автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологических средств автоматизированной равальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА КОРАБЛЕСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

ДАНИЛИН

Владимир Яковлевич

На правах рукописи

УДК 621.979:62—229.61(088.8)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ РАЗВАЛЬЦОВКИ ТРУБ В ТРУБНЫХ РЕШЕТКАХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

05.02.08 — технология машиностроения 05.13.07 — автоматизация технологических процессов и производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

>

Работа выполнена во Всесоюзном 'научно-исследовательском и про-ектно-технологнческом институте химического и нефтяного аппарато-строения (ВНИИПТхимнефтеаппаратуры).

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

ЧЕРНЕНКО В. И.; кандидат технических наук, доцент

КРИСТАЛЬ М. Г.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор СЕМЕНОВ Е. И.; кандидат технических наук ^

ОРЕХОВ А. В.

Ведущее предприятие — ПО «Балтийский завод».

Защита состоится 1991 г. иа заседании

специализированного совета К053.23.01 в Ленинградском кораблестроительном институте по адресу: 190008, Ленинград, ул. Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛКИ.

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан «¡т&ъ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук, доцент О. Ю. ФАСОЛЬКО

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Создание современного теплообменного оборудования с более высокими показателями надежности — одна из основных задач современного судового, энергетического и химического машиностроения. В значительной мере надежность теплообменнике оборудования зависит от качества крепления труб в трубных решетках (ТР). По проблеме повышения качества вальцованных соединений (ВС) выполнен больной объем исследований, в хоторнх отмечается необходимость автоматизации процесса развальцовки труб. Применение рустого труда вальцовщика приводит к таким технологическим опкбказл как пропуски неразвалыдовакнах труб, развальцовка не на вев длину вальцовочного пояса, некачественная развальцовка, отключение подачи охлаядающей смеси. Для устранения этих ояибок требу- . ются значительные затраты времени.

Для уменьшения влияния на качество ВС перечисленных факторов и повышения производительности развальцовки теплообмени ого оборудования необходимо исключить ручной труд из технологического процесса развальцовки.

В настоящее время при развальцовке труб в теплообменннх аппаратах (ТА) обычно используются ручные развальцовочные установки, в которых автоматизирована привод и контроль операции развальцовки. Для полной автоматизации процесса разваль-цоеки требуется автоматизация ввода вальцовки в трубы ТР путем создания вальцовочного робота на базе универсального проьгляленного робота (ПР). йз-за сложности обеспечения требуемых технологических условий в сложившемся производстве ТА недостаточно применяются автоматические установки, выпускаемые иностранными-фирмами.

Опыт применения ПР, позиционирующих схват по яееткии программам, свидетельствует, что их использование наиболее просто решает проблему автоматизации ввода вальцовки в труби. Однако, производительность таких ПР ниже производительности ручной развальцовка из-за низкой точности попадания вальцовки в трубы и большой трудоемкости взаимной ориентации. Для повышения производительности автоматического ввода вальцовки в трубы при помогу ПР необходимы специальные тех-

нологические решения. В вальцовочном роботе используются существующие технологические средства автоматизации развальцовки, но при этом практически отсутствуют исследования и разработки технологических средств по автоматическому вводу вальцовки в трубы, которые создают предпосылки исключения ручных операций при развальцовке и обеспечивают повышение производительности и качества развальцовки ТА. Поэтому проблема исследования и разработки технологических средств автоматизации развальцовки с применением ПР является актуальной.

Цель работы. Повышение производительности и обеспечение требуемого качества развальцовки ТА за счет создания технологических средств автоматизации развальцовки труб на базе применения универсальных ПР.

Поставленная цель достигается решение^ следующих задач:

1. Разработка системы автоматического ввода вальцовки по единой унифицированной программе"(ЕУП).

2. Разработка способа автоматизированного определения технологических параметров взаимной ориентации.

3. Исследование влияния погрешностей размерных параметров ВС, взаимной ориентации и позиционирования вальцовки на вероятность ввода вальцовки в трубы при помощи ПР.

4. Разработка средств очувствления развальцовочного инструмента.

5. Исследование влияния смещения осей вальцовки и трубы на точность контроля развальцовки.

6. Разработка и реализация на практике система автоматического ввода вальцовки в трубы ТР при помочи ПР.

Методы исследования. При выполнении работы использованы численные методы, методы теории детерминированных и вероятностных расчетов, методы экспериментальных исследований натурных моделей ВС и робототехнических средств. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена на основе многофакторного анализа с использованием современных регистрирующих и вычислительных, средств. Моделирование точности взаимной ориентации ПР и ТА выполнено методом корреляционного анализа. Для определения достоверности ввода вальцовки в трубы ТР ТА привлекались элементы теории автоматической сборки соединений типа вал-втулка.

