CC BY
15
УДК 631.3.02
А. С. Клочков, А. А. Городских, И. И. Манило, Н. А. Андрюкова, С. Г. Тютрин
АКТУАЛЬНОСТЬ ОПТИМИЗАЦИИ ПРАВКИ ВАЛОВ ПРИ РЕМОНТЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
ФГБОУ ВПО «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМ. Т.С.МАЛЬЦЕВА»
A. S. Klochkov, A. A. Gorodskikh, I. I. Manilo, N. A. Andryukova, S. G. Tyutrin RELEVANCE OF OPTIMIZATION OF EDITING OF SHAFT AT REPAIR OF AGRICULTURAL MACHINERY FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Указано, что применение правки при изготовлении и восстановлении валов имеет ряд преимуществ перед механической обработкой. Параметры режимов правки выбираются с использованием целевой функции, параметрами которой при решении задачи оптимизации правки целесообразно назначать остаточную кривизну, не превышающую заданных переделов; количество нагружений вала в контролируемом сечении; время обработки детали; количество неисправимого брака; технологическую себестоимость. Показано, что решение задачи оптимизации сводится к созданию алгоритма, в котором используется информация о полной амплитуде сигнала биения вала в центрах.
Ключевые слова: правка валов, величина биения, алгоритм, ориентация, целевая функция.
Иван Иванович Манило
Ivan Ivanovich Manilo доктор технических наук, профессор, завкафедрой ППБ E-mail: [email protected]
Восстановление и изготовление деталей класса валов (валы, штоки, тяги, оси, удлиненные втулки и т. п. (в дальнейшем, валы) в условиях ремонтных предприятий АПК осуществляют, преимущественно, с применением различных технологий наплавки, упрочнения (термической, химико-термической обработки и т. п.) и сварки. В результате термического воздействия на вал снижается точность размеров, увеличиваются отклонения формы и расположения поверхностей. Такие погрешности устраняются механическим резанием и/или упруго-пластическим изгибом (холодной правкой).
It is specified that stropping application at production and restoration of shafts is more successful than machining. Parameters of stropping modes are chosen with use of criterion function. Criterion function parameters are: residual curvature which isn't exceeding set parameters, number of shaft loadings in controlled section, time of detail processing, number of unrecoverable spoilage, technological prime cost. Optimization comes to creation of algorithm, in which information about the full amplitude of shaft beating signal in the centers is used.
Keywords: stropping of shaft, beating size, algorithm, orientation, criterion function.
Ш Андрей Андреевич Городских
Andrey Andreevich Gorodskikh
Применение правки при изготовлении и восстановлении валов уменьшает, а в ряде случаев совсем исключает механическую обработку резанием и сокращает потери металла. Кроме того, исключается нарушение целостности сформировавшейся при термической обработке структуры и создание дополнительных концентраторов напряжений, сохраняется упрочненный поверхностный слой валов после химико-термической обработки.
В условиях ремонтных предприятий АПК валы правят вручную (кузнечными способами) или на стационарных (горизонтальной и вертикальной компоновки) гидравлических прессах, управление
Александр Сергеевич Клочков
Alexander Sergeyevich Klochkov аспирант
Наталья Александровна Андрюкова
Natalya Aleksandrovna Andryukova аспирант
Е-mail: [email protected]
Сергей Геннадьевич Тютрин
Sergey Gennadevich Tyutrin кандидат технических наук, доцент, завкафедрой Е-mail: [email protected]
46 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
которыми, в основном, осуществляется вручную. Параметры режимов правки в таком случае выбираются и назначаются рабочим-правильщиком «на глаз», т. е. интуитивно, на основании лишь собственного многолетнего опыта. Это требует от рабочего уникальных навыков, определяет низкую производительность и невысокое качество правки, которые всецело зависят от квалификации и делового настроя правильщика.
Для оптимизации процесса правки валов по схеме свободного изгиба сосредоточенной нагрузкой на двух опорах требуется назначение таких режимов обработки упруго-пластическим изгибом, которые бы обеспечивали требуемые точностные показатели качества (показатели прямолинейности оси) минимальным количеством изгибов, что одновременно обеспечивает оптимизацию технологической себестоимости и производительности. Достижение требуемого качества правки вала однократным изгибом не только обеспечивает оптимальную себестоимость и время обработки, но и позволяет сохранить его другие эксплуатационные свойства, приобретенные на предшествующих операциях.
Основными параметрами целевых функций при решении задачи оптимизации правки целесообразно использовать [1, 2]: остаточную кривизну вост.пр., не превышающую заданных переделов; количество нагружений п вала в контролируемом сечении; время обработки детали Тц; количество неисправимого (окончательно) брака К; технологическую себестоимость Соп. (или приведенные затраты).
Один из этих пяти параметров или сочетание нескольких из них представляет собой показатель качества (функцию цели) оптимизируемого объекта, т. е. процесса правки.
Технологический процесс правки валов рассматривали как объект многопараметрической оптимизации, протекание которой в условиях ремонтного предприятия сопровождается случайными возмущениями (температура окружающей среды; уровень индустриальных электрических полей; физико-химические и физико-механические свойства валов, изменяющиеся в процессе их прохождения от начала создания заготовки до операции правки; дефекты поверхности в зоне контролируемых сечений).
