а для продольной подачи режущего инструмента — привод продольной подачи станка. Необходимая глубина резания задается осевым перемещением инструмента. Перед обработкой вначале измеряем биение исходной поверхности. После выполнения очередного рабочего хода также осуществляем измерение биения полученной обработанной поверхности. Результаты моделирования представлены на рис. 8. На основании анализа полученных результатов установлено, что результаты физического и компьютерного моделирования отличаются не более чем на 20%. Поэтому можно считать, что вычислительные модели и программы для компьютерного моделирования адекватно описывают процесс формирования поверхностей качения бандажей при их восстановительной обработке. С целью определения оптимальных схем и режимов восстановления формы поверхностей качения бандажей, осуществлялось компьютерное моделирование. Исследование проводилось для бандажей с диаметром поверхности качения 6100 мм.

Ноделнробонце Обработка

номер рабочего мода

Рис. 8. Изменение биения поверхности качения бандажа при моделировании Величина исходной погрешности принималась равной АЯ - 3 мм. Количество рабочих ходов можно изменять в пределах от 1 до 100.

В качестве целевой функции выбран коэффициент исправления формы - отношение биения поверхности после выполнения нескольких рабочих ходов к исходному биению поверхности, т.е.

Киф^ЕСЯ„1ЕСЯй. (10)

Основной целью моделирования явилось построение диаграмм изменения коэффициента исправления формы в зависимости от варьируемых параметров процесса восстановления. Для моделирования процесса восстановления самоуста-

навливающимся суппортом с роликами - коэффициент глубины резания К от 0,01 до 0,1 с шагом 0,01 ;межосевой размер шарниров траверсы L от 350 до 2300, с шагом 50 мм межосевой размер роликов опор Lon\ = Lon2 от 110 до 1250, с шагом 30 мм. Для моделирования процесса восстановления самоустанавливающимся суппортом с плоскими опорами - коэффициент глубины резания К от 0,01 до 0,1 с шагом 0,01;угол между плоскими опорами fop от 100° до 150°, с шагом 0,8°. На рис.9 представлены диаграммы, иллюстрирующие зависимость коэффициента исправления формы при моделировании процесса восстановления поверхности качения бандажа с исходной формой поверхности - 8 гармоник.

Рис. 9. Диаграмма зависимости коэффициента исправления формы и график биения поверхности Аналогичные диаграммы получены для случаев с другими вариантами исходной формы поверхности и другими варьируемыми параметрами для применения самоустанавливающегося суппорта с роликовыми и плоскими опорами.

Диаграммы удобны для практического определения оптимальных геометрических параметров технологической системы и технологических режимов восстановления.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию точности при восстановлении формы поверхностей качения бандажей по трем различным схемам с использованием самоустанавливающегося суппорта и без его использования. На рис. 10 представлены графики изменения величины биения поверхностей, полученные при моделировании и при экспериментальной обработке. Анализ полученных результатов подтверждает адекватность разработанных моделей и возможность их применения для прогнозирования процесса восстановления формы поверхностей качения и поиска его оптимальных параметров. На основании анализа статистических данных по наработке бандажей и роликов на отказ, определена необходимая периодичность восстановления формы поверхностей качения. С использованием последовательного симплексного метода проведена оптимизации геометрических и технологических параметров системы для восстановления формы поверхностей качения. Разработаны методика и алгоритм восстановления поверхностей качения опор вращающихся печей. Глава 4 также содержит обзор оборудования и средств технологического оснащения, необходимых для реализации процесса восстановления формы поверхностей опор качения вращающихся печей. Представлено оборудование, необходимое для восстановления поверхностей качения: универсальный встраиваемый станок с устройством

для стабилизации жесткости (патент на полезную модель №110668), самоустанавливающимся суппортом со шлифовальной головкой (патент на полезную модель №97934).

¿¡езбтигяя вёра^яки £ I суяяораом

ёа&кш ЛГ?

3

г>~

15"

Г

Г "Г" Г |

_____I_____;........

I 1.............Г.........' """^ййи.^'.....

_________[_..........!_______Тз

[______!_.._.....1_______1___ ............

Обработка

23156789 10 номер рабочего мОа

Ш/гифоОвиие без сатусвтяф/шбашегса щпауте банйащ

т$

0.5

3

2,5 г

'.5 !

».5 0

¡¡"О®3 1 Цсг ---

,—41

-Ж- ОбряЯтня

?ЗЬ567в9 10 номер рабочего ярд в

Штфа&тт с суптрюз»

£ая$аж №3

: !