Научная новизна результатов. Разработан метод позиционирования вальцовки по ЕУП, построенный на применении мате-

иатической модели номинальной трубной разетки (НТР), определяющей расчетные координаты расположения труб в ТР, к контроле наличия в них труб при помощи средств ответвления вальцовки.

Установлена зависимость вероятности ввода вальцовки в трубы от погрешностей геометрически параметров элементов ВС, взаимной ориентации и позиционирования вальцовки, 'позволяющая определясь их допустимые значения на стадии лроектных разработок.

Разработана методика автоматизированного определения технологических параметров взаимной ориентации при попон?! датчиков положит звеньев робота путем измерения коордкнат двух груб, расположенных в одном ряду ТР, сокращающая время взаимной ориентации по срашенкэ с существующими способам!.

Практическая ценность работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны:

- система автоматического позиционирования вальцовки по ЕУП, не зависящей от специфических особенностей геометрии ТР;

- новый способ автоматизированного определения технологических параметров взаимной■ориентации ПР и ТА, путем измерения при помощи датчиков полокения звеньев робота координат двух труб, расположенных в одном ряду ТР;

- средства очувствления вальцовки в виде датчиков касания и положения вальцовки;

- развальцовочная головка с управлением от развальцо-вочной установки модели МЭР-3;

- датчик крутящего момента для градуировки разваяьцо-вочной головки.

Разработанные технологические средства обеспечили возможность скошоновать на базе универсального ПР модели РБ 231Т вальцочный робот для развальцовки труб в ТР.

Кроме того получены зависимости, определяющие вероятность ввода вальцовки в трубы ТР и позволяющие установить допустимые значения погрешностей размерных параметров труб, ТР, взаимной ориентации ПР и ТА. на стадии проектных работ.

Результаты работы использованы в рабочих проектах роботизированной развальцовки. Экономический эффект от внедрения робота на Коростенском машиностроительном заводе составил 216,7 тыс.рублей.

Апробация работы» Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуядались на Всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях: "Молодые исследователи к конструкторы - химическому и нефтяному машиностроению" (г.Дзержинск, 1977); "Пути расширения применения автоматических манипуляторов (ПР) в химической и нефтяном . машиностроении" (г.Москва, ВДНХ СССР, 1932); "Повышение эффективности и качества сборочно-сварочных работ в химическом и нефтянок машиностроении" (Волгоград, 1989); "Проблемы

проектирования, изготовления и эксплуатации судового тепло-обменного оборудования" (г.Севастополь, 1989); "Проблемы автоматизации гибкого автоматизированного производства" (Волгоград, 1939); "Исследование и разработка технологических средств автоматизации развальцовки труб с применении промышленных роботов" (Ленинград, 1991); научно-технических конференциях ЛКИ (1986-1991 гг.); секции технологии судового машиностроения Научно-технического общества гаьакадАНЛСрк-лова (Ленинград, 1989); Коростенском машиностроительном заводе (196&-1989 гг,).

Публикации. Основное содержание работы излоиено в

4 статьях, 5 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 8 отчетах по НИР. По результатам работы получено

5 авторских свидетельств.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 107 наименований и вклачает в себя 119 страниц текста, 38 рисунков и таблицы.

Автор защищает. Технологические решения автоматического ввода вальцовки в трубы ГА при помощи ПР, в частности; I) новый способ позиционирования вальцовки по ЕУП, не зависящей от нерегулярностей расположения отверстий в ТР; 2) математическую модель НГР; 3) новый способ взаимной ориентации ПР и ТА по .двум трубам, расположенным в одном ряду ТР; 4) результаты теоретического и экспериментального исследований погрешностей предложенного метода взаимной ориентации; 5) математические зависимости, определяющие расчетные координаты труб в ТР ТА; б) средства очувствления вальцовки в виде датчика касания и результаты их экспериментальной проверки; 7) результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния конструкционно-технологических факторов ВС, погреш-

ностей взаимной ориентации и позиционирования вальцовки на вероятность автоматического ввода вальцовки в трубы при помощи ПР; 8) результаты экспериментальной проверен влияния смещения осей вальцовки я трубы на точность контроля развальцовки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертации в связи с проблемами обеспечения качества к производительности развальцовки труб ТА, показана научная новизна работы и ее практическая ценность.

В первой главе приведен анализ литературных источников по современному состоянии вопроса автоматизации развальцовки. Обоснована цель и сформулированы задачи исследования.

