автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Совершенствование методики проектирования валковой арматуры сортовых станов на основе применения математических методов и ЭВМ

; : од

1 Ц н'м ¡опц На праваЬс рукописи

' и I IrlsI

Слукин Евгений Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАЛКОВОЙ АРМАТ7РЫ СОРТОВЫХ СТАНОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ЭВМ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины

обработки давлением

..Автореферат диссертации на соискание ученой степени ■ кадцатата технических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением Уральского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ШИЛОВ В. А. '

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

поляков б. а;

кандидат технических наук, доцент БАГАЗЕЕВ Ю. М.

Ведущее предприятие - АО "Металлургический завод

им. А. К. Серова"

Защита состоится. 5 июня ■ 1995 г. в 14®часов на заседании диссертационного совета К Оба 14.12 при Уральском государственном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г." Екатеринбург, К-2, Мира,19, УГТУ, ученому секретарю совета университета.

Автореферат разослан " 4 " мая 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 063.14.12,, кандидат технических наук, доцент Е П. Костров

нт 1

ОБЯАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы." Одной из важных задач, стояпих перед отечественным прокатным производством на современном этапе, является сокращение сроков освоения новых профилей проката. Это диктуется пре.чде всего складывавшейся з экономике ситуацией, заставляющей заводы чалэ обновлять.выпускаемый ими сортамент продукции. Решение указанной задачи требует существенного ускорения технологической подготовки сортопрокатного производства, включахздэй разработку калибровок валков и проектирование валковой арматуры прокатных станов, необходимой для осугзэстзления процесса прокатки каждого нового профиля.

3 области псюектирования калибровок валков сортовых станов в настояаэе время широко внедряются эффективные автоматизированные методы, основанные на применении персональных компьютеров, графопостроителей и множительной техники, что существенно сокращает сроки разработки калибровок новых профилей.

В области проектирования валковой арматуры сортовых станов до настояЕЭГО времени преобладает практический опыт конструкторов и калибровщиков, автоматизированные методы не применяются.Это приводит к тому, что сроки проектирования вг.яковой арматуры значительно превьпают сроки разработки калибровки валков, вследствие чего увеличивается продолжительность процесса технологической подготовки сортопрокатного производства и, следовательно, удлиняются сроки освоения новых профилей. Поэтому в репении сессии прокатного производства научно-технического совета Уинчермета СССР от 17-18.12.87 "О рациональных калибровках валков и привалковой арматуре средне- и мелкосортных станов" отмечалась необходимость совероенствования процессов проектирования и изготовления арматуры в направлении применения средств вычислительной техники.

Изложенное дает основание считать актуальным проведение на-• учно-исследовательской работы, направленной на сокращение сроков проектирования валковой арматуры прокатных станов за счет применения средств автоматизации.

Диссертационная работа составляет часть исследований Уральского технического университета, проводимых по теме

255/01.8S. 0000706, утвержденной Государственным комитетом по высоей вколе и по гранту 1993 г. , а такде по заказам ряда металлургических заводов Урало-Сибирского региона.

Пелыо диссертационной работы является разработка и внедрение усоверсенствованной методики,расчета и конструирования валковой

- А -

грыатуры сортовых станса на осноге применения математических методов и современных средств автоматизированного проектирования.

В диссертации разработаны к выносятся на залзггу следующие основные положения:

1. Классификация конструкций валксЕОй арматуры, разработанная на основе пр;1менения системной методологии и позволяющая описывать структуру арматурных узлов в виде' функциональных формул.

2. Автоматизированная база данных (АБД) "Валковая арматура", разработанная на основе построенной классификации.

3. Козые конструкции зводной арматуры, разработанные с применением полученной классификации.

4. !.{атекатические модели калибров, .профилей и сменных деталей валковой арматуры (линеек, пропусков, проводок и др.).

5. Эмпирические зависимости для определения размеров деталей валковой арматуры.,

6. Алгоритма и программы автоматизированного конструирования калибров и сменных деталей валковой арматуры. Обсий алгоритм проектирования арматурных узлов прокатных станов.

7. Результаты применения разработанной методики на металлургических заводах и в вузах.