1

" Обр&воюха

номер рабочего хода

Рис.10. Изменение биения поверхностей качения бандажей при восстановлении формы Разработанный процесс и оборудование внедрены совместно с ООО «Цем-Сервис» на ряде предприятий; ЗАО «Белгородсий цемент», ООО «Балаковские минеральные удобрения», ОАО «Мелеузовекие минеральные удобрения» и др. Приведенные акт использования результатов исследования и экономические расчеты показывают реальную экономическую эффективность диссертационной работы.

Экономический эффект от внедрения обусловлен продлением срока службы бандажей и роликов, увеличением коэффициента экстенсивного использования печи и составляет 700352,3 руб. Результаты работы используются в учебном процессе БГТУ им. В.Г. Шухова. Они отражены в рабочих программах и учебно-методической литературе.

Основные результаты работы и выводы: 1. На основе анализа состояния и направлений развития техники и технологии восстановления формы опор качения вращающихся печей установлено, что при-

менение мобильного оборудования позволяет осуществлять процесс непосредственно на работающей печи, что обеспечивает максимальную его эффективность. Разработан способ бесцентровой ленточно-абразивной обработки поверхностей опор качения вращающихся печей, позволяющий восстанавливать нормативную точность и продлевающий ресурс их работы. Способ реализуется с помощью комплекта мобильного оборудования, на который получены патенты №97954, №110668, №118235, №118236, №119272 и №125499 (ГШ). Это оборудование позволяет осуществлять процесс обработки с уменьшением время выполнения рабочих ходов и снижением влияния размерного ¡сноса на точность формируемых поверхностей.

2. На основе конечно-элементного аналнза установлено, что деформации бандажей в зонах возможной установки мобильного оборудования существенного влияния на процесс формирования поверхностей качения не оказывают, т.к. возможные изменения сил, действующих на опору в пределах 30%, к существенным дополнительным деформациям не приводят. Также установлено, что при восстановлении формы поверхностей качения бандажей по бесцентровой схеме на точность формируемых поверхностей существенное влияние оказывает погрешность, связанная со схемой обработки - Дю-

3. Установлен механизм формирования поверхностей опор качения при их ленточно-абразивной обработке и представлено его математическое описание (вычислительная модель), что позволяет разработать программы для моделирования процесса ленточно-абразивной обработки на ЭВМ. Разработаны и зарегистрированы программы №2012614705, №2012661229 и № 2012661230, позволяющие осуществлять предварительное компьютерное моделирование процесса обработки поверхностей и определять рациональные режимы для восстановления их формы с заданной точностью.

4. Исследовано влияние зернистости абразивной ленты в диапазоне

- 18-10 2 ... 80-10"2 мм, и скорости сращения для различных типоразмеров восстанавливаемых поверхностей опор качения вращающихся печей у„= 11,62 ... 26,53 м/мин на шероховатость получаемых поверхностей и на необходимую твердость контактного ролика. Получены номограммы режима ленточного шлифования для достижения шероховатости поверхностей качения в диапазоне Яа<5 мкм ... Яа < 25 мкм при различных варьируемых параметрах.

5. Исследовано влияние геометрических и технологических параметров на процесс формирования поверхностей при бесцентровом ленточно-абразивном способе их обработки с использованием самоустанавливающегося суппорта. Компьютерным моделированием получены диаграммы зависимости коэффициента исправления формы от варьируемых параметров. Установлено, что при использовании схемы обработки с самоустанавливающимся суппортом с опорными роликами, рациональными геометрическими п технологическими параметрами являются: глубина резания / = (0,06...0,1) ЕСЛ; межосевой размер траверсы -Ь = 1300...1500 мм; межосевой размер роликовых блоков м - 150...300 мм; 500...600; 900...1000 мм. При использовании плоских опор - глубина резания г = (0 08. .0,1) ЕСЯ и угол развала опор траверсы/„„ = 120...130°.

6. Установлено, что для восстановления формы поверхностей качения банда-

жей рациональной является схема с использованием самоустанавливающегося суппорта с роликовыми опорами. Последовательным симплексным методом определены необходимый межосевой размер роликов - 1300 мм и величина снимаемого за один проход припуска - 0,1 ECR.

7. Разработана технология обработки поверхностей опор качения вращающихся печей ленточно-абразивным методом с использованием мобильного оборудования. Представлены результаты экспериментальной обработки поверхностей ленточно-абразивным методом, которые подтверждают возможность и целесообразность предлагаемого метода для восстановления формы поверхностей опор качения на работающих вращающихся печах. Точность формы поверхностей качения бандажей диаметром 6100 мм обеспечивается бесцентровой ленточ-но-абразивной обработкой в пределах XII степени точности с шероховатостью Ra 12,5 мкм, что соответствует нормативным требованиям.