Дан анализ конструкционно-технологических особенностей ТР ТА и условий автоматического ввода вальцовки в трубы. Показано, что в результате погрешностей размерных параметров ВС, взаимной ориентации, позиционирования вальцовки при помощи ПР и нерегулярностей расположения отверстий в ТР в виде краевой нерегулярности расположения их в рядах и отсутствия отдельных отверстий и рядов отверстий ухудшаются условия автоматического ввода вальцовки в трубы, приводящие к уменьшению вероятности ввода вальцовки в трубы, а следовательно и к снижению производительности развальцовки. Установлено, что однЪЙ из основных причин, ведущих к появление технологических ошибок при производстве ТА, является присутствие субъективного фактора в технологическом процессе развальцовки. Исключение этих технологических ошибок, обычно, выявляемых при заводских испытаниях, требует дополнительного времени, которое снижает производительность производства ТА. Анализ существующих технологических средств автоматизации развальцовки свидетельствует, что ручной труд в основном используется при вводе вальцовки в трубы.

Показано, что при автоматизации ввода вальцовки в трубы, требуется операция взаимной ориентации робота и ТА, во время

выполнения которой развальцовка труФ не производится, что снижает производительность развальцовки.

Установлено, что при мелкосерийном и многономенклатурном производстве ГА, которое превалирует в судовом, энергетическом и химическом машиностроении, с уменьшением их серийности до двух-трех - уменьшается эффективность применения ПР, работающих по принципу воспроизведения жестких программ, так как снижается производительность из-за потерь времени на частое программирование с последующим повторением без развальцовки записанной последовательности позиционирования вальцовки.

Вопросам повышения производительности и обеспечения требуемого качества развальцовки ТА за счет создания технологических средств, в том числе автоматизации развальцовки посвящены работы В.М.Брифа, Л.М.Брифа, П.А.Дорошенко, В.В.Ко-зуба, Б.Я.Мазуровскогс, П.А.Манько, А.Я.Матяша, Г.ГиТкачен-ко, В.И.Черненко и др. За рубежом этой проблемой занимаются такие фирмы, как: kieserliug (ФРГ), kcttckaus ur.a busch (ФРГ), БЫШ (ФРГ), MUS (Италия), 3HESSEH (США).

Анализ технологических средств автоматизации развальцовки и экспериментальных исследований в области автоматизации развалырлки свидетельствует, что недостаточно изучен вопрос о влиянии конструкционно-технологических особенностей изготовления ВС ТА, погрешностей взаимной ориентации и позиционирования вальцовки при помощи ПР на вероятность автоматического ввода вальцовки в трубы. Почти полностью отсутствует информация об автоматизвции взаимной ориентации и формирования координат ТР. '

Вместе с тем, имеется много работ, посвященных повышению вероятности автоматической сборки цилиндрических соединений с гарантированным зазором, близкой к автоматическому вводу вальцовки в трубы по конструкции и условиям сборки. Воспользоваться этими рекомендациями для разработки технологических средств автоматического ввода вальцовки в трубы при помощи ПР можно только после дополнительных исследований.

Для обоснованного выбора конструкционно-технологических параметров автоматизации процесса развальцовки, точности взаимной ориентации и позиционирования вальцовки.,. которые обеспечивают оптимальную вероятность автоматического ввода

вальцовки в трубы,для повышения производительности развальцовки и для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо разработать технологические средства автоматизации развальцовки и на базе ПР создать вальцовочный робот, а также провести его экспериментальные исследования.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям условий автоматического ввода вальцовки в трубы при помощи ПР. Для обслуживания организованной среды, в виде ТР с установленными в ней трубами, предложено. позиционировать вальцовку по ЕУП, не зависящей от.специфических особенностей геометрии ТР, а наличие труб в вычисленных координатах определять при помощи средств очувствления вальцовки. Ядром унифицированной программы является математическая модель расположения отверстий в НТР. Здесь и далее под НТР понимается ТР без пропусков рядов и отверстий в рядах и без ограничения длины их в ТР. геометрические параметры которой соответствуют номинальным значениям. Система координат математической модели расположения отверстий в НТР выбирается из условия простоты модели и возможности вычисления по ней координат, не требующих дополнительных преобразований при. позиционировании валымвки с помощью ПР. Выбор характерной точки, принимаемой за начало системы координат НТР, производится с учетом возможности простого и однозначного определения ее на реальных трубных решетках (РТР). Система координат в этом случае располагается так. что трубные отверстия.находятся в I и 4 кзадеантах, ось абсцисс при этом направляем вдоль осей трубных отверстий, расположенных ъ одном ряду, . , наиболее близком к середине ТР, а начало координат устанавливаем в точке, совпадающей с осью крайнего левого отверстия этого ряда. Дли ТР, в которых отверстия, расположены по вершинам равностороннего треугольника, координаты осей отверстий определяются следукк-чими выражениями

