автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Система испытаний и прогнозирования надежности деревообрабатывающего оборудования на базе измерительно-диагностических комплексов



ии

№3

»'КИ, I КИ РО'

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МИНИСТЕРЪТ^<?^$УКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи РЯБОВ Валерий Васильевич

УДК 674.05

СИСТЕМА ИСПЫТАНИЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1993

Работа выполнена на. кафедре станков и инструменте] Московского лесотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук

профессор В. В. Амалицкий.

Научный консультант — кандидат технических наук

доцент В. Г. Бондарь.

Официальные оппоненты — доктор технических наук

профессор Л. В. Леонов, кандидат технических наук старший научный сотрудни] Ю. А. Сергачев.

Ведущая организация — Научно - исследовательский ]

проектно-конструкторский ин ститут древесных плит «НИПКИдревплит».

Автореферат разослан « А » . . 1993 I

Защита диссертации состоится « <! 6'» ./''М^УМ.. 1993 I в 10 часов на заседании специ-йяйзирОванного совет Д.053.31.01 в Московском^ лесотехническом институт в аудитории .№' 313.

Просим Ваши отзывы на автореферат В ДВУХ ЭК ЗЕМПЛЯРАХ ОБЯЗАТЕЛЬНО С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОД ПИСЯМИ направлять по адресу: 141001 г. Мытищи-1, Мое ковской области, МЛТИ. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек МЛТИ.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, доктор технических наук Ю. П. Семенов.

Зак. 640 Тир. 10

Объем 1 п. л.

Поди, в псч. 7-12-92

Типография Московского лесотехнического института

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дальнейшее развитие деревообрабатывающего станкостроения и эффективная эксплуатация оборудования уж невозможны без проведения комплексных экспериментальных исследований на надежность вновь создаваемых, модернизируемых или серийно выпускаемых машин в условиях станкозаводов и деревообрабатывающих предприятий. Применение существующих методов для проверки соответствия выпускаемых машин заданным требованиям к надежности связано с длительными испытаниями многих образцов и не позволяет получать оперативную информацию в приемлемые сроки. Это обстоятельство послужило причиной поиска методов исследования, позволяющих существенно сократить продолжительность испытаний на надежность при сохранении высокой точности оценки уровня надежности станков.

Простое ограничение длительности испытаний приводит к искажению данных о надежности изделия. Методы оценки надежности, оснозанные на статистическом подходе,требуют получения определенного количества отказов, или, по крайней мере, проведения испытаний з течение определенного периода. При простом ограничении продолжительности испытаний поток отказов получается неполным и снижается точность полученных показателей надежности.

Компромисс между требованием оперативного получения исчерпывающей информации о надежности и растущих при этом затрат на получение этой информации может быть достигнут при реализации следующих взаимодополняющих этапов:

созданием системы взаимодополняющих испытаний на надежность, диагностических процедур и контрольных проверок;

разработкой моделей прогнозирования надежности по результатам испытаний;

применением автоматизированных систем сбора и обработки данных, поскольку ручные методы сбора и обработки информации при испытаниях, особенно в производственных условиях, неэффективны из-за лимита времени и средств.

Дель работы. Разработка системы испытаний и прогнозирования надежности деревообрабатывающего оборудования з процессе его изготовления и эксплуатации на базе автоматизированных из-^ мерительно-диагностических комплексов.

Научная новизна. Разоаботан комбинированный метод оценки

_ А

уровня надежности оборудования, состоящий из сочетания ресурсных ускоренных автоматизированных испытаний, диагностических процедур, контрольных проверок и прогнозирования технического состояния объекта испытаний.

Для прогнозирования технического состояния разработана динамическая модель, позволяющая определять динамические характеристики (виброускорения, виброскорости, виброперемещения) исследуемого станка, в зависимости от уровня и сочетания входных воздействий (сил резания, дисбаланса вращающихся масс и др.), а также значений коэффициентов модели, характеризующих техническое состояние объекта испытания (жесткость, демпфирование). Разработана модель вибродиагностики механизма резания форматного станка по критериям точности и шероховатости обработки, позволяющая прогнозировать момент параметрического отказа без проведения натурного резания. Разработаны структура и требования к измерительно-диагностическому комплексу, отвечающему специфике деревообрабатывающего оборудования. Этот комплекс обеспечивает: многоканальный программный сбор экспериментальных данных, их накопление, обработку, хранение, документирование результатов обработки в течение всего периода испытаний; оперативное отображение данных, результатов обработки, режимов работы системы; диалоговый режим работы и самодиагностику системы.

