автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологических средств автоматизированной развальцовки 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

У///-> Л-/,-'-

Работа выполнена во Всесоюзном' научно-исследовательском и про-ектно-технологическом 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. на заседаний

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛК.И.

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан « ^у^Р

1991 г.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание современного теплообменного оборудования с более высокими показателями надежности - одна из основных задач современного судового, энергетического и химического машиностроения. В значительной иере надежность теплообменного оборудования зависит от качества крепления труб в трубных решетках (ТР). По проблеме повышения качества вальцованных соединений (ВС) выполнен бользой объем исследований, в которое отмечается необходимость автоматизации процесса развальцовки труб. Применение ручного труда валь-цокцика приводит к таким технологическим олкбкац как пропуски керазвальцовакных труб, разсаЕьцовка не на вся длину вальцовочного пояса, некачественная развальцовка, отключение подачи охлаждающей смеси. Для устранения этих ошибок требуются значительные затраты времени.

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

В настоящее время при развальцовке труб в теплообменных аппаратах (ТА) обычно используются ручные развальцовочные установки, в которых автоматизированы привод и контроль операции развальцовки. .Для полной автоматизации процесса разваль-цоеки требуется авто1гатизация ввода вальцовки в трубы ТР путем создания вальцовочного робота на базе универсального прошпленногэ робота (ПР). Из-за сложности обеспечения тре-буешх технологических условий в слогшваеися производстве ТА недостаточно применяются автоматические установки, испускаемые иностранными 'фирмами.

Опыт применения ПР, позиционирующих схват по пестккл программам, свидетельствует, что их использование наиболее просто репзает проблем автоматизации Евода вальцовки в трубы. Однано, производительность такт ПР ниже производительности ручной развальцовки из-за низкой точности попадания вальцовки в трубы и больной трудоекзсости взаимной ориентации. Для повышения производительности автоматического ввода вальцовки в трубн при поиощи 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 технологически средств автоматизации развальцовки труб на базе применения универсальных ПР.

Поставленная цель достигается решением 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 ЕС, взаимной ориентации и позиционирования вальцовки на вероятность ввода вальцовки в трубы при помощи ПР.

4. Разработка средств очувствления развальцовочного инструмента.

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

6. Разработка и реализация на практике системы автоматического ввода вальцовки в трубы ТР при помощи ПР.

Методы исследования. При шполнешш работы использованы численные кетоды, метода 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 кате-

магической модели псггинальной трубной реяетки (НТР), определяющей расчетные координаты располоаения труб в 1Р, и контроле наличия в них труб при помощи средств ответвления вальцовки. '

Установлена зависимость вероятности ввода вальцовки в трубы от погрешностей геометрических параметров элементов ВС, взаимной ориентации и поэ-щионирования вальцовки, 'позволяющая определять их допустимые значения на стадии лроехстных разработок.

Разработана методика автоматизированного определения технологических параметров взатгной ориентации при помочи датчиков положения звеньев робота путей измерения координат двух труб, расположенных в одном ряду ТР, сокращающая время взаимной ориентации по сравнению с существувщхгаи 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 взажней' ориентации ПР и ТА, путем измерения при помощи датчиков положения звеньев робота координат двух труб, расположенных в одном ряду ТР;

- средства очувствления вальцовхи в виде датчиков касания и полодения вальцовхи;

- развальцовочная головка с управлением от развальцовочной установки модели МЭР-3;

- датчик крутящего момента для градуировки развадьцо-вочной головки.

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

Кроме того получены зависимости, определяющие вероятность ввода вальцовки в грубы 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.

б

Апробация работе. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуэдаяись на Всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях: "Молодые исследователи и конструкторы - химическому и нефтяному машиностроения" (г.Дзержинск, 1977); "Пути расширения применения автоматических манипуляторов (ПР) в химической и нефтяном . машиностроении" (г.Москва, ВДНХ СССР, 1932); "Пошшение эффективности и качества сборочно-сварошшх 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 груб с применении промышленных роботов" (Ленинград, 1991); научно-технических конференциях ЛКИ (1986-1991 гг.); секции "технологии судового машиностроения Научно-технического общества км.акадАН.Крылова (Ленинград, 1989); Норсстенском машиностроительном заводе (1982-1989 гг„).

Публикации. Основное содержание работы изложено 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 включает в себя 119 страниц текста, 38 рисунков к ?Л таблицы.