♦ ; (I)

(г)

гл.е 1 ^ 1,2,3...; п- номер отверстия в ряду ТР при счете слева направо; 0,1,2...+- т - номер ряда отверстий при счете вверх (<-) или пи из от оси абсцисс; ссч- номичаль-

нов значение шага расположения отверстий в ТР; ун=хнзт60-расстояние между соседними рядами отверстий в ТР.

Расположение первого трубного отверстия в текущем ряду Й? отличается от расположения первого отверстия в НТР (рис.1). Для сохранения принятого порядка задания координат

РисЛ. Определение расчетных координат отверстий в TP

отверстий в TFT в уравнение (I) вводится номер вари-

анта краевой нерегулярности расположения отверстий в ряду (целое число)

x^^osHUj.l/Z + i-l+Kj). (3)

По зависимостям (2) и (3) определяются расчетные координаты осей возможного расположения отверстий в РТР.

Из анализа конструкционно-технологических особенностей РТР ТА с медными трубами, изготавливаема на Коростенсхом машиностроительном заводе установлено, что значение коэффициента к^ изменяется в диапазоне: - 1.

Применение призматических направляющих дня установки ТА позволяет уменьшить до допустимых пределов погрешности взаимной ориентации, по одной из осей робота, в частности, по оси тУ . Тогда взаимную ориентацию достаточно производить по "двум точкам", что снижает трудоемкость и упрощает расчет технологических параметров взаишой ориентации.

Предложен новый метод взаимной ориентации (по "двум точкам") путем ввода в&льцовхи с помощью ПР в две .трубы, расположенные в одном ряду и измерения координат положения вальцовки при помощи датчиков положения звеньев ПР (рис.2).

хРч А»

Рис,2. Определение параметров взаимной ориентации. остотут - декартова система координат ТР, совмещенная с плоскостью ТР; асрорур- декартова система координат, связанная с соответствующими направлениями координатных перемещений ПР

Значения координат ( ас£0, ) начального соедине-

ния О^о определят линейное смещение систем координат ПР и ТР, а взаимный разворот их осей (угол С4 ) определяется выражением

« =агс^9 . (4)

Проведено вероятностное исследование погреоности (с*0) угла разворота осей систем координат ПР и РГ и установлено, что она распределена по закону,близкому к распределению Гаусса со следующими параметрами распределения

т(а°)=0; 60*°)-6<у)/Н1-Ох|, (5)

где у - композиция случайных величин ( '» На

и у^ ~ величины погрешностей определения координат ' осей

оси оур >

ос - среднее значение шага

первой и ъ трубы по расположения трубных отверстий.

Погрешность в значительной мере определяет расстояние между двумя трубами, с ростом которого увеличивается точность угла а . Целесообразно выбирать ряд труб, расположен« ный наиболее близко к середине ТР, так как он обычно содержит наибольшее количество труб. ■

Предложено для формирования координат позиционирования вальцовки в трубы использовать зависимости (2)-(4), (см, рис.2)

У + (7)

Анализ влияния расчетных параметров взаимной ориентации на систематического составляющую погрешности относительного расположения осей вальцовки и трубы показал, что оно зависит от расположения ВС (от параметров i ,).

Установлено, что погрешность относительного расположения осей вальцовки и трубы имеет распределение, близкое к распределению Гаусса с параметрами

ао) (II)

Щ оу = i/6fy + ®ша+ ®ПцР ' (12)

где й>х, - систематические составлявшие погрешности относительного расположения осей вальцовки и трубы соответственно по ойям охти оут ; *Зр03!»® jj0ij - средние квадратическйе отклонения погрешности относительного расположения осей„вальцовкй и трубы соответственно по осям охт и oy^i ®j>ac >®Паср'®пат> - средние квадра-тические отклонения по осям о®т к оут соответственно оси Трубы в трубном отверстии, шага расположения отверстия в ТР, йозицйоййрованйя зальЦовки при помощи ПР. .- iA .....

" i.' * •

" (14)

ГДё i fe^jp ~ математические ожидания погреш-

ности поЬйинБниробйкий вальцовки п|ш помощи IIP в BR с параметрами

t^-itiil/Z+i-UK^i (15)

ETy * , (T5)

где Ь Гх , Ь Ту - математические оходания погрепности рео-положения оси трубы с параметрами I , в ТР.