Практическая ценность. Создан и прошел длительные испытания измерительно-диагностический комплекс для исследования надежности деревообрабатывающего оборудования. Отработаны процедуры и аппаратура для автоматизированного измерения, первичной переработки и хранения измерительно-диагностической информации о техническом состоянии станка. Впервые проведены автоматизированные ресурсные испытания дереворежущего станка на базе созданного комплекса. Разработано программное обеспечение для автоматизированной обработки результатов ускоренных испытаний на ЭВМ. Основные положения разработанного метода и измерительно-диагностические системы использованы в ускоренных испытаниях на надежность на станкостроительных заводах деревообрабатывающего станкостроения и дали экономический эффект.

Реализация результатов 'работы. Результаты работы приняты АО "Красный металлист" г. Ставрополь для использования при проведении испытаний деревообрабатывающего оборудования на на-

~ о ~

дежность.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-технической конференции "Научно-технический прогресс з лесной и деревообрабатывающей промышленности" 30 мая - л июня 1989 г. , г. Киев; ежегодных научно-технических конференциях Московского лесотехнического института 1988... 1991 г. г.; совместном заседании кафедр "Станки и инструменты" и "Автоматизация производственных процессов" от 14 сентября 1992 г.; научно-техническом совете станкостроительного предприятия АО "Красный металлист", г. Ставрополь, в декабре 1991 г.

Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано семь статей.

Структура я объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих зыводоз и рекомендаций, списка литературы ill наименований и приложений. Основное содержание изложено на 132 страницах машинописного текста, содержит 5? рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации, сформулирована цель исследований, приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

3 первой главе дана общая характеристика методов получения информации о надежности оборудования и делается вывод, что з настоящее зремя основным является метод стендовых ускоренных испытаний.

В результате проведенного обзора литературы был сделан зывод, что з настоящее время применительно к технологическому оборудованию, в том числе и деревообрабатывающему, имеются методики и программы проведения ускоренных испытаний. Однако некоторые теоретически разработанные эффективные методы проведения ускоренных испытаний на практике оказались нереализованными по причине отсутствия автоматизированных методов управления ходом испытаний. Кроме того,в испытаниях используются з основном ручные или, з лучшем случае, полуавтоматизированные методы сбора и обработки экспериментальных данных. Это не только ограничивает возможности испытаний, но и тормозит развитие новых

" О ~

методов.

Сама идея автоматизированных испытаний не нова. Так по заданной программе нагружения проводились испытания шарикоподшипников. коробок передач автомобилей, траншейных экскаваторов. С помощью механического командоаппарата проводились испытания некоторых деревообрабатывающих станков. Однако автоматизирований было только изменение режима нагружения станков в испытаниях.

Наиболее заметной работой в вопросе автоматизированных испытаний станков является исследование, проведенное в МГТУ под руководством проф. А. С. Проникова и создание там испытательно-диагностического комплекса. Основная особенность разработанного программного метода испытаний заключается в том, что испытание станка проводится по специальной программе, заложенной в ЭВМ,в результате чего оценивается реакция станка на весь спектр внешних воздействий. При этом определяются параметры, характеризующие точность станка, и дается прогноз возможного изменения его характеристик в процессе эксплуатации, т. е. оценивается параметрическая.надежность станка. Основные положения программного метода изучены и использованы в нашей работе.

В тс же время необходимо отметить специфику деревообрабатывающего оборудования. Это значительно более высокие скорости резания (20.. 50 м/с) при небольших силах (в среднем 30.. 50 Н), проходной метод обработки на скоростях подачи от 10 до 150 м/ мин, подача заготовок или режущего инструмента на каретках по направляющим качения протяженностью 1,5 м и более и др. Это определяет специфику происходящих износовых и усталостных процессов и особенности возникновения отказов, что необходимо учитывать при разработке систем и методов испытаний в деревообработке. Следовательно необходимо специальное исследование, направленное на создание автоматизированных методов испытаний, соответствующих специфике и техническому уровню деревообрабатывающего оборудования. Такие исследования, в частности, ведутся во ВНШШАЭДг. Испытания проводятся по специальной программе, заложенной в ЭВМ и отражающей весь диапазон режимов и условий эксплуатации оборудования с учетом вероятностной природы внешних воздействий. В работе сформулированы требования', предъявляемые к программным нагрузочно-имитируюшим устройствам (ЫИУ) и описана схема нагрузочного устройства, использующаяся для испытаний валов шпиндельных узлов.