8. Осуществлено промышленное внедрение процесса восстановления формы опор качения вращающихся печей совместно с ООО «ЦемСервис» в условиях ЗАО «Белгородский цемент», ООО «Балаковские минеральные удобрения», ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения». Доказано, что применение ленточно-абразивного способа обработки при восстановлении формы опор качения вращающихся печей позволяет повысить срок их службы в 1,6 раза, сократить ремонтные простои вращающихся печей и увеличить объем выпуска продукции на 7%.

Основные публикации по теме диссертации Статьи в научных изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК

1. Мурыгина, Л.В. Моделирование чистовой обработки базовых поверхностей опор технологических барабанов / Л.В. Мурыгнна, И.В. Шрубченко // Технология машиностроения. -2011. - №9. — С.57-60.

2. Мурыгина, Л.В. Математическая модель для оптимизации ленточно-абразивной обработки базовых поверхностей опор технологических барабанов / JI.B. Мурыгина, И.В. Шрубченко // СТИН. - 2012. - №3. - С.31 -34.

3. Шрубченко, И.В. Некоторые особенности реконструкции бандажей вращающихся технологических барабанов с использованием мобильных технологий / И.В. Шрубченко,

A.С.Черняев, Л.В. Мурыгина // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. - 2012. - №4. - С. 96 - 99.

4. Шрубченко, И.В. К исследованию режимов ленточного шлифования поверхностей качения бандажей и роликов технологических барабанов / И.В. Шрубченко, В.Ю.Рыбалко, Л.В. Мурыгина, Н.А.Щетинин // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. - 2013. - №3. - С. 77 - 81.

Статьи в материалах международных научных конференций

5. Мурыгина, Л.В. Методика определения периодичности обработки поверхностей качения опор технологических барабанов / Л.В. Мурыгина, H.A. Почепцов, А.Ю. Гусинская, И.В. Шрубченко // Наука и молодежь в начале нового столетия: сб. докл. Международной науч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых, Губкин, 2010г. / Губкин, филиал БГТУ им.

B.Г Шухова.-Губкин: Изд-во ИП Уваров В.М., 2010.-С.85-89.

6. Мурыгина, Л.В. Моделирование бесцентровой обработки крупногабаритных изделий / Л.В. Мурыгина, H.A. Почепцов, C.B. Федюшин, И.В. Шрубченко // Наука и молодежь в начале нового столетия: сб. докл. Международной науч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых, Губкин, 2010г. / Губкин, филиал БГТУ им. В.Г Шухова.-Губкин: Изд-во ИП Уваров В.М., 2010.-С.89 - 93.

7. Почепцов, H.A. Алгоритм вычисления при измерении формы поверхностей крупногаба-

ритных изделий с бесцентровой схемой базирования / H.A. Почепцов, Л.В. Мурыгина, A.B. Соколов И В Шрубченко // Наука и молодежь в начале нового столетия: сб. докл. Международной иауч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых, Губкин, 2010г. / Губкин, филиал БГТУ им. В.Г Шухова.-Губкин: Изд-во ИП Уваров В.М., 2010.-С.122 - 126.

8 Почепцов H.A. Обоснование технологических возможностей универсального встраиваемого станка / H.A. Почепцов, Л.В. Мурыгина, A.C. Степкин, И.В. Шрубченко // Наука н молодежь в начале нового столетия: сб. докл. Международной науч.-практ. конф. студ., ас-пир. и молодых ученых, Губкин, 2010г. / Губкин, филиал БГТУ им. В.Г Шухова. - Губкин: Изд-во ИП Уваров В.М., 2010. - С.126 - 129.

9 Мурыгина Л.В Выбор и обоснование схемы обработки поверхностей опор крупногабаритных технологических барабанов / Л.В. Мурыгина, Черняев A.C., В.Ю. Рыбалко, И.В. Шрубченко // Молодежь и научно-технический прогресс: сб. докл. Международной науч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых, Губкин, 2011г. / Губкин, филиал БГТУ им. В Г Шухова. - Губкин: Изд-во ООО «Айкью», 2011. - ч. 1. - С. 137-141.