Предложено определение вероятности установки вальцовки в трубы по аналогии со сборкой деталей типа "вал - втулка" с зазором. Вероятность ввода вальцовки в труба определяется как вероятность превышения величиной радиального зазора с параметрами ) радиального смещения осей вальцовки и трубы, включающего случайную и систематическую составляющую с параметрами (9, 10, II, 12).

Рс= Р{з>р}-|икЧдуЧбрва,0рвя,Ёг.0.). <17>

Третья глава посвящена исследованиям технологических средств автоматического ввода вальцовки в отверстия труб, выполненных для оценки точности метода взаимной ориентации, получения данных о влиянии смещения поверхностей вальцовки и трубы на точность контроля развальцовки, оценки эффективности распознавания наличия труб в расчетных точках ТР с помощью средств очувствления вальцовки в виде датчика касания и сравнения с точки зрения производительности развальцовки методов позиционирования вальцовки по жесткой и КУП обхода труб.

Исследования выполняли с использованием вальцовочного робота, скомпонованного на базе ПР РБ 231Т, координирующей вычислительной машины от УЧПУ типа 2Р22, раввальцовочной головки, управляемой при помощи системы управления от разваль-цовочной установки модели МЭР-3. Развальцовка труб осуществлена трехроликовой вальцовкой с фонариком к конусной гайкой на веретене. Для градуировки развальцовочной головки и исследования влияния смещения поверхностей вальцовки л трубы на точность контроля развальцовки использовали датчик крутящего момента. Кроме того, были разработаны датчик касания как средство очувствления вальцовки и измерительное устройство для измерения смещения осей вальцовки и трубного отверстия при помощи микроскопа типа МПВ-2. Исследования проведены ня промышленных ТА и трубных пучках с трубами из меди МЗ-Т {ПУТГ 517- 72) диаметром 20 и толщиной стенки"1,5 Схема разминки ТР - по треугольнику. Номинальное значение тага распадпжечия трубннх отверстий -26 + 0,5 мм. ТР изго-толлены и.ч птали 16РС( Г0;Л'

При статистическом моделирования точности определения -угла разворота осей систем координат ПР и ТР, а также при оценке погрешности центровки этих систем коордкн&т вальцовка устанавливалась при помощи ПР в ручном режиме напротив выбранных двух труб х^ ; . , после чего определялись их координаты путем стегывания кодов из памяти системы. Затем они декодировались в линейное размеры. Выполнено 500 опытов и по юс результатам определены средние значения. Погрешность определения координат этих труб в каждом I -ом . опыте определялась как разность мзаду 1-м значением координаты и ее средним значением. Угол разворота осей систем координат в каждом 1-ом опыте определяли выражением (4). Погрешности ос0 для каждого 1-го опыта расчитывали по зависимости сс°— ос• — оЕГ.

■В результате статистического моделирования точности определения угла разворота осей систем координат ПР и ТР установлено, что погрешность позиционирования вальцовки в ручном режиме оказывает доминирующее влияние (9630 на формирование погрешности этого угла. При этом оптимальное, с точки зрения повышения производительности развальцовки значение точности позиционирования вальцовки в ручном режиме составляет 1-1,5 мм.

В работе проведены исследования датчика касания. Пропущенные отверстия в ТР имитировались при помощи заслонки в веде стальной полосы, устанавливаемой против выбранного ВС. Повторное позиционирование вальцовки в одни и те же Трубы выполнено путем установки ограничивающей втулки на веретено вальцовки. Соосность вальцовки и трубы обеспечивали при помощи измерительного устройства, построенного на базе микроскопа типа МПБ-2. Вальцовку позиционировали в две трубы ТР по жесткой программе. Автоматический ввод вальцовки в эти трубы дублировался 500 раз при смещениях осей вальцовки и трубного "отверстия по осям-Ох и Оу на 0, 2, 4 мм путем смещения ТА относительно ПР. Дискреты смещений измеряли индикаторами -часового типа ИЧ-10 (ГОСТ 577-60). Количественный фактор - смещение осей вальцовки и трубного отверстия варьировался на шести уровнях, а качественный фактор ВС -на двух уровнях. В результате двухфакторного анализа установлено, что датчик касания с вероятностью 0,997 обеспечивает для ТА с трубами из меди диаметром 20 мм и толщиной стен-

ки 1,5 мм определение труб и размещения в них вальцовки в диапазоне смещений осей вальцовки и труби равном +4 мм. Это свидетельствует о-высокой разрешающей способности датчика касания, как средства очувствления вальцовки в вальцовочном роботе на базе ПР РБ 231Т.