Автор защипает. Технологические решения автоматического ввода вальцовки в трубы ТА при помощи ПР, в частности; I) новый способ позиционирования вальцовки по ЕГО, не зависящей от нерегулярнозтей расположения отверстий в ТР; 2) математическую модель НТР; 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; 6) средства очувствления вальцовки в виде датчика касания и результаты их экспериментальной проверки; 7) результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния конструкционно-технологических факторов ВС, погрет-

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе приведен анализ литературных источников по современному состояние 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 вцце краевой нерегулярности расположения их в рядах и отсутствия отдельных отверстий и рядов отверстий ухудшаются условия автоматического ввода вальцовки в трубы, приводящие к уменьшении вероятности ввода вальцовки в трубы, а следовательно и к снижению производительности развальцовки. Установлено, что однЬй из основных причин, ведущих к появлению 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, кото^-рое 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 труб не производится, что снижает производительность развальцовки.

Установлено, что при мелкосерийном и многономенклатурном производстве ТА, 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.Ерифа, Л.М.Брифа, П.А.Дорошенко, В.В.Ко-зуба, Б.Я.Мазуровскогс, П.А.Ыанько, А.Я.Матята, Г.П.'Гкачен-ко, В.И.Черненко и др. За рубежом этой проблемой занимаются такие фирмы, как: kieseeling (®РГ), kcttckaus ur.d Büsch (ФРГ), МША (ФРГ), HAUS (Италия), DBESSER (США).

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

Вместе с тем, имеется много работ, посвященных повыше-,нио 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 ЛР можно только после дополнительных. исследований.

Для обоснованного выбора конструкционно-технологических параметров автоматизации процесса развальцовки, точности взаимной ориентации я 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 ка 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 ИГР. 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 простота модели и возможности вычисления по ней координат, не требующих дополнительных преобразований при позиционировании валыювки о помощью ПР. Выбор характерной точки, принимаемой за начало системы координат ИТР, 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 квадрантах, ось абсцисс при этом направляем вдоль осей трубных отверстий, расположенных ь одном ряду, наиболее близком к середине ТР, а начало координат устанавливаем в точке, совпадающей с осью крайнего левого отверстия этого ряда. Для ТР, в которых отверстия расположены по вершинам равностороннего треугольника, координаты осей отверстий определяются следующими выражениями

^г-П ; (I)

рце г - 1,2,3...; п- номер отверстия в ряду ТР при счете слева направо; ¿.= 0,1,2...+ ГЛ - номер ряда отверстий при счете вверх (И или шип от оси абсци.-.с; зс„- номичаль-

нов значение шага расположения отверстий в ТР; ун=асиз1п60-расстояние меаду соседними рядами отверстий в ТР.

Расположение первого трубного отверстия в текущем ряду РТР оглашается 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 к^- номер варианта краевой нерегулярности расположения отверстий в раду (целое число)

ccl^=ac„(|<j.l/2 + i-\+-Ki). (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 Коростенском машиностроительном заводе установлено, что значение коэффициента Kj. изменяется в диапазоне:

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

Предложен новый метод взаимной ориентации (по "двум точкам") путем ввода вальцовхи с помощью ПР в две .трубы,- расположенные в одной раду и измерения координат положения вальцовки при помощи датчиков положения звеньев ПР (рис.2). *

ХРцО

Рис.2. Определение параметров взаимной ориентации. огтотут - декартова систека координат ТР, совмещенная с плоскостью ТР; ссро1> ур - декартова система координат, связанная с соответствующими направлениями координатных перемещений ПР

Значения координат ( , у ) начального соединения о^о определяют линейное смещение систем координат ПР и ТР, а взаимный разворот их осей (угол ) определяется ¡заражением

Проведено вероятностное исследование погрспности (<х°) угла разворота осей систем координат ПР и РГ и установлено, что она распределена по закону, близкому к распределению Гаг-усса со следующими параметрами распределения

т(<Х°)=0; б(«°)-б(у)/|а-П5с| , (5)

у - композиция случайных величин ( у-у^-у* );

где

Уг

и у^ - величины погрешностей определения координат осей первой и г трубы по оси оур ; ж - среднее значение шага расположения трубных отверстий.

Погрешность в значительной мере определяет расстояние между двумя трубами, с ростом которого увеличивается точность угла 01 . Целесообразно выбирать ряд труб, расположенный 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)

ос? + ; (6)

у Ц = XHC| j. 1/2 +1-1 + Sin«. Л- ; (7)

zV4o- <8)

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

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

Тх ' (9)

Е1'» ■ (ТО)

(II)

(12)

где , - систематические составляющие по-

грешности относительного расположения осей вальцовки и трубы соответственно по ойям ОХти оут ; ®p0oc»®potj ~ средние квздратические отклонения погрешности относительного расположения осей вальцовки и трубы соответственно по осям охт и оу"1; . 6ра.<3Ша.,еша ,бПял>,бПуР - средние квадра-

тические отклонения по осям озст и оут соответственно оси трубы в трубном отверстии, шага расположения отверстия в TP, позиционирования вальцовки при помощи ПР.