Новизна и научная ценность полученных результатов заключается в следующем:

- усовершенствована классификация валковой арматуры сортовых станов с введением формализованного описания конструкций арматурных узлов;

- установлено, что для ¡математического моделирования элементов валковой арматуры в диалоговых системах автоматизированного проектирования наиболее приемлемым является метод Бэзье параметрического описания кривых и поверхностей с двумерной моделью представления ручьев и калибров и с"трехмерной моделью деталей, построенной кинематическим методом;

- разработана универсальная двумерная математическая модель для описания калибров, ручьев и профилей произвольной формы, а также плоских проекций деталей валковой арматуры;

- :.:казано, что в трехмерных моделях любая поверхность деталей арматуры, описывается единой системой уравнений. Получено преобразование этой системы для частных случаев моделирования поверхностей вращения, тора, вырожденной, билинейной и др.;

- получены статистические зависимости для определения размеров деталей валковой арматуры, сбобизюсяе опыт проектирования арматурных узлов на заводах и в научно-исследовательских институтах

Практическую ценность представляют следующие разработки:'"

- автоматизированная база данных о валковой арматуре прокат-

ных станов, позволявшая оперативно выбирать на ЭВЙ конструкции арматурных узлов, определять тип отдельных элементов арматуры и получать информацию по другим вопросам, возникавши в процессе конструирования арматуры и при обучении студентов в вузах;

- алгоритм и программа графического отображения калибров, профилей и ручьев, нарезаемых на прокатных валках и сменных деталях валково*; арматуры (программа "ГРАСОЕ");

- алгоритмы автоматизированного проектирования в диалоговом режиме типовых сменных деталей валковой арматуры (направляют* линеек, пропусков скольжения и качения, выводных и кантугаях проводок) ;

- общий алгоритм автоматизированного проектирования арматурных узлов сортовых станов;

- новая конструкция вводной арматуры, загиаэнная . авторским свидетельством, а также усоверпенствованная конструкция многоручьевых вводных столов черновых рабочих клетей.

Внедрение подученных разработок. АБД "Валковая арматура" используется на кафедре ОВД УГТУ при обучении студентов специальности 11.06 - Обработка металло? давлением . Црограмма "ГРАСОК" внедрена в калибровочных бюро Западно-Сибирского и Нкхг яэ тагальского металлургических комбинатов, передана в составе программного обеспечения АРМ калибровщика производственному объединению "Уралчермэт" и УКРНККЮу, используется в отраслевой лаборатории автоматизированного проектирования калибровок- валков на • кафедре ОВД УГТУ. С применением разработанных алгоритмов и программ усовершенствованы конструкции валковой арматуры станов 280 и 600 Салдинского метзавода, разработана и изготовлена валковая арматура стана 600 для прокатки профиля автообода 1р8.5-20-03 и валковая апматура для прокатки профиля СВП-27 ка стане 650 ВКЗа, сконструирована и изготовлена арматура нового лабораторного непрерывного стана 120. Разработанные математические модели пригодны для использования в системах изготовления на станках с ЧПУ самих деталей валковой арматуры или их деревянных макетов, применяемых при отливке этих деталей.

Достоверность полученных рагработок и рекомендаций основывается на применении современных методов исследований: системной методологии классифицирования материальных объектов,методов вычислительной и проективной геометрии, математической статистики, а такие на использовании накопленного опыта проектирования валко-г.эй арматуры и данных, полученных предыдущими исследователями.

Апробация подученных, результатов. ' По основным разделам диссертации сделаны сообщения на научном семинаре кафедры ОУД УГТУ,

• в УКРНШЕТе, ка Западно-Сибирском и ^Махетагильска'л ме-галогических комбинатах!-

- б -

Публикации. По' теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 118 наименований, пят;, приложений и содержит 138 страниц основного машинописного текста, 65 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ 0Е30? И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Валковая арматура представляет собой комплекс устройств и деталей,устанавливаемых ь рзбочих клетях прокатных станов и предназначенных для осуществления процессов ввода прокатываемой полосы з валки, удержания ее в нужном полол;кии, снятия переднего конца раската с валков, кантовки раската при :»ыходе из калибра и направления его для осуществления дальнейших технологических операций.

Реализация указанных функций в кахдом технологическом процессе определяется формой и свойства;-.® калибров, применяемых при сортовой прокатке. Поэтому валковая армат;—-а неразрывно связана с калибровкой валков и образует зкйсте с прокатными валками единый комплекс технологического инструмента сортокых станов. Следовательно, методы проектирования валковой аркатуры к калибровок валков следует рассматривать как единую систему технологической подготовки сортопрокатного произведет?.!, состоящую из двух соответствующих подсистем.