Влияние смещения осей вакьцовки и трубы на точность контроля развальцовки исследовали при частоте вращения выходного вала развальцозочной головки равной 650 об/мин в диапазоне нагружения равном 20-40 Нм при смещениях осей вальцовки и трубы равных 0-4 мм. Число параллельных опытов составляло 10. Величина смещения варьировалась на четырех уровнях, а величина крутящего момента - на трех. В результате двухфакторно-го дисперсионного анализа установлено, что смещение поверхностей вальцовки и трубы не более +4 мм.не вносит существенного влияния на формирование погрешности контроля развальцовки при помощи развальцовочной установки типа МЭР-3.

Оценка вероятности и быстродействия автоматического ввода вальцовки в трубы ТР произведена на промышленных ТА трех исполнений, содержащих 142, 166 и 375 труб. По причине серийного производства таких ТА на Коростенском машиностроительном заводе, где выполнялись исследования вальцовочного робота, позиционирование вальцовки производилось по жесткой программе. Позиционирование по жесткой программе, реализованное на вальцовочном роботе, отличается от позиционирования вальцовки по ЕУП, по существу тем, что в жестной про-граше определены: координаты крайних труб; последние ряды в ТР; отсутствующие ряды и отдельные трубы. Оценка быстродействия автоматического ввода вальцовки в трубы при позиционировании по ЕУП выполнена методом численного моделирования.

В эксперименте перемещения вальцовки обеспечивали со скоростью 0,4 м/с по обеим осям координат ( 0хР и 0ур). Перед началом исследования были составлены программы позиционирования вальцовки. Выполнено три серии опытов, в калздой из которых использовали один ТА. Состав выполняемых операций во всех опытах одинаковый. В каждой серии была создана ситуация без аномальных явлений, в частности, вальцовка не попадала в трубу из-за заусенца на торце трубы и зацепов вальцовки передним концом ролика за торец трубы. Путем 20-кратного позиционирования вальцовки в две выбранные трубы определены

действительные значения их координат. В каждом опыте выполнена взаимная ориентация ПР и ТА по этим двум трубам. Измеряли время автоматического ввода вальцовки в трубы TP и затраты времени на выполнение отдельных этапов ввода вальцовки в трубы.

Для определения пропущенных трубных отверстий и рядов, конца рада и последних рядов в TP использованы конструкционно-технологические особенности трубных решеток: диапазон значений- коэффициента Kj ; характеристики нерегулярностей в виде количества подряд пропущенных отверстий и рядов отверстий в ТР. Определение времзни на их идентификацию выполнено в результата моделирования и распознавания упомянутых нерегулярностей при помощи ПР, работающего по программе, составленной методом обучения. Кроме того, в каждом опыт6 фиксировали количество непопаданий вальцовки в трубы.

Установлено (рис.3), что с учетом времени разработки жесткой программы, включающей в себя программирование координат расположений осей труб в TP и ее проверку на РТР, общее время ввода вальцовки в трубы по жесткой программе (2Т) возрастает на 40-45% по сравнению с позиционированием по БЯП (£Т').

С возрастанием серийности производства ТА производительность автоматического ввода вальцовки по ЕУП остается выше производительности ввода вальцовки по жесткой программе вплоть до трех ТА в серии. С увеличением диаметра TP ТА, а следовательно,и количества труб в TP указанное соотношение производительностей сохраняется при одновременном увеличении объема серии.

В четвертой главе приведены результаты разработки и внедрения вальцовочного робота. Разработана техническая структура системы автоматического ввода вальцовки в трубн, основой которой является способ по A.c. № 1639844 ввода развальцовочного инструмента в трубы ТА посредством

396 590 Лиаиетр TP, км

Рис.3. Зависимость времени ввода вальцовки в трубы TP от способа ее позиционирования

робота,заключающийся в том, что вальцовка позиционируется по ЕУП. Координаты вычисляются по зависимостям (6)-(8), структура которых достаточно универсальна и позволяет выполнять расчеты для широкого диапазона типоразмеров ТА. Формирование координат выполняется автоматически во время развальцовки ТА. Позиционирование вальцовки в трубы ТА производится с помощью .ПР FE 23IT, укомплектованного развальцовочной головкой по A.c. № 1505637, оснащенной средствами очувствления вальцовки в виде датчика касания. Несоосность между осями трубы и вальцовки компенсируется механизмом компенсации несооскости, диапазон работы которого равен +4 мм.