Целью оптимизации процесса правки валов при ремонте сельскохозяйственной техники (как объекта многопараметрической оптимизации) является приведение показателя качества к экстремуму. Оптимизация будет обеспечена, если целевая функция будет иметь вид [1]
F = f(вост.пр.;Тц;R ;Com;n) ^ min . (i)
Очевидно, что выходные параметры рассматри-
ваемой технологической системы е,
ост.пр.
n, Т, C
(за исключением К) не могут быть равны нулю.
Следовательно, на эти параметры накладываются ограничения, которые в обобщенном виде могут быть выражены функциями вида
F = f(e ;Т ;C ;n) > 0;
J 1 & ост.пр. -i- ц ^ om' 7 '
F = f(R) > 0.
(2)
(3)
Известно [1, 2, 3], что точностные показатели качества правки (вост.пр.) определяются погрешностями измерения исходного прогиба вала (висх .пр.) и обратного перегиба (еобР .пер.) с учетом упругой отдачи материала (в у .о.), а также погрешностями ориентации вала (8ор.) и его базирования (§бкв.) на опорах. Так как основной оценкой (критерием) качества правки валов является остаточная кривизна, то эффективность правки может быть выражена через точностные показатели (целевую функцию)
еост.пр. = f (е исх.пр.
пер. ^у.с
еу.о..' & ор.' Збаз.) ^ m^n .( )
Изучение и анализ операции пространственной ориентации и установки вала в необходимое для правки положение (выпуклой частью изгиба в сторону штемпеля пресса) на основе математического моделирования процесса показали следующее. Решение задачи оптимизации сводится к созданию алгоритма, при котором для автоматического управления процессом измерения прогиба и ориентации достаточно информации о полной амплитуде сигнала биения (от min до тах), получаемого при вращении вала в центрах.
Исследования [4, 5] показали, что лучшим, с точки зрения оптимального управления, является элемент (блок), способный определять текущее прекращение сигнала датчика кривизны и выдавать команду на останов вращающегося вала при перемещении такого приращения, то есть в момент перехода функции U = f (2е) через точки минимума и максимума. Таким элементом является экстрематор с адаптацией к производной сигналов датчика кривизны, обеспечивающий оптимизацию операции ориентации валов путем непосредственного дифференцирования по времени экстремальной функции U = f (2е).
Из (5) и (6) вытекает, что
е
еобр .пер. еисх .пр. + е у .о.
исх .пр
. = е
пласт .сост .
Рисунок 1 - Определение упругой и пластической составляющих общей деформации вала
Так как невозможно в процессе правки каждого (любого) вала учитывать его индивидуальные физико-механические характеристики (предел текучести, модуль упругости, модуль упрочнения, напряжения в наружной (выпуклой) и внутренней (вогнутой) зонах изгибаемого вала и др.) и одновременно контролировать все воздействия, влияющие на свойства материала вала, то в основу алгоритма управления процессом правки положили результат одновременного воздействия на вал штемпеля пресса и всех возмущений. То есть оценивали отклонения оси изгибаемого вала, определяя при этом значения упругой (е у .о.) и пластической (епласт .сост.) составляющих его общей (еобщ.деф.) деформации
еобщ.деф. еобр.пер. е у .о. + епласт.сост. (5)
Известно [6], что величина обратного перегиба вала определяется как
(6)
где еисх .пр. - величина исходного прогиба вала.
(7)
Условие (7) позволило разработать и реализовать алгоритм правки валов из низко-, средне- и высокоуглеродистых сталей. В частности, при управлении процессом правки валов отказались от определения (измерения) абсолютного значения упругой составляющей (е у .о.) общей деформации (еобщ .деф. ) изгибаемого вала в реальном масштабе времени, а определяли (выявляли) момент, когда упругая составляющая переставала проявляться в реальной зависимости «напряжение - деформация» при правке изгибом каждого (любого) вала. Выявление данного момента и, соответственно, компенсацию упругой отдачи и уменьшение погрешности правки обеспечивали несколькими методами [1, 2, 3, 6].
Список литературы
1 Манило И. И. Параметры и критерии оптимизации процесса правки валов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2005. - № 1. - С. 48-51.
2 Манило И. И. Управление процессом правки валов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - № 1. - С. 29-31.
3 Манило И. И. Компенсация упругой отдачи материала при автоматическом управлении процессом правки валов на прессах // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2005. - № 2. - С. 48-50.
4 Манило И. И. Правка карданных валов автотракторной техники (особенности автоматизации) // Вестник ОГУ. - 2003. - № 1. - С. 119-121.
5 Манило Ив. Ив. Ориентация валов при их правке на прессе // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - № 2. - С. 24.
6 Ломоносов Ю. Н., Манило Ив. Ив. Повышение эффективности правки длинномерных деталей автотракторной и сельскохозяйственной техники -технологический резерв ремонтного производства // Материалы ХЫ1 научн.-техн. конф. ЧГАУ. - Челябинск: ЧГАУ, 2003. - Ч.2. - С. 234-240.