Однако только испытания не могут оперативно дать исчерпывающую информацию о надежности. Наиболее перспективным следует признать метод, основанный на системе автоматизированных ускоренных стендовых испытаний с применением методов и автоматизированных средств диагностики с широким использованием моделей прогнозирования изменения технического состояния.

Использование методов прогнозирования надежности машин дает значительный экономический эффект,так как сокращаются затраты времени и средств на испытание опытных образцов; уже на стадии проектирования возможен выбор оптимального с точки зрения надежности конструктивного варианта. Прогнозирование может проводится на основе: моделей отказов; моделей экстремальных значений технических параметров; моделей, базирующихся на учете закономерностей процессов изнашивания; регрессионных моделей.

Объект непосредственного исследования, на примере которого была бы доказана возможность комплексных испытаний в автоматизированном режиме и отработанные методы и средства таких испытаний, должны отвечать ряду требований. Он должен иметь характерный для деревообрабатывающего оборудования поток отказов, быть наименее благоприятным с позиций надежности (узлы с динамическим нагружением от сил резания) и др.

В значительной степени предъявляемым требованиям отвечает оборудование для форматной распиловки плит, а конкретно - механизм резания круглопильного форматного станка. Эти станки и автоматические линии на их основе получили широкое распространение у нас в стране на мебельных, домостроительных предприятиях и заводах по производству ДСтП.

После функционального и конструктивного анализа в качестве объекта исследования был выбран пильный суппорт станка модели ЦТМ5 и линии МРП, созданной на его базе,выпускаемые Вологодским станкостроительным производственным- объединением. В пользу такого выбора говорило еще и то, что надежность этого суппорта была исследована методами ускоренных испытаний. Сохранилась и экспериментальная установка, которая послужила базой для создания нашего измерительного стенда.

Проведенный литературный и производственный анализ позволил сформулировать цель и задачи работы.

Во зтосой главе рассматриваются основные положения ко*«5и-" нированного метода, разработанного нами для целей автоматизм-

резанных испытаний. Суть метода состоит £ сочетании взаимодополняющих друг друга этапов прогнозирования технического состояния оборудования к стендовых ускоренных испытал и?., включавших е себя элементы технической диагностики.

Для прогнозирования технического состояния используется динамическая модель пильного суппорта (ПС), позволяющая определять его динамические характеристики (виброускорения, виброскорости, виброперемещеяия) в зависимости от уровня и сочетания входных воздействий (сил резания, дисбаланса вращающихся масс'и др.), а таете значений козфшиаиентсЕ модели, характеризующих техническое состояние объекта испытаний (жесткость, демпфирование). Зта модель представляет собой оператор Ь, устанавливающий сеязь между входными воздействиями на объект и выходными сигналами, описывающими реакцию объекта на эти воздействия.

Перед началом стендовых испытаний проводится измерение параметров начального качества ПС. Это параметры геометрической и технологической точности.шероховатости,жесткости, динамические характеристики. Причем зафиксированные значения жесткости используются в качестве исходных данных для модели прогнозирования, а динамические характеристики для настройки модели.

Стендовые ускоренные испытания включают г себя следующие основные этапы: собственно ускоренные испытания, контрольные испытания, испытания на параметрическую надежность.

Основу стендовых ускоренных испытаний составляют ресурсные испытания,которые в целях сокращения затрат и времени проводят в ускоренных режимах. Ускорение достигается е основном за счет уплотнения во времени наработки в межремонтный период.

Собственно ускоренные испытания представляют собой ускоренную выработку ресурса ПС на стенде. При этом на суппорт действует спектр нагрузок, близких к эксплуатационным, воспроизводимым автоматически программным НИУ под управлением микропроцессорного устройства. Это устройство также управляет ходом испытания, контролирует режим нагружения.

Через определенное время наработки (для суппортов Форматных станков - 125 ч) проводят контрольные диагностические испытания в автоматическом режиме с использованием измерительно-диагностического комплекса, построенного на базе ЭВМ. Контрольные испытания состоят из: проверки безотказности работы Есех механизмов суппорта: определения текущих значений парамет-

ров вибрации, используемых для корректировки модели прогнозирования, температуры подшипниковых узлов, колебаний диска пилы; контроле режима нагружения и работоспособности испытательного стенда.

Через 500,1000,1500 ч наработки ПС проводят испытания на параметрическую надежность. Они состоят в измерении в неавтоматизированном режиме показателей геометрической и технологической точности, шероховатости, жесткости суппорта, динамических характеристик. Эти испытания позволяют корректировать те параметры модели прогнозирования, замеры которых на поддастся автоматизации.