Для повышения вероятности ввода вальцовки в трубы TP увеличена фаска на вальцовке за счет установки на веретено конусной гайки. В работе системы автоматического ввода вальцовки в трубы предусмотрено участие оператора вальцовщика, функции которого заключаются е назначении исходных параметров, запуске системы и выполнении взаимной ориентации- ПР и ТА. Взаимная ориентация производится методом "двух точек" по A.c. № 1486223, при этом достигается увеличение производительности взаимной ориентации ПР и ГА в 5-7 раз по сравнению, например, с развальцовочной установкой модели АОЕШ3232 (фирмы sugino, Япония). Далее функции оператора-вальцовщика заключаются в наблюдении за работой вальцовочного робота и принятии решений по управлению роботом в аномальных ситуациях. Оператор-вальцовщик может обслуживать одновременно группу из 3-4 вальцовочных роботов.

Градуировка развальцовочной головки производится при помощи датчика крутящего момента по A.c. № I13960.

Производительность развальцовки ТА с медными трубами диаметром 20 мм и толщиной стенки 1,5 мм составляет 5-6 труб в одну минуту.

Вальцовочный робот на базе ПР РБ 23IT используют на Коростенском машиностроительном заводе. Анализ результатов внедрения показал, что применение вальцовочных роботов обеспечивает высвобождение ручного труда из технологического процесса развалырвки труб, повышение производительности и обеспечение качества развальцовки труб в TP ТА за счет исключения технологических ошибок.

Дальнейшее развитие автоматизации развальцовки с применением ПР связано с наращиванием очувствления вальцовки, а

также с применением микроЭБМ е системе управления раззаль-цовочной головксЯ и созданием ГПС развальцовки труб.

ОБЩИЕ швода И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ имеющейся информации свидетельствует, что известные технологические средства автоматизации развальцовки труб повышают производительность и качество ЗС. Вместе с тем ввод вальцовки в полость трубы по-прежнему осуществляется рабочими низкой квалификации вручную, что объективно приводит к технологическим ошибкам. Дня дальнейшего и более существенного повышения производительности и обеспечения требуемого качества развальцовки необходима автоматизация операции ввода вальцовки в трубы.

2. Разработан новый метод позиционирования вальцовки по ЕУП, не зависящей от нарушения регулярности расположении отверстий в ТР. Расчетные координаты осей труб в соответствии с этим методом формируются во время развальцовки по двум параметрам - номинальному шагу и геометрии расположения отверстий в ТР.

3. Разработана математическая модель НТР, в которой отсутствуют пропущенные ряды и отверстия в рядах, не имеющих ограничения по длине в ТР, геометрические параметры которой соответствуют номинальным значениям. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать координаты осей труб в РТР ТА.

4. Разработан новый метод, позволяющий автоматизирован-но определять технологические параметры взаимной ориентации ПР и ТА, что достигается в результате ввода вальцовки в две трубы, расположенные в сдном ряду ТР, и измерения координат положения вальцовки при помощи датчиков положения звеньев робота-. При реализации этого метода обеспечивается повышение производительности взаимной ориентации в 5-7 раз по сравнению, например, с развальцовочной установкой мдели АСЕУМ 3232 (фирмы ЗЪ'СХЫО, Япония). Получены теоретические зависимости, определяющие погрешности взаимной ориентации ПР и ТА. Установлено, что на точность определения угла разворота осей систем координат ПР и ТР доминирующее влияние (96%) оказывает погрешность позиционирования вальцовки в ручном режиме.

Оптималвдое значение точности позиционирования вальцовки в ручном ррх:име составляет Ь-1,5 мм.

5. Разработана средства очувствления вальцовки б виде датчика касания и датчика положения. Установлено, что датчик касания с шсокоЛ вероятностью распознает наличие труб в расчетных точках ТР в вальцовочном роботе (на базе ПР РБ 231Т). Например, дли труб диаметром 20 мм и толиршой стенки 1,5 мм при смещениях осей вальцовки и трубы не более +4 мм вероятность определения наличия труб в -расчетных точках ТР составляет 0,997.

6. Предложен численный расчет вероятности ввода вальцовки в полости труб ТР с учетом вероятности определения наличия труб при помощи датчика касания и погрешностей взаимной ориентации, размерных погрешностей труб, ТР и позиционирования вальцовки, что позволяет на стадии проектных работ выполнять обоснованный выбор их точности.

7. Экспериментально установлено, что смещение осей вальцовки и трубы на величину не более +4 мм не оказывает влияния на формирование погрешности контроля развальцовки труб при помощи развальцовочной установки типа МЭР-3.