в ^«»ДО/ги-Ьи^Ьт«. , (И)

с с i

где Ь., Ь- математические ожидания погрешности позиционирования вальцовки при помощи ИР в ВС1. с параметрами i., .

E^-isineO'j. , (Г5)

I,}. ..т.,}.

где , Ь7у - математичесхие ожидания погрепностираз-

положения оси трубы с параметрами » ^ в ТР.

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

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 эффектирности 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 РВ 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 и 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 МГГВ-2. Исследования проведены ня промышленных ТА и трубных пучках с трубами из меди МЗ-Т Г" 517-.72) -диаметром 20 и толщиной стенки 1,5 мм. Схема ряз'чтки ТР - по треугольнику. Номинальное значение тага расП'Мтжечия трубных отверстий - 26 + 0,5 мм. ТР изго-тгптгены ил стали 1бГС(10.Л' I ¿-Ы-оЭ).

При статистическом моделировании точности определения •угла разворота осей систем координат ПР и ТР, а также при оценке погреоносги центровки этих систем координат вальцовка устанавливалась при помощи ПР в ручной режиме напротив вы-брагашж двух труб ^ ; . , после «его определялись их координата путем считывания кодов из памяти системы. Затем они декодировались в линейное размеры. Выполнено 500 опытов и по их результатам определены средние значения. Погрешность определения координат этих труб в каждом I -ом опыте определялась как разность меяду 1-й значением координаты и ее средним значением. Угол разворота осей систем координат в каждом 1-ом опыте олредялили шрахением (4). Погрешности сс° для каздого I -го опыта расчитывали по зависимости об°=ос.1-ос.

'В результате статистического моделирования точности определения угла разворота осей систеи координат ПР и ТР установлено, что погрешность позиционирования вальцовки в ручном рехиые оказывает доминирующее влияние (9650 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 им.

В работе проведены исследования датчика касания. Пропущенные отверстия в ТР имитировались при помощи заслонки в воде 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. Автоматически ввод вальцовки в эти трубы дублировался 500 раз при смещениях осей вальцовки и трубного отверстия по осям Ох и Оу на 0, 2, 4 ым путем смещения ТА относительно ПР» Дискреты смещений измеряли индикаторами часового типа ИЧ-10 (ГОСТ 577 - 68). 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 ым и толщиной стен-

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

Влияние смещения осей вальцовки и трубн на точность контроля развальцовки исследовали при частоте вращения выходного вала развальцозочной головки равной 660 об/мин в диапазоне нагруженяя 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 вальцозочного 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 жесткой программе 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 Оур). Перед началом исследования были составлены программы позиционирования Еальцовки. Выполнено три серии опытов, в каждой 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 времени на их идентификацию 'Выполнено в результата моделирования и распознавания упомянутых нерегулярностей при помощи ПР, работающего по программе, составленной методом обучения. Кроме того, в каждом опыте фиксировали количество непопаданий вальцовки в трубы.

Установлено (риЬ.З), 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 (£Т) возрастает на 40-45$ по сравнению с позиционированием по ЕУП (ИТ').

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 производигельностей сохраняется при одновременном увеличении объема серии.

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

37Ь

Зэб 530 Диаметр ТР. им

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

робота,заключавшийся в том, что вальцовка позиционируется по ЕУП. Координаты вычисляются по зависимостям (б)-(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 грубы ТА производится с помочью .ПР FE 23IT, укомплектованного развальцовочной головкой по A.c. № 1505637, оснащенной средствами очувствления вальцовки в виде датчика касания. Несоосность мехщу осями трубы и вальцовки компенсируется механизмом компенсации несооскосги, 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 з трубы предусмотрено участие оператора вальцовщика, функции которого заключаются в назначении исходных параметров, запуске системы и выполнении взаимной ориентации ПР и ТА. Взаимная ориентация производится методом "двух точен" по A.c. № 1486223, при этом достигается увеличение производительности взаимной ориентации ПР и ТА в 5-7 раз по сравнению, например, с развальцовочной установкой модели acewm3232 (фирмы sugino, Япония). Далее функции оператора-вальцовгржа 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. № II3960.

Производительность развальцовки ГА 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 развальцовки 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 микроЭВМ в системе управления ралвальцовочной головкой и созданием ГПС развальцовки труб.