Динамическая модель прогнозирования параметрической надежности составлена на основании анализа конструкции ПС и внешних возмущений в динамической системе. При составлении модели были приняты следующие допущения:

а) так как жесткость несущих элементов суппорта значительно выше жесткости подвижных стыков, механическую модель представляем з виде сосредоточенных масс.соединенных невесомыми упругими связями. Поэтому шпиндельный узел (ПЗУ) с закрепленными на нем инструментом и шкивом представляется массой М1,гильза с рычагом и пневмоцилиндром - массой У2, двигатель с кронштейном - массой УЗ;

б) в связи с тем, что наблюдаемые на практике относительные колебания ПС имеют малую амплитуду (не более 0,4 мм), модель целесообразно рассматривать как линейную;

в) так как масса МЗ на порядок больше масс М1, Ш, то ее целесообразно принять неподвижной; '

г), демпфированием звиду его малости пренебрегаем;

Уравнения движения ПС составлены на основе метода, предложенного Р. С. Федорчуком, состоящего в том, что движения ШУ выводятся с помощью теоремы о дзижении центра инерции системы материальных точек вместе с теоремой об изменении кинетического момента системы материальных точек в относительном дзижении по отношению к центру инерции. Полученные уравнения представляются з виде графа ШУ, дополняемого до граша пильного суппорта, на основании которого зыписываются уравнения его движения.

После зведения системы координат и преобразований имеем

Пу\,у2,у,,у2, кр22,С1,С2,М,а.Ь,1с1,1с2) - ( 1 )

- 10 -

M-e-u? ?cos u?-t + -"рем + Fpes >

f(21,z2,z1,z2,^2 ,Cl,C2,M,a,b,lc1 ,lc2) - (2)

M-e-tt) ?sin u)-t + Fz + F2

рем pes '

ПУ1.У2'21'=2'У1'У2» f2e'Cl-C2'A,B,a,b'lcl'lc2^ " (

^ир + ррем 12 " ррез' 11'

f("£1,E,,y1,v2,z1,22, »pjg.^.Cg^A.B.a.b.lCj.lCg) - (4)

^ ~ Fieu h + F1e£ h'

f(z1,z2, НРуг • 1гил .Ci.Cg.C^.lCj.lCg.f), ( 5 )

«У1.У2- ^г.^гил .Ci.^.^.lc^lcg.f),, ( б )

где С1«у1< C?>y0f Cj-z^, Cg-Zg - проекции на соответствующие оси упругих реакций пружин С^, С2; Ы - масса шпиндельного узла;

а - расстояние от центра тяжести ШУ до левой опоры; Ь - расстояние от центра тяжести ШУ до правой опоры; lcj , 1с2 - расстояния соответственно от центра тяжести левой и правой опор ШУ до оси рычага крепления; е - остаточный дисбаланс ротора ШУ; и) - угловая частота вращения ШУ;

ррез'ррез,ррем'ррем " пР°екции на соответствующие оси силы резания и силы натяжения ремня ременной передачи;

М^ир' - проекции на соответствующие оси гироскопического момента;

у2 ' ~ угш повоРота рычага Ш относительна осей у2 ,

Zg соответственно;

. - моменты инерции гильзы ШУ и рычага ПС относи-гил гил

тельно осей у2 , z2 соответственно; -

Cj, С^ - жесткость подвижных стыков крепления рычага ПС к

- И -

фланцу электродвигателя;

Г - радиус расположения болтов крепления рычага ПС к фланцу электродвигателя относительно оси вращения его ротора;

- расстояние от центра тяжести ШУ до центра тяжести пилы;

12 - расстояние от центра тяжести ШУ до центра тяжести шкива;

X " перемещение суппорта в контрольной точке установки датчика вибраций по оси х;

1у2,1г2 - проекции контрольной точки на оси у2 , г2 -

Данная модель используется з комбинированном методе для прогнозирования технического состояния ПС по результатам стендовых испытаний.

Переходя к диагностической части комбинированного метода следует отметить, что традиционные комплексы контрольно-измерительной аппаратуры, применяемые сейчас для диагностики деревообрабатывающего оборудования, не приспособлены для целей автоматизации операций сбора и обработки измерительной информации. Для этих целей следует использовать автоматизированные измерительно-диагностические комплексы, построенные на основе вычислительной техники.

Особенностями операций сбора и обработки экспериментальных данных з этом случае будет:

одновременное измерение и регистрация ряда параметров - перемещений, вибраций, температуры, сил, моментов и мощностей;

проведение.операций обработки экспериментальных данных после окончания цикла (режима) испытаний, т.е. операции сбора и обработки разнесены во времени.