8. Экспериментально установлено, что в мелкосерийном и многономенклатурном производстве ТА позиционирование вальцовки по ЕУП более производительно по сравнению с позиционированием вальцовки по жесткой программе. При этом эффект повышения с уменьшением серийности производства, так. для серии из двух ТА - производительность позиционирования возрастает на 23-30$.

9. Разработанные, технологические средства автоматизации ^"эвальцовки труб: I) развальцовочная головка; 2) датчик касания; 3) взаимная ориентация робота и ТА по двум трубач; 4) средства автоматизации программирования ввода вальцовки в трубы ТР позволили скомпоновать вальцовочный робот на базе ПР РБ 231Т. При этом исключен ручной труд из технологического процесса развальцовки, повышена производительность и обеспечено требуемое количество развальцовки труб в ТР ТА.

10. Результаты работы внедрены на Коростенском машиностроительном заводе. Годовой экономический эффект от внедрения составил 216,7 тыс.руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

Г. Технологические особенности ввода рязпзльцовичного инструмента в трубу а условиях автоматического ее крепления в трубной решетке-теплообменного аппарата. Дорошенко П.А., Данилин В.Я., Черненко В.И., Ериф ПЛ.// Технология судостроительного производства/ Сб.тр./ ЩИ. Л., 1988. С.32-34.

2. ДАНИЛИН В.Я. Исследования и разработка технологических средств автоматизации развальцовки труб в трубных решет-■ках теплообменник аппаратов// Повышение эффективности и качества сборочно-сварочньк работ в химическом и нефтяном машиностроении: Тез.докл. ЭТ1 Всесоюз.науч.-гехн.конр. (Волгоград, 18-20 апреля 1989 г.). Волгоград, ВВДШТхимнефтеаппаратуры, 1969. С.103.

3. КРИСТАЛЪ М.Г., ДАНИЛИН В.Я. Оценка вероятности совмещения инструмента с трубами в трубных решетках при роботизированной развальцовке// Повышение эффективности и качества соорочно-сварочкых работ в химическом и нефтяном машиностроении: Тез.докл. УП Всесоюз.науч.-техн.конф. (Волгоград, 13-20 апреля 198Э г.). Волгоград, ВКИИП'Гхимнефтеедпаратуры, 1989« С«108*

4. БЖ Л.М., ДАНИЛИН В.Я., ДОНЬКИН И.И. Исследование к разработка технологических средств автоматизации развальцовки труб с применением промышленных роботов// Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении. Л., ДЩП, 1991. С.95-96.

5. БРИФ Л.М., ДДНШШ В.Я., ДОНЬКИН И.И. Пшпенение ЭВМ для управления ПР в сборотао-сваоочнкх процессах// Пути расширения применения автоматических манипуляторов (промышленных роботов) в химическом и нефтяном машиностроении: Тез, докл. науч.-техн. совещания (Мойква, ВДНХ СССР, мартВ82г.). М., ЦИШхимнефтеыш, 1982. C.S-I0.

5. Исследование и разработка макетного образца системы автоматического поиска вальцовочного соединения з трубной

Еешетке теплообменного аппарата: Отпет о НИР (заключительный)/ ШетГхишефтеалпарзл'урк; Руководитель В.Я.Данилин. № Гр. 0I87.Ö05G883; Инв. » 0287D087039. Волгоград,198?.

7. БРИЗ Л.М., ДАНИЛИН В.Я., ДОНЬКИН И.И. Датчик крутящего момента для контроля развальцовки труб// Химическое и нефтяное мапиностроегча, 1987. № 4. С.41-42.

8. A.c. № 113960 (СССР). Устройство для измерения,, кру-тящуго момента/Л.М.Вриф, В.Я.Д&чилин, Донькин И.И. Опубл. в КИ., 1984. » 34.

9. A.c. № 1486223 (СССР). Способ установки развальцо-вочного инструмента в трубы теплообменного аппарата посредством робота/ В.М.Бриф, Л.м.Бриф, В.Я.Данилин. И,И.Донькин, В.В.Козуб и Ю.А.Тихонов. Опубл. в Е.И., 198$. 22.

10. A.c. № I5C5637 (СССР). Устройство гля крепления труб в трубных решетках/ В.В.Козуб, В.М.Ьркф, Л.М.Ьриф, И.И.Донькин и В.Я.Данилин. Спубл. в Б.И., 1989. № 33.

И. A.c. » 1639844 (СССР). Способ развальцовки труб в отверстиях трубной решетки теплообменного аппарата/ В.Я.Данилин. Опубл. в EX, 1991. № 13. ,

Зак.Р-60. Тир.100. Уч.-изд.л.I. 22.X.-9I года. ГШО "Пегас" Лоцманская, 10.