Анализ существующего состояния а каллой из указанных подсистем позволил сделать следующие выводы.

В подсистеме проектирован;«! калибровок валков шрота внедряются автоматизированные методы. . С этой целью в трудах ДОННИЗГЧер-мета, УКРНИИМэта, УГТУ-, МйСиСа разработаны научно обоснованные модели процесса сортовой прокатки, составлены прог «даы расчета калибровок валков, создана САП? "Сортовая прокатка".

В развитие методов проектирования валковой арматуры большой вклад внесли И. С. Трииевский, Б. М. Щум, А. П. Чекмарев, Ю. С. Черзо-бривенко, Н. О. Грицук,• а Е Седин, И. Ю . Приходько и коллективы МКИЫЕТМава, УКРНИИМета, ИЧМ, машиностроительных и металлургических заводов. В трудах этих авторов представлены конструкции арматурных узлов, получены эмпирические формулы и соотношения для расчета деталей валковой. арматуры, созданы методы аналогий, рассмотрено силовое воздействие валковой арматуры и прокатных

валков. Однако при проектировании а;.:.'лтурных узлов и деталей до настоящего времени преобладает практический опыт конструктороз и калибровщиков, автоматизированные методы не применяются. Это приводит к тому, что сроки проектирования валковой арматуры для прокатки ' каждого нового профиля значительно превышают сроки разработки калибровок валков, зследствие чего увеличивается продол:*и-тельность технологической подготовки процесса прокатки новых профилей.

С целью внедрения средств автоматизации в проектирование валковой арматуры и сокращения сроков технологической подготовки процессов сортовой прокатга в диссертационной; работе необходим-> решить следующие задачи:

- разработать формализованное описание классификации валковой арматуры и на-его основе создать автоматизированную базу данных по конструкциям арматурных узлов;

- разработать единую математическую модель построения контура ручьев и калибров произвольной формы, нарезаемых на прокатных валках и рабочих деталях валковой арматуры (направляющих линейках, вводных пропусках, проводках к профилированных роликах);

- обобщить известные методы определения ■ формы и размеров сменных рабочих деталей валковой арматуры и на основе такого обобщения создать математическую модель и алгоритш расчетов этих деталей;

- реализовать разработанные математические модели в виде программ расчетов и конструирования валковой арматуры на современных персональных ЭВМ, снабженных графопостроителем;

- разработать общую структуру диалоговой подсистемы автоматизированного проектирования валковой арматура сортовых' станов для САПР технологической подготовки сортопрокатного производства.

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КЛАССКФШ'-МИИ ВАЛКОВОЙ АРМАТУРЫ И РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ

Традиционные классификации валковой арматуры не содержат математической модели, пригодной для использования в системах автоматизированного поиска информации о конструкциях арматурных узлов. Они содержат лишь неформализованное описание этих узлов и разделение их по группам в зависимости от назначения, места уста-ювки относительно валков, рода трения между полосой и деталями 1рматуры и т. п.

Для создания формализованной- классификации конструкций вал-совой арматуры была применена системная методология классифициро-зания материальных объектов, включающая две взаимосвязанные про-

цедурьь таксономию - разбиение объектов на группы (таксоны) по общности их функционального воздействия, и мерономию, состоящую в разбиении объектов на структурные части (мероны) и их разновидности (модусы). Для описания классифицируемых объектов в системо-логии применяют функциональные формулы, включающие кодовые обозначения таксонов, меронов. модусов и представляющие сжатое операционное знание об объекте.

По функциональному воздействию на прокатываемую полосу выделены следующие таксономические группы валковой арматуры: вводная А1 (направляющая А1Н и удерживающая А1У), выводная А2 (снимающая А2С, направляющая А2Н и выпрямляющая А2В), кантующая АЗ (валковая АЗВ и проводковая АЗП), межлетьевая А4 (направляющая А4Н и выпрямляющая А4В). Структура строения (архетип) каждой группы арматуры характеризуется набором конструктивных элементов (меронов) и их разновидностей (модусов), каждому из которых присвоено кодовое обозначение. В общем случае адхетип может включать 13 меронов и 66 модусов, например, арматурный брус нижний 1Н, верхний 1В, закладной 13, подвесной 1П и др.; направляющие линейки скольжения 2С, качения 2К, вертикальные 2В, горизонтальные 2Г; проводки нижние ЗН, верхние ЗВ, с грузовым уравновешиванием ЗГ, с болтовой регулировкой ЗБ и т. п.; коробки открытого 60 и закрытого 63 типа; крепление линеек и коробок на арматурном брусе (болтовое с планкой 7П или с сухарем 7С, с горизонтальным 7Г или вертикальным 73 болтом) и другие элементы.