Разнообразие требований, предъявляемых к измерительно-диагностическим комплексам,можно удовлетворить только в том случае, если использовать модульно-иерархический принцип построения таких систем. Этот принцип предусматривает выполнение каждым модулем, входящим з состав комплекса, строго определенных функций с возможностью обмена результатами выполнения между блоками. Перспективность подобного подхода доказывает и анализ передового зарубежного опыта в этой области.

Таким образом, измерительно-диагностические комплексы для автоматизированных испытаний деревообрабатывающего оборудования предлагается выполнять двухуровневыми: первый уровень

гмерктельная система, второй уровень - модуль вторичной обработки испытательной информации, ее документирования, хранения и т. д.

Для выполнения комплексом возложенных на него задач, он оснашается развитым программным обеспечением (ПО), которое обеспечивает выполнение операций по функционированию системы, возможность работы с системой в диалоговом режиме, обмен информацией с другими модулями и внешними устройствами. ПО микроэвм должно содержать системное и прикладное ПО. Прикладное ПО должно содержать программы обработки экспериментальной информации, представления данных в форме, удобной пользователю, документирование , хранение результатов обработки и т. д.

Модель вибродиагностики ПС предназначена для расчета предельных уровней виброперемещений■суппорта станка ДТМФ.соответствующих моментам наступления отказа по параметрам величины сколов на пласти шита ДСтП и непрямолинейности пропила Результаты расчетов используются совместно с решениями модели прогнозирования технического состояния суппорта для Фиксации момента наступления параметрического отказа При построении модели использованы полученные в работе Н. Е ПалееЕой результаты. Они представлены в виде регрессионных уравнений зависимости величины сколое на пласти шита тск и непрямолинейности пропила

от варьируемых Факторов: Т - времени наработки ПС; Н -высоты пакета плит; - пути резачия; - подачи на зуб:

~'СК= ПТ.Н.З^), ( 8 )

'7,нп " Г(Т,Н,5ф,3„), ( 9 )

а также зависимости изменения амплитуды А виброперемещений ПС от наработки Т.

Выражение для определения вероятности я того, что параметрический отказ может наступить раньше момента достижения уровней виброперемещений Аск (по критерию сколов) и Анп (по

критерию непрямолинейности):

5 - >2 а' А- ьо} ' ( 10 ^

где Ф - нормированная Функция Лапласа, 0^Ф<0,5;

пи - математическое ожидание амплитуды виброперемещений А;

а

3, - ее среднее квадратическое отклонение:Ъ0 - коэффициент.

Лля определения уровня А при заданном с служит уравнение: А = -а * V3 а - < 11 '>

где хГ) - квантиль нормального распределения.

Третья глава содержит методические положения экспериментальной части работы.

При проведении автоматизированных ресурсных испытаний ! АРИ) решались следующие задачи:

установление параметров ПС, наиболее полно отражающих его техническое состояние;разработка методов и средств измерения этих параметров; разработка программно-математических методов анализа обработанной информации, ее накопления и выдачи для принятия решения; создание и отработка структуры измерительных и управляющих систем для отработки методов измерений и переработки информации, а также программного нагружения ПС с использованием вычислительной техники.

АРИ представляют собой программные испытания станка на стенде с помощью НИУ, которое последовательно воспроизводит зесь спектр эксплуатационных нагрузок. В течение Есего времени испытаний обеспечивается последовательное Фиксирование отказов, сбоеЕ, работ по их устранению, техническому обслуживанию и ремонту. Кроме того, е начале испытаний и через каждые 500 ч наработки производятся испытания на параметрическую надежность -оценка технического состояния ПС, которая состояла из замеров технологической и геометрической точности, шероховатости обработки. жесткости, дополненных операциями измерения вибраций и температуры.

Контрольные испытания проводятся периодически через часов наработки стачка в режиме его нагружения программным нагрузочным устройством. Продолжительность очередных контрольных испытаний - 8 часов, причем в их начале и через каждый час работы станка проводится регистрация основных параметров, характеризующих его техническое состояние с помощью автоматизированного измерительно-диагностического комплекса

Режим проведения испытаний - автоматический. Задание циклограммы работы станка, управление программным НИУ, контроль параметров нагружения, диагностирование состояния технических средств испытаний осуществляется универсальным программируемы),« контроллером ЫС2702, представляющим собой одноплатную микро-

ЭВМ, по программе, занесенной в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) контроллера.