10 Мурыгина, Л.В. Оптимизация режимов при моделировании обработки поверхностей качения бандажей динамическим самоустанавливающимся суппортом с плоскими опорами / Л В. Мурыгина, Черняев A.C., В.Ю. Рыбалко, И.В. Шрубченко // Молодежь и научно-технический прогресс: сб. докл. Международной иауч.-практ. конф. студ., аспир. к молодых ученых, Губкин, 2011г. / Губкин, филиал БГТУ им. В.Г Шухова. - Губкин: Изд-во ООО «Айкью», 2011. - ч. 1. - С.141-145.

11. Мурыгина. Л.В. К определению оптимальных режимов бесцентровой ленточно-абразивной обработки крупногабаритных бандажей / Л.В. Мурыгина, Черняев A.C., В.Ю. Рыбалко, И.В. Шрубченко // Молодежь и научно-технический прогресс: сб. докл. Международной науч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых, Губкин, 2011г. / Губкин, филиал БГТУ им. В.Г Шухова. - Губкин: Изд-во ООО «Айкыо», 2011. - ч. I. - С.149-153. 12 Мурыгина, Л.В. Изменение формы бандажа и ее влияние на результаты обработки поверхностей / Л.В. Мурыгина, В.Ю. Рыбалко, A.C. Черняев, И.В. Шрубченко // Электронный ресурс. Международная науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2011.

13. Мурыгина, Л.В. Анализ результатов моделирования обработки поверхностей качения бандажей динамическим самоустанавливающимся суппортом / Л.В. Мурыгина, В.Ю. Рыбалко, A.C. Черняев, И.В. Шрубченко // Электронный ресурс. Международная науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. ВТ. Шухова, Белгород, 2011.

Статьи в других изданиях

14. Мурыгина, Л.В. Определение оптимальных режимов бесцентровой обработки крупногабаритных изделий математическим моделированием I Л.В. Мурыгина, A.C. Черняев, В.Ю. Рыбалко, И.В. Шрубченко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сборн. ст. / Белгор. гос. технол. ун-т. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2011.-Вып. 10.-С. 196-201.

15. Черняев, A.C. Анализ наработки на отказ бандажей и роликов опор технологических барабанов для определения периодичности их обработки / A.C. Черняев, Л.В. Мурыгина, В.Ю. Рыбалко, И.В. Шрубченко // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сборн. ст. / Белгор. гос. технол. ун-т. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2011. - Вып. 10. - С.335-360.

Патенты на полезную модель

16. Пат. 97954 Российская Федерация, МПК7 В 23 В 5/00. Станок для обработки бандажей/ Мурыгина Л В., Шрубченко И.В., Архипова H.A.; заявитель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - № 2010119624 / 02; заявл. 17.05.2010; опубл. 27.09.2010, Бюл. №27 - Зс.

17. Пат. 110668 Российская Федерация, МПК7 В 23 В 5/00. Станок для обработки бандажей и опорных роликов / Мурыгина Л.В., Шрубченко И.В., Архипова H.A., Рыбалко В.Ю.; зая-

внтель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. — № 2011123994 / 02; заявл. 14.06.2011; опубл. 27.11.2011, Бюл. №33 - Зс.

18. Пат. №118235, Российская Федерация, МПК7 В 23 В 5/00. Станок для обработки бандажей и опорных роликов / Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Рыбалко В.Ю., Черняев А.С.; заявитель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. —№2011151348, заявл. 15. ¡2.2011; опубл. 20.07.2012, бюл. № 20 - Зс.

19. Пат. №118236, Российская Федерация, МПК' В 23 В 5/00. Станок для обработки бандажей и опорных роликов / Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Рыбалко В.Ю.; заявитель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - №2012109024, заявл. 11.03.2012; опубл. 20.07.2012, б:ол. № 20- 2с.

20. Пат. №119272, Российская Федерация, МПК7 В 23 В 5/32. Станок для обработки бандажей и опорных роликов / Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Рыбалко В.Ю.; заявитель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - №2011154639, заявл. 30.12.2011; опубл. 20.03.2012, бюл. № 23 - 2с.

21. Пат. 125499 Российская Федерация, МПК7 В 23 В 5/00. Станок для обработки бандажей / Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Рыбалко В.Ю.; заявитель и патентообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - № 2012121121 / 02; заявл. 22.05.2012; опубл. 10.03.2013, Бюл. №7 - 2с.

Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012614705. Программа для моделирования обработки бандажа универсальным встраиваемым станком модели УВС-01 с установленным на нем динамическим самоустанавливающнмся суппортом с двумя роликами /И.В. Шрубченко, Л.В.Мурыгина, В.Ю.Рыбалко, А.С.Черняев; заявитель и правообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - № 2012610854; дата поступл. 13.02.2012; зарегистр. в Реестре прогр. для ЭВМ 25.05.2012.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012661229. Программа для моделирования обработки бандажа универсальным встраиваемым станком модели УВС-01 с установленным на нем динамическим самоустанапливающпмся суппортом с роликовыми блоками /И.В. Шрубченко, Л.В.Мурыгина, В.Ю.Рыбалко, А.С.Черняев; заявитель и правообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. — № 2012619158; дата поступл. 25.10.2012; зарегистр. в Реестре прогр. для ЭВМ 11.12.2012.

24. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012661230. Программа дня моделирования обработки бандажа универсальным встраиваемым станком модели УВС-01 с установленным на нем динамическим самоустанавливающимся суппортом с плоскими опорами /И.В. Шрубченко, Л.В.Мурыгина, В.Ю.Рыбалко, А.С.Черняев; заявитель и правообладатель: Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - №2012619159; дата поступл. 13.02.2012; зарегистр. в Реестре прогр. для ЭВМ 25.05.2012.

Условные обозначения Ауа- погрешность, связанная с упругими деформациями бандажа, мм; Дсо. - погрешность, связанная со схемой обработай, мм; /?„ - номинальное значение радиуса задаваемой поверхности, мм; АЯ — величина задаваемой погрешности, мм;

/ = 1, 2,..., 360 //- число точек, формирующих контур задаваемой поверхности, шт; х,, у/:х2, у2;...х„ у, — координаты точек контура поверхности, мм; й,, К2,... Я, — значение радиусов точек контура поверхности, мм; /л/л-/-угловые положения точек контура поверхности, рад;

а, 2.а2 з, ...а,./, - угловое положение линий, соединяющих соседние точки контура поверхности, рад;

Яро — радиус роликов самоустанавливающегося суппорта, мм; Уек1:ХеК2, Ус,¡2:--Уе.;/ - координаты точек эквидисганты, мм;

Rni. Лил- Л„о- радиусы точек эквиднстанты, мм; / f > fe t — угловые положения точек эквиднстанты, рад;

xj. у"— координаты точек поверхности, не контактирующих с опорами самоустанавливаю-шегося суппорта, мм;

RtRt- значение радиусов точек поверхности, не контактирующих с опорами самоустанавливаюшегося суппорта, мм;

R(f) - радиус точки расположенной между точками поверхности, не контактирующими с опорами самоустанавливаюшегося суппорта, мм;

а, а} - угловые положения опор самоустанавливаюшегося суппорта, рад; fJp¡.fop2 ~ угол между опорами при последнем условии перебора и после прекращения перебора, соответственно, рад;

Д - точность, с которой необходимо определить положение второй опоры самоустанавливаюшегося суппорта или положение щупа измерителя;

У m ~ координаты шарнира траверсы самоустанавливаюшегося суппорта, мм; й~ -"значение радиуса положения точек шарнира траверсы самоустанавливаюшегося суппорта, мм;

fm _ угловое положение точек шарнира траверсы самоустанавливаюшегося суппорта, рад; f4 - угол между плоскостью опоры и измерителем, рад;

fu. /« - значения угола между плоскостью опоры и измерителем при его последовательном увеличении с заданным шагом, рад;

ECRj - показания прибора при измерении поверхности, мм;

ECRjECRj"*" - максимальное и минимальное значения биения поверхности, мм;

Lpa - вылет обрабатывающего инструмента, мм;

Яра - угловое положение обрабатывающего инструмента, рад;

К- коэффициент глубины резания;

Lepa - задаваемая глубина резания, мм;

AECR- величина измеренного биения, мм;

Л*, . R»e+i) - значение радиусов точек сформированной в результате восстановления поверхности, мм;

Ra - параметр шероховатости формируемой поверхности, мкм; d , - диаметр зерна абразива ленты, 10' мм; Hs - твердость поверхности контактного ролика, °А по Шору; V. -скорость вращения обрабатываемого изделия, м/мин; Кт - коэффициент исправления фор«ы;

ECR„ - биение поверхности после выполнения рабочих ходов, мм; ECR- - исходное биение поверхности, мм;

Lonh Lm3 _ межосевой размер роликов в блоке опор самоустанавливающегося суппорта, мм; L - межосевой размер шарниров траверсы, мм;

/„р- угол между плоскими опорами самоустанавливающегося суппорта, рад;

Подписано в печать 19.09.2013. Формат 60 х 84/16. Усл. печ. л. - 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № 228

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г.Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46