Анализ действушях конструкций валковой арматуры позволил обобщить данные о применении каждого модуса в различных таксономических группах в виде табл. 1, где в столбцах 3-11 указывается возможность (1) или невозможность (0) использования рассматриваемого модуса. Таблица 1

Обобщенный архетип арматуры Архетип таксонов арматуры

Номер и наименование керона Модус вводной выводной кактующ межклет.

Название А1Н А1У А2Н А2С А2В АЗВ АЗП А4Н А4В

1. Арматурный брус нижний Н 1 1 1 1 1 0 1 0 0

верхний В 10 0. 1.0 1.0 1.0 1,0 0 0

2. Линейки направ- с коль ж. С 1.0 0 1.0 "о' 1.0 0 'о' 0 0

ляющие (вводные качен. К 1.0 0 1.0 0 1.0 0 0 0 0

и выводные) верт. В 1 0 1 0 1.0 0 0 0 0

С учетом принятых обозначений составлены функциональные формулы конструкций валковой арматуры, включахидае код таксона и кортеж входящих в него меронов. Например, конструкция вводной направляющей арматуры, содержащей нижний арматурный брус и направляющие вертикальные линейки скольжения с креплением их на брусе при

помощи сухаря и горизонтального болта, описывается формулой А1Н (1НП; 2ЁС; 7СГ), где точка с запятой используется для разделения меронов. В результате описания по такой методике современных конструкций валковой арматуры составлены таблицы, содержание функциональные формулы арматурных узлов, применяемых на заготовочных, крупно-, средне-, мелкосортных и проволочных станах в зависимости от типа рабочих клетей и систем калибров. Форма представления такой информации приведена в табл. 2.

Таблица 2

Тип рабочих клетей Применяемые системы калибров Тип прокатных станов

Заготовочные Рельсобал. и крупносорт.

линейные линейные

Черновые горизонтальные Ящичные,фасонные разрезные калибры Ввод» А1Щ40Рп;5С,Б) :ая арматура (AI) А1Н(1НЗ,П;40;7К,СВ) AI Щ1 КЗ, П; 2СВ; 7СВ)

На основе построенной классификация разработана автоматизированная база данных "Валковая арматура" поз управлением типовой СУБД RISS на ЭВМ типа СМ-4 (НАКРК-41) в операционной системе РА-СОС. Полученная формализованная информация о валковой арматуре помешена в память ЭЕМ в виде четырех нормализованных отношений. ■Каждому кодовому обозначению элементов арматуры поставлено в соответствие кх графическое отображение. Созданная база позволяет с использованием средств СУБД получать ответы на разнообразные запросы пользователя, возникающие при изучении и проектировании арматурных узлов прокатных станов. В частности,пользователю предоставляется возможность узнать какие элементы арматуры применяются в различных таксономических группах, определить конструкцию арматурных узлов различных станов, получить ■ информацию о конструкции каждого компонента арматурного узла и т. п. Время формирования запроса с клавиатуры составляет 2-3 мин , а время ответа на запрос - не более одной минуты.

Разработанная классификация и база данных позволяет выявлять недостатки известных арматурных узлов, определять пути их устранения и таким образом-усовершенствовать действующие и создавать новые конструкции валковой арматуры. Таким путем з диссертации разработана новая конструкция вводной арматуры (рис. 1), отличао-саяся тем, что с целью улучюения условий захвата полосы валками роликовые пропуски иыэет фрикционный привод ст прокатных валков

при помощи специальных колес и двух 'пружин. Таким образом определена новая функция вводной арматуры - задающая.

С использованием созданной классификации усовераенствоваш конструкция вводного стола крупносортного стана 600 Салдкнскогс метэазода.

Подученная классификация и АБД "Валковая арматура" используются с 1991 г. в учебном процессе на кафедре ОВД при изученк; устройства валковой арматуры, при выборе конструкции арматурньс узлов в курсовом и дипломном проектировании.

а РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ ЩЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ ВАЛКОВОЙ АРМАТУРЫ

Детали валковой арматуры (линейки, пропуски, проводки, ролики и т. п.) рассматриваются как геометрические объекты, состояци< га плоских участкп и лекальных поверхностей, форма которых зависит от конфигурации нарезанных на валках калибров и профил: прокатываемой полосы. Математическое моделирование таких объекте; является предметом вычислительной геометрии. В результате анализ; известных методов вычислительной геометрии в диссертации установ

лено, что для диалоговых систем автоматизированного, проектирования валковой арматуры наиболее целесообразно применить метод Безье параметрического описания кривых й поверхностей с двумерной моделью представления ручьев и калибров и с трехмерной поверхностной моделью деталей. Причем в качестве полиномиального базиса для заданчя кривой Безье целесообразно использовать полиномы Бернштейна второй степени.

С учетом этого любой сегмент конического сечения (рис. 2) с конечными точками Р. и Р} и касательными в этих точках, пересекающимися в точке Р1 , описываются по методу Безье уравнением

Г(и)= Г.ш.({-и)1*2пти({-и) +пигги3 } (!) иг, ({-U.fi 2Щи({-и) *иггЧг

где Г (и.) Го .г{ ,

радиус-вектор точки кризой; II - параметр, Ч€[0,И ; - радиусы-векторы вершин характеристической ломаной Я • сегмента в точках Н и Р2 ;

Ш^ит^ ,игг - некоторые постоянные для точек £ ,pi и^ , называемые весами.

. Рис. 2. Сегмент квадратичной кривой Безье и его характеристическая ломаная

Точки Л (£= 0,1,2), положение которых однозначно определяется в системе декартовых координат параметрами г1=г~(Х,у) и (11 , образуют характеристическую ломаную РеР^ .описанную около сегмента %0Рг (см. рис. 2).

Когда значения с^г^3/, форма сегмента определяется величиной^, а уравнение (1) приобретает следующий еид:

Г'и) = Г' + пи*

' ~ (1~и)г +2щи{/-и)+ и*

(2)

Это уравнение описывает поточечно любые кривые, встречающиеся при проектировании калибров, профилей и ручьев, нарезаемых на валках и деталях валковой арматуры. В частности, при щ = 1 получается парабола. При иг^иг^ , где/- угол между/; и £ , уравнение (2) описывает дугу окружности. Уравнение отрезка прямой получается

при иг, - 1 и 1*(С*1]/2 . Таким образом, задавая с клавиатуры компьютера координаты вершин характеристической ломаной и параметр Ш1 , проектировщик может в диалоговом режиме с ЭВМ управлять формой кривых на проектируемых деталях.

Контур любого калибра, профиля или проекции детали может быть представлен как совокупность сопряженных друг с другом сегментов. Гладкость сопряжения двух смежных сегментов с номерами ]

обеспечивается равенством производных радиусов-векторов этих сегментов в точках сопряжения г/^ ~ . Из этого условия полу-

чено уравнение для радиуса-вектора в точке сопряжения сегментов.

г _ [у{Г[ * егГ'г!«) (3)

' ' К' * »1")

Тогда описанный вокруг любого профиля многоугольник (скелет) представляет собой совокупность характеристических ломаных сегментов, образующих контур профиля. Следовательно, задавая координаты вершин этого многоугольника, южно управлять Формой любого профиля калибра, ручья или плоской проекции детали валковой арматуры.

С применением метода Безье была разработана трехмерная поверхностная модель сменных деталей валковой арматуры. При геометрическом моделировании поверхностей учитывали зависимость рассмотренной выше и. -кривой (1) от'другого параметра 1г£ [0, . Построение поверхности каждой детали осуществлено кинематически, то есть перемещением плоского образующего -контура, описанного выражением(2), в перпендикулярном его плоскости направлении . Лля реализации такого способа потребовалось рззбить поверхность моделируемой детали на отдельные порции. В общем случае порция поверхности описывается следующим уравнением в декартовых координатах

г = пимЛ1аг"-п"иа,*М , <« 11 «МЮ»»»

где г (и, (г) - радиус-вектор точки, принадлежащей порции; г^ - радиусы-векторы характеристических точек порции поверхности; их^ - значение веса в каждой точке; ^, - полиномиальные базисы. В качестве этих базисов были также выбраны полиномы Бернпггейна второй степени. Применительно к рассматриваемому случаю уравнение (4) приобретает следующий вид:

Гя r(ulr}=

иг.(Щ(П)г * 2¿%(¿¿)¿r(j'¿r) *¿¿rt(¿¿Jir2

г tu}- btlr'f(í~uf'4njurtiu(i-u)tr!jtal/tii ^ (5)

^i(i-u-)z*2u*}u(i-u) <horxíu¿

Ur¡(U.)- ur.j (1-й)*i 2игц It(i-u) +UT¿JLL¿ ,

U,lr6[0J] ; L*o,i,l j=0j,2 , параллельность перемещения образующих ее и. -кривых обеспечивается выполнением условия Ura-url0ur,{ . Уравнение (5) позволяет эписать все типы порций поверхностей, характерных для рассматриваемых деталей. При этом порция любой поверхности задается девятью характеристическими точками, образующими характеристический многогранник. Задавая координаты версии этого многогранника и значения весов з этих вершинах, можно управлять формой и размерами порций поверхностей, образующих детали лябой формы.

Путем преобразования системы уравнений (5) для частных условий в диссертации получены аналитические описания порций линейчатой и билинейной поверхностей , поверхности вращения тора, вырожденной (сферической) поверхности.

Сорма любой сменной детали рассматривается как комбинация состыкованных друг с другом порций рассмотренных типов. Гладкость сопряжения порций обеспечивается выполнением двух условий:

Ur^Uríf + Urífurí? r(i)

г«> - r(i) Г ■ = ^ 4 ^ 1' , Г-0 * 2

Первое характеризует наличие у сопрягаемых порций обшей граничной ломаной, а второе обеспечивает гладкость сопряжения порций по перпой производной. Описанные вокруг каждой порции характеристические многогранник:? образуют скелет детали, положение вершин которого определяется по конструктивным размерам и геометрическим соотношениям между составляющими ее элементами. Для определения этих размеров деталей арматуры, необходимых для Формирования скелета детали, можно применять известные из литературы геометрические соотношения, выражающие зависимость этих размеров от параметров стана и калибровки валков. В диссертации испольаозаны такие соотношения, полученные И. С. Трипевским, а С. Чернобривенкс. Б. М. Шумом и др. учеными. Однако з ряде случаев этих соотношений оказалось недостаточно для полного определения всех размеров. С целью получения таких недостающих соотношений в диссертации проведено обобщение заводского опыта проектирования деталей валковой

арматуры. Полученные эмпирические зависимости призедены в табл. 3 и позволяют полно и однозначно определять все размеры деталей.

Таблица 3 .

--——I--

Наименование конструктивного | Оормула

элемента I

Максимальная толщина ввод- | 5 = 1.155 - (1,265-1,437)Ба

ной линейки с направляющим |

выступом I

Толика стенки веодноЯ ли- | Б - 0,653 - (0,082-0,093)Ош

нейки с выступом I

Толщина выступа вводной | с = 0,6а - О.ОбСп

линейки и т. п. I

Разработанные математические модели пригодны для использования в диалоговых системах проектирования калибровок валков и валковой арматуры, а такае при изготовлении .щ станках с ЧПУ самих деталей или их деревянных макетов, необходимых для изготовления этих деталей посредством литья.

4. АЛГОРИТМ К ПРОГРАММЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАЛКОВОЙ АРМАТУРЫ

С применением математической модели кривых произвольной формы разработан алгоритм и программный модуль "Контур" автоматизированного построения контура ручьев, нарезаемы:', на залках и сменных деталях арматуры. Исходной информацией для расчета и построения контура ручья является число п и координатых(М). У М веркин характеристического каркаса, а также радиус/¡УлЛ или полнота ш(^) каадой вершины, где// - 1,2,.., ,/г. Алгоритм включает два основных этапа:

- определение координат точек сопряжения по условию (3) отдельных сегментов к построение характеристических ломаных седельных сегментов и отрезков прямых;

- расчет и построение по уравнения* (5) дуг сегментов, задаваемых каждой характеристической ломаной. По окончании расчетов полученный контур выдается на экран.