Через каждый час работы станка в ходе контрольных испытаний с помощью ИДК проводится регистрация вибрации элементов конструкции пильного суппорта и температуры подшипниковых узлов шпинделя суппорта.

В качестве обрабатываемого материала использовалась плита древесностружечная, облицованная синтетическим шпоном, на основе пропитанных бумаг ТУ 13-160-79. Основные физико-механические свойства плиты толщиной 16 мм: марка П-2 Т группа А ГОСТ 10632-77 - плотность - 650 кг/м^; содержание связующего -10 %-, количество слоев - 3; прочность при изгибе - 18,0 МПа.

Для проведения опытов были подготовлены четыре пилы с пластинками из твердого сплава по ГОСТ 9769-79, тип 2 с параметрами: диаметр Б - 350 мм. диаметр посадочного отверстия с! -50 мм, число зубьев г - 55, толщина пилы В - 4 мм, толшина полотна пилы Ь - 2,3 мм, углы резания: задний - 15 , передний ¿Г= 15, заточки $ - 60. полотно пилы - сталь 50ХФА. пластинки пилы - твердый сплав ВК-15.

Большинство форматных станков имеют частоту вращения пильных шпинделей 3000 мин"', поэтому при диаметре пил 350-400 мм скорость резания - 55-63 м/с.

Основными оценочными показателями в испытаниях принимались точность и шероховатость обработки.

Точность обработки оценивалась по результатам проверок в соответствии с ГОСТ 24610-81 и ГОСТ 24642-81.

В качестве параметра шероховатости принята величина сколов на пласти шита, которая оценивается по параметру йотах -среднему арифметическому из наибольших отдельных величин сколов на пласти, измеренных з направлении, перпендикулярном плоскости пропила. Величина сколов не должна превышать припуска на последующую обработку, т.е. 7 мм для чернового и 0,5 мм для чистового раскроя.

Управление стендом осуществляется программируемым контроллером .МС2702. Конструктивно он выполнен в виде собственно контроллера на основе микропроцессорного комплекта микросхем серии КР580 и пульта управления. Он управляет опусканием и подъемом ПС, назначением режима нагружения и его контролем.

Для автоматического измерения характеристик технического

состояния стенда в автоматизированных испытаниях используется измерительно-диагностический комплекс ( ИДК), представляющий собой двухуровневую систему.

Верхний уровень выполнен на базе микроэвм ДВК-2М, отличающейся наличием развитого программного обеспечения,нижний уровень - микропроцессорная измерительная система CMC) - выполнен на базе микросхем серии КР580. Необходимость изготовления оригинальной МС вызвана тем,что системы с требуемой конфигурацией аппаратурных средств серийно не выпускаются. Верхний и нижний уровни сообщаются друг с другом через стандартный последовательный интерфейс типа "токовая петля".

Конструктивно нижний уровень ИДК выполнен в виде собственно МС, представляющей собой одноплатную микроЭБМ; колодки, к которой, подстыковываются нормирующие преобразователи сигна-' лов датчиков; комплекта датчиков вибраций, перемещений,температуры, частоты вращения; цветного монитора; пульта управления ИДК; кабельных линий связи.

В качестве датчиков вибрации используются низкочастотные пьезоакселерометры типа АНС-014 с рабочим диапазоном частот до 125 Гц и коэффициентом чувствительности 10 мВ/м/с2. При проведении измерений использовался прибор для измерения шума и вибраций ЕШВ-1, выход которого подключен ко входу светолучевого осциллографа Н-117; измерительные каналы вибрации ИДК.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований. Была подтверждена адекватность динамической модели в первый момент испытаний при фиксации начального качества ПС. Идентичность сигналов оценивалась по амплитудно-частотным характеристикам, а именно: сравнивались амплитуды и частоты первых гармоник частотных спектров. Для численного решения модели использовался пакет программ,разработанный в МЛТИ и доработанный нами. Расчет проводился дважды, второй раз со скорректированными коэффициентами модели. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Полученная точность совпадения амплитуд виброперемещений является удовлетворительной для целей нашего исследования.

Анализ модели вибродиагностики позволил определить предельные уровни виброперемещений суппорта станка ПТМФ, соответствующих моментам наступления отказа по параметрам величины сколов на пласти шита ДСтП и непрямолинейности пропила. Резуль-

Таблица 1

Амплитуды виброперемещений элементов суппорта

Амплитуда виброперемещений на частоте,мм

25 Гц

50 Гц

Данные эксперимента Первый расчет Повторный расчет

0,28 0,19 0,226

0,31 0,12 0,214

таты расчетов использованы совместно с решениями модели прогнозирования технического состояния суппорта для выявления областей изменения параметров динамической модели, соответствующих областям работоспособности суппорта.