ОБЩИЕ ВЫВОДИ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ имеющейся информации свидетельствует, что известные технологические средства автоматизации развальцовки труб повышают производительность и качество ВС. Вместе с тем ввод вальцовки в полость трубы по-прежнему осуществляется рабочими низкой квалификации вручную, что объективно приводит к технологическим ошибкам. Для 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 расположения отверстий в ТР. Расчетные координаты осей труб в соответствии с этим методом формируются во время развальцовки по двум параметрам - номинальному пату и геометрии расположения отверстий в ТР.

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

4. Разработан ковый метод, позволяющий автоматизирование определять технологические параметры взаимной ориентации ПР и ТА, что достигается в результате ввода вальцовки в две трубы, расположенные в одном 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 вшито, Япония). Получены теоретические зависимости, определяющие погрешности взаимной ориентации ПР и ТА. Установлено, что на точность определения угла разворота осей систем координат ЯР и ТР доминирующее влияние (96%) оказываг-ет погрешность позиционирования вальцовки в ручном режиме.

Оптимальна«? значение точности позиционирования вальцовки в ручном режиме составляет 1-1,5 мм.

5. Разработана средства очувствления вальцовки в виде датчика касания и датчика положения. Установлено, что датчик касания с высокой вероятностью распознает наличие труб в расчетных точках ТР б вальцовочном робота (на базе ЛР РБ 231Т). Например, для труб диаметром 20 мм и толщиной 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, размерите: 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 ^звальцовки 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:

Т. Технологические особенности ввода разпальцовочного инструмента в трубу в условиях автоматтее^кого ее крепления в трубной решетке-теплообменного аппарата. Дорошенко П.А., Данил™ В.Я., Черненко В.И., Ериф Л.М.// Технология судостроительного производства/ Сб.тр./ ЛКИ. Л., 1988. С.32-34.

2. ДАНИЛИН В.Я. Исследования и разработка технологических средств автоматизации развальцовки труб в тоубных решетках теплообменник аппаратов// Повышение эффективности и качества сборочно-сварочных-работ в химическом и нефтяном машиностроении: Тез.докл. УП Всезокз.науч.-'гехн.хонр. (Волгоград, 18-20 апреля 1969 г.). Волгоград, ВНИШТхишефтеаппаратуры, IS89. C.I03.

3. КРИСГАЛЬ М.Г., ДАКИЛИН В.Я. Оценка вероятности со-Бмецения инструмента с -трубами в трубных решетках при роботизированной развальцовке// Повышение эффективности и качества сборочно-сварочных работ в химическом и нефтяном машиностроении: Тез.докл. УП Всесоюз.науч.-техн.конф. (Волгоград, 18-20 апреля 1989 г.). Волгоград, ВКИШГхимнефтеалпаратуры, 1989. C.I08.

4. БМ 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., ЛдаП, 1991. С.95-96.

5. БРИФ Л.М., ДАНИЛИН В.Я., ДОНЬКИН И.И. Пшпенение ЭВМ для управления ПР в сборочно-сваоочнкх процессах// Пути расширения применения автоматических манипуляторов (промышленных роботов) в химическом и нефтяном машиностроении: Тез.

Йокл. науч.-техн. совещания (Москва, ВДНХ СССР, март Б82 г.). ., ЩШТИхимнефтемэш, 1982. С.9-10.

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

Еешетке теплообменного аппарата: Отпет о НИР (заключительный)/ НИИЛТхишефтеаппаратуры; Руководитель В.Я.Данилин. №Гр. 0187.0056883; Инв. 02870087039. Волгоград, 1987.

7. БР® Л.М., ДАНИЛИН В.Я., ДОНЬКИН И.И. Датчик крутящего момента для контроля развальцовки труб// Химическое и нефтяное мапиностроегче, I9Q7. № 4. С.41-42.

8. A.c. № II3960 iCCCP). Устройство для измерения кру-тящуго момента/Л.М.Ьриф, В.Я.Данилин, Донькин И.И. Опубл. в В»И*) Ю34• № 34.

9. A.c. № 1486223 (СССР). Способ установки развальцо-еочного инструмента в трубы теплообменного аппарата посоедст-вом роботе/ В.М.БриЬ, Д.М,Бруф, В.Я.Данилин. И.И.Донькин, В.В.Козуб и Ю.А.Тихонов. Опубл. вБ.И., 1989. 22.

10. A.c. № 1505637 (СССР). Устройство гля крепления труб в трубных решетках/ В.В.Козуб, В.М.Бриф, Л.М.Ьриф, И.И.Донь-кин и В.Я.Данилин. Сггубл. в Б.П., 1989. № 33.

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

Зак.Р-60. Тчр.ЮО. Уч.-изд. л Л. 22.X.-9I года. ППО "Пегас" Лоамалская, 10.