Применительно к условиям проектирования калибров функции описанного выше алгоритма расширены путем введения операций расчета плоаади поперечного сечения полосы, определения положений нейтральной линии калибра, наложения двух смежных калибров и мо-

легирования процесса входа раската в калибр. . С учетом такого дополнения на основе модуля "Контур" составлена программ* графического отображения профилей, ручьев и калибров произвольной формы (программа "ГРАООК"). Окончательно рассчитанный калибр или профиль воспроизводится программой в графическом пакете AUTOCAD, где конструктором оформляется чертеж средствами указанного пакета Программа "ГРАСОК" реализована на ПЭВМ типа IBM PC/AT с сопроцессором в ОС KG-DOS. Объем оперативной памяти, необходимый для работы программы,составляет 570 кБ. Ввод исходных данных занимает 3-7 минут, продолжительность построения контура на экране дисплея 5-15 секунд.

На основе программного модуля "Контур" с использованием эмпирических соотношений для определения размеров отдельных элементов арматуры разработаны алгоритмы построения в диалоговом регаме сменных деталей вадкоЕой арматуры (направляющих линеек, роликов, пропусков и проводок), реализуют» двумерную модель. Исходны?.« данными алгоритмов являются конструктивные особенности соот-ветствуюгей детали и ряд величин, хгрг .теризужих размеры прокатной клети и прокатываемого профиля (диаметры верхнего и нижнего валков, начальный диаметр ¡пестеренных валков, уровень установки арматурного бруса и его удаление от плоскости осей валков, высота прокатываемой полосы и т.д.). г'.алльЛ алгоритм включает три основных этапа:

- расчет конструктивных эазмероз детали по известны?.: кз литературы, з такте полученным в результате анализа заводского опы- • та эмпирическим соотношениям;

- преобразование полученных размеров детали в параметры вершин характеристически.: каркасов проекций черте.гз.;

- расчет контуров проекций детали и построение к у. на экране дисплея, экспертная опенка отрисованного пользователем, корректировка и последующая передача в AUTOCAD для оформления готового чертежа (простановки размеров, нанесения надписей и пр.), что осуществляется при помоги модуля "Контур".

Количество проекций, необходимых для выполнения чертежа, определяется особенностями, формы конкретной детали и может изменяться от одной (для ролика) до трех.(для пропуска)..

Разработанные з диссертации математические модели, алгоритмы и программы позволили составить обтай алгоритм диалоговой подсистемы автоматизированного, проектирования арматурных узлов рабочей клети и их отдельных деталей (рис. 3). В качестве исходных данных при проектировании валковой арматуры-используются параметры калибровки залкэв (форма-и размеры калибров и прокатываемых полос, размещение'калибров на бочке валков), тип стана и на -

9

ч/

Рис. 3. Алгоритм подсистемы автоматизирований проектирования валковой арматуры

значение проектируемой валковой арматуры .вводная, . выводная, кан-тугацая), размеры валков и станин, определявшие габариты для раз-месенга арматуры.

Разработанная в диссертации методика применена для совершенствования конструкций валковой арматуры прокатных станов 280 и 6СО Салдинскэго металлургического завода, при проектировании валковой арматуры для прокатки профиля азтообода на стане 5С0 СК53 и профиля С2П-27 на стане 650 Еерх-Исетского металлургического завода, а ?ак-*е при проектировании валковой арматуры нового лабораторного непрерывного стана 120.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3 результате проведенных исследований достигнута поставленная цель и решены следующие задачи:

1. С применением системной методологии классифицирования материальных объектов разработана формализованная классификация валковой арматуры сортовых станов с описанием конструкции арматурных узлов э виде функциональных формул.

2. На основе полученной классификации создана автоматизированная база дачных по валковой арматуре прокзтных станов, определены новые функциональные возможности вводной арматуры, разработана новая конструкция арматурного узла, загаданная авторским свидетельством.

3. Установлено, что для математического моделирования элементов валковой арматуры наиболее приемлемым является метод параметрического описания кривых я поверхностей в форме Безье с использованием полиномиального базиса Бернптейна. На основе применения этого метода разработаны следуяшие математические модели, ориентированные на использование в системах автоматизированного проецирования и изготовления деталей валковой арматуры:

- двумерная геометрическая модель калибров, ручьев и профилей произвольней формы,а также плоских деталей любой конфигурации;

- трехмерные геометрические модели типовых деталей валковой арматуры (направляющих линеек, проводок, вводных пропусков и роликов для пропусков качения).