При определении предельных уровней виброперемещений проводилось совместное рассмотрение регрессионных моделей зависимости зеличины сколов на пласти шита ДСтП и непрямолинейности . пропила от варьируемых параметров, а также модели изменения амплитуд виброперемещений суппорта на холостом ходу от наработки.

Затем по изложенной выше методике были проведены ресурсные ускоренные испытания, в которых фиксировались значения оценочных показателей (табл. 2) и данные об отказах элементов ПС.

В течение ресурсных испытаний проводились контрольные испытания (через 125.ч каждое). .Замеры проводились з режиме автоматизированного эксперимента. Во время работы стенда с пульта давалась команда "Измерение". Измерительно-диагностический комплекс автоматически проводил запись виброускорений элементов суппорта. Результаты измерений з виде осциллограмм выводились на экран монитора и переписывались на магнитные носители микроэвм. Используя клавиатуру микроэвм, запускалась програм-_ ма, которая осуществляла фильтрацию записанных данных с целью устранения случайных погрешностей, а также перевода значений виброускорений в виброперемещения. Далее запускалась программа, позволяющая рассчитать частотный спектр зафиксированных зибропроцессов. Результаты расчетов отправлялись в Файл хранения результатов обработки.

Таблица 2

Результаты измерений в ускоренных испытаниях

Измеряемый показатель Величина показателя на момент Т

Т-0 ч Т>70 и (500 Ч) т '.Л п. Г» (1000 ч) п »» (1500 ч

Непрямолинейность. кромки, мм Ееличина сколов, мм Ьрез-О м Ьрез-1008 м Ьрез-0 м Ьрез-ЮОЗ м п СП? и. и' [ 0,72 г од и, г» ПС I , эи 0,71 0,86 7,7 9,31 0,85 1,01 9,37 10,98 1,15 ^ ± , С'с 12.94

Биение торцевое,мм Биение радиальное Жесткость,х10? Н/м 0.08 0,09 2 0,09 0,11 ^. С С 0,11 г. ^ с и, хС 0,13 0,14 0,75

Работа управляющей и измерительно-диагностической систем ео время автоматизированных ресурсных испытаний отличалась высокой эффективностью и приемлемым уровнем надежности. Это подтвердило правильность основных структурных и схемотехнических предложений по принципам построения подобных систем, рассмотренных е теоретической части данной работы. Совершенствование подобных комплексов должно идти по пути использования последних достижений е области микроэлектроники - применение микросхем большей степени интеграции,с меньшим энергопотреблением и т. д. , что позволит повысить надежность этих систем.

Зля осуществления процесса прогнозирования технического состояния ПС по результатам контрольных испытаний предварительно строились зависимости, представляющие собой изменение коэффициентов динамической модели от наработки. Путем варьирования коэффициентов итерационным методом добивались наибольшего приближения результатов решения модели к результатам этих измерений. При этом учитывались результаты анализа модели о степени влияния каждого коэффициента и сначала варьировались те из них, которые оказывают наиболее сильное влияние.

Полученные зависимости изменения коэффициентов модели аппроксимировались зависимостями вста

С - а„ + а.- Т -<- &г- ? . ( 15

- 18 - -

где Т - наработка суппорта; С - аппроксимируемый коэффициент; а0 , , -¿2 - коэффициенты аппроксимации.

Анализ данных о вибрациях суппорта, полученных по результатам измерений с помощью измерительно-диагностического комплекса и прогноза, показал хорошую степень их совпадения.

Для оценки экономической эффективности разработанного -комплексного метода испытаний проводились расчеты их стоимости в сравнении со стоимостью обычных ускоренных испытаний. Расчеты были проведены в сопоставимых условиях базового испытательного подразделения Ставропольского станкозавода "Красный металлист" по результатам реальных испытаний на надежность механизма резания линии по обработке оконных створок, в которых принял участие автор диссертации. Расчеты показали, что комплексные испытания дают экономический эффект по сравнению с обычными испытаниями не более 30 Это зызвано резким возрастанием затрат на аппаратурное обеспечение комплексных испытаний. 3 то же время предложенный метод позволяет получить информацию о надежности более чем з 5 раз быстрее, причем при увеличении длительности испытаний этот этфект еще более значителен.