4. Проведено статистическое обобщение заводского опыта проектирования сменных деталей валковой арматуры и известныхэмпири-ческих соотношений. Получена зависимости для однозначного определе— ' ния всех размеров этих деталей,что необходимо для реализации разработанных геометрических моделей в виде программ автоматизированных расчетов.

5. Разработана программа графического отображения калибров,

профилей и ручьев произвольной формы, нарезаемых на прокатных валках и сменных деталях валковой арматуры (программа "ГРАНОК").

6. С применением программы "ГРАФОК" и обобщенных зависимостей для определения размеров деталей валковой арматуры разработан алгоритм автоматизированного построения в диалоговом режиме направляющих линеек, вводных пропусков, роликов для пропусков качения и выводных проводок. Составлен общий алгоритм автоматизированного проектирования арматурных узлов прокатных станов.

7. Программа "ГРАСОК" включена в состав программного обеспечения АРМ калибровщика прокатного стана и передана металлургическому объединению "Уралчермет", УКРНИИМЕТу, Западно-Сибирскому и Нижнетагильскому металлургическим комбинатам, а также Липецкому политехническому институту.

Разработанные алгоритмы'и программа "ГРАСОК" применены для совершенствования действующей и проектирования новой валковой арматуры 4 прокатных станов.

Изложенное вьше позволяет сделать ваключение, что выполненная диссертационная работа является научным трудом, в которо» представлены научно обоснованные технические и технологические разработки, обеспечивающие решение Еажных прикладных задач в области проектирования и изготовления валковой арматуры, а такж< при разработке калибровок валков сортопрокатных станов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шилов Е А., Слукмн Е Ю. Классификация валковой арматуры сортовых прокатных станов. / УПИ. Свердлове^ 1989. 36 с. Деп. в ин-те "Черметинформация". 27.02.89, N 5370-4МЭ0. Деп.

2. Слукин £. Ю., Шилов Е А., Удовенко А. Е База данных валковой арматуры сортопрокатных станов // Известия вузов. Черная металлургия. 1991. К 8.С.79.

3. Шилов Е А., Слукин Е. Классификация валковой арматуры прокатнчх станов: Методические указания по курсам "Оборудование прокатных и волочильных цехов" и "Технология процессов прокатки и волочения". Свердловск: УПИ, 1991. 3 с.

4. Шилов ЕА., Слукин ЕЮ., Удовенко А.Е Автоматизированная база данных по валковой арматуре прокатных станов: Методические указания по курсам "Оборудование прокатных и волочильных цехов" и "Технология процессов прокатки и волочения" Свердловск: УПИ, 1991. 29 с.

5. А. с. 1787611, СССР. В 21 В399/16. Прокатная клеть сортопрока ного стана / ЕЕ.Хайкин. Е. ¡0. Слукин. N 4900727, Заявл. 19.01.9

Опубл. 15.01.93;Бюл. N2.

6. Слукин Е. Ю., Шилов Е А. Математическая модель и алгоритм автоматизированного проектирования линеек валковой арматуры сортовых станов / УПИ. Свердловск, 1992. 25 с. Деп. в ин-те "Черметинформация", 15.01.92,Й ЧЫ92 (РЖ "Прокатное и волочильное производство". 1992. N 8. С. 69.)

7. Слукин Е. и., Шилов Е А. Моделирование формы калибров в системах пр актирования технологии сортовой прокатки // Изв. вузов. Черная металлургия. 1991. К 4. С. 37-39.

8. Слукин Е. Ю., Шилов Е А. Алгоритм и программа автоматизированного построения калибров произвольной формы //Изв. вузов. Черная металлургия. 1991. N 6. С. 36-38.

9. Шилов В. А., Слукин Б. Ю. Лабораторный непрерывный прокатный стан: Методические указания по курсу "Оборудование прокатных и волочильных цехов". Екатеринбург: УПИ, 1992. 28 с.

Подписано з печать 25.04.95 Соркат 6Ct84 I/IS

5yi¿ara типографская ■ Птоская печать Усл.п.л. 1,16 Уч.-изд.л. 1,06 Tapas 100 Заказ 281 Бесплатно

Ред'акцзоЕНО-вздатвльскпй отдел УГТУ 620002, Екатеринбург, 7ГТ7, 8-2 учабкай корпус ■ Ротапринт ТТЛ. 620СС2, Гкатергпбург, 7ГТ7, 8-й уч.корпус