ВЫВОДЫ

1. Разработан комбинированный метод оценки уровня надеж' ности оборудования,состоящий из сочетания ресурсных ускоренных

автоматизированных испытаний, диагностических процедур, контрольных проверок и прогнозирования технического состояния объекта испытаний. Он позволяет, решить проблему быстрого получения исчерпывающей информации о надежности при минимизации растущей при этом стоимости процесса получения этой информации.

2. Для прогнозирования технического состояния разработана динамическая модель, позволяющая .определять динамические характеристики исследуемого станка,в зависимости от уровня и сочетания зходных воздействий,а также значений коэффициентов модели, характеризующих техническое состояние объекта испытаний.

3. Точность прогнозирования повышается за счет контрольных диагностических испытаний, прозодимых в промежутках между испытаниями на параметрическую надежность. С этой целью разработана модель зибродиагностики, позволяющая прогнозировать мо-

мент наступления параметрического отказа по критериям точности и шероховатости обработки без реального резания.

4. Разработан оригинальный, отвечающий специфике деревообрабатывающего оборудования,измерительно-диагностический комплекс, который обеспечивает многоканальный программный сбор экспериментальных данных, их накопление, обработку, хранение результатов обработки в течение всего периода испытаний, опе--ративное отображение данных и результатов- обработки, режимов работы системы, диалоговый режим работы и самодиагностику системы.

5. Измерительно-диагностический комплекс для испытаний деревообрабатывающего оборудования следует выполнять двухуровневым; первый уровень - собственно измерительная система, второй уровень - модуль вторичной обработки на базе микроэвм. Для выполнения комплексом возложенных на него задач он должен оснашаться развитым программным обеспечением.

6. Измерительно-диагностический комплекс прошел длительные испытания. Опыт его применения в ресурсных испытаниях показал правильность основных структурных и схемотехнических предложений по принципам построения подобных систем, рассмотренных б теоретической части данной работы. Они рекомендуются для широкого применения в Базовых испытательных подразделениях станкозаводов по производству деревообрабатывающего оборудования.

7. Ресурсные испытания, дополненные диагностическими контрольными испытаниями, проводимые в автоматическом режиме, позволяют получить полную и достоверную информацию для того, чтобы оценить изменение технического состояния исследуемого станка и произвести прогноз с помощью динамической модели.

8. Процесс прогнозирования технического состояния станка должен предворяться определением зависимости изменения коэффициентов динамической модели от наработки. Путем варьирования коэффициентов следует добиваться наибольшего приближения результатов решения модели к результатам этих измерений. При этом необходимо учитывать степень влияния каждого коэффициента и варьировать в первую очередь те из них,которые оказывают наибольшее влияние.

9. Эффективность комбинированны?: автоматизированных ускоренных испытаний оценивалась по общепринятой методике. Их се-

_ Г.Л _ i-U

бестоимость меньше на 30 X, а продолжительность сокращается более, чем в 5 раз по сравнению с ускоренными испытаниями, проводимых обычными методами.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Амалицкий В.В. , Бондарь Е Г. , Рябов ЕЕ и др. Ускоренные испытания на надежность деревообрабатывающего оборудования //Научн. тр. "Ученые зузов - народному хозяйству"/Москва, София

- 1989. .- С. 59-63.

2. Амалицкий Е В., Бондарь Е Г., Рябов Е Е Микропроцессорная система для оценки технического состояния и надежности деревообрабатывающего оборудования // Тез. докл. XVII Научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности" 30 мая-1 июня 1989 г.

- Киев. - 1989. - С. 30.

3. Амалицкий Е В. Бондарь 3. Г. , Рябов Е Е Автоматизированные испытания деревообрабатывающего оборудования на надежность // Научн. тр. / МЛТИ. - 1989. - Вып. 213. - С. 4-7.

4. Рябов Е Е Измерительная система для автоматизированных испытаний на надежность деревообрабатывающих станков // Научн. тр. / ШГГИ. - 1990. - Вып. 228. - С. 40-45.

5. Амалицкий Е Е , Рябов В. Е Технические средства измерения в автоматизированных испытаниях на надежность деревообрабатывающих станкоз //Тез. докл. III Всесоюзного совещания молодых ученых и специалистов с участием зарубежных ученых "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" 14-19 мая 1991 г. - iL - 1991. - С. 112.

5. Рябов В. Е Микропроцессорная управляющая система для проведения программных испытаний на надежность пильных суппортов форматных станков // Научн. тр. / МЛТИ. - 1991. - Вып. 236.

- С. 77-79.

7. Рябов Е Е Метод написания динамических моделей механических систем // Научн.. тр. / МЛТИ. - 1992. - Вып. 240. - С. 152 -156.