CC BY
20
УДК 621.735.2
И. И. Манило, А. С. Клочков, А. А. Городских, Н. А. Андрюкова
КУСОЧНО-ЛИНЕЙНАЯ АППРОКСИМАЦИЯ КАК ОСНОВА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИЗГИБА ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРАВКЕ КАРДАННЫХ ВАЛОВ НА ПРЕССАХ
ФГБОУ ВПО «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
I. I. Manilo, A. S. Klochkov, A. A. Gorodskikh, N. A. Andryukova PIECEWISE -LINEAR APPROXIMATION AS THE BASIS OF ALGO-RITHM HOW TO MANAGE BENDING PROCESS DURING THE COLD STROPPING OF DRIVESHAFTS ON PRESSES FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Представлены результаты исследований, посвященных проблеме правки валов на примере карданного вала. Приведен порядок определения прогиба вала, оценка величины прогиба, методика нахождения плоскости изгиба. Подробно изложен вопрос определения необходимого усилия правки, представлены номограммы, рассмотрены работа предложенной системы автоматического управления процессом правки и научно-технические решения, положенные в основу разработки технических средств для автоматизации технологических процессов правки карданных валов.
Ключевые слова: правка, усилие, деформация, система автоматического управления, карданный вал.
Иван Иванович Манило
Ivan Ivanovich Manilo доктор технических наук, профессор, завкафедрой ППБ E-mail: kaf__ppb@mail.ru
Андрей Андреевич Городских
Andrey Andreevich Gorodskikh аспирант
Из известных способов правки для рассматриваемого типа валов преимущественно применяется холодная правка на прессах по схеме свободного изгиба на двух опорах. При этом основными задачами для автоматического управления процессом правки являются рациональный выбор расстояния между опорами, координат точек приложения усилия изгиба и величины усилия изгиба.
В проведении точных аналитических исследований по установлению сложных зависимостей изменения сопротивления валов деформированию от степени деформации нет необходимости, т. к. у одних и тех же сплавов, но разных плавок или партий наблюдается значительный разброс прочностных и пластических характеристик, превышающий 20 % и более [1, 2].
В свою очередь методика экспериментального определения деформируемости металлов была [3, 4]
Results of the researches devoted to a problem of shaft stropping on the example of driveshaft are presented. The order of shaft flexure definition, assessment of flexure size, technique of flexure plane finding is given. Definition of necessary effort of stropping is in detail stated, nomograms are presented. Work of the offered automatic control system when stropping process occurs is considered.
Keywords: stropping, effort, deformation, automatic control system, driveshaft.
Александр Сергеевич Клочков
Alexander Sergeyevich Klochkov аспирант
Наталья Александровна Андрюкова
Natalya Aleksandrovna Andryukova аспирант
Е-mail:natashaandrukova@mail.ru
и до настоящего времени остается дискуссионным вопросом. Разноречивость взглядов проявляется не только в выборе показателей пластичности и сопротивления деформированию, но даже в выборе условий, схем и состава комплекса испытаний.
С целью снижения трудоемкости расчетов делалось допущение: карданный вал при изгибе представляет собой обычную статически определимую балку и полностью по всей длине состоит из карданной трубы.
Усилие правки определяли, предварительно рассчитывая оптимальную необходимую для правки деформацию трубы и соответствующий изгибающий момент с помощью установленных графиков зависимостей параметров при правке изделий с профилем круглого сечения и формулы [3]
I
. 1
Р =
тах
4тМу г
(1)
где Р - максимальное усилие правки; т - относительный изгибающий момент; Му - максимальный упругий изгибающий момент; г - расстояние между опорами. Проведение расчетов по формуле (1) и графикам для поля рассеяния исходных прогибов валов (в соответствии с рекомендациями работы [1]) не является трудоемким. Поэтому для определения зависимости усилия правки от исходных прогибов валов (настроечной зависимости) можно применить метод перебора вариантов с шагом квантования, равным, например, 0,1 мм.
Экспериментальные исследования проводились согласно апробированным методикам [5]. При этом измерялись и фиксировались следующие параметры: величина исходного прогиба; усилие правки; остаточная кривизна; температура сварного шва; время выдержки вала под нагружением усилием поперечного изгиба; затраты времени на операциях правки и операциях динамической балансировки карданных валов.
Величина необходимого усилия правки предварительно сориентированных валов экстремальной точкой прогиба непосредственно под нажимную призму машины (боек пресса) назначалась равной расчетному значению. После снятия нагрузки вал оказывался исправленным и имел отклонения от прямолинейности оси в пределах допуска, оговоренного ТУ, или же требовалось повторная правка.
Исходные значения отклонений от прямолинейности оси карданных валов, величины приложенных нагрузок, значения остаточных отклонений от прямолинейности оси после правки через один час и через 20 часов заносились в таблицу. Выдержка под нагрузкой валов находилась в интервале 1,5-2,0 сек. При этом для нанесения точек построения зависимости P=f(е) использовались только те значения усилий, которые обеспечивали исправление валов однократным нагружением.
1 - настроечная зависимость; 2 - при однократном нагружении валов; 3 - при двухкратном нагружении валов. Рисунок 1 - Зависимость усилия правки от исходного прогиба карданных валов модели ГАЗ 51-2202015-Б (длина трубы 470 мм)
Обработка экспериментальных данных проводилась в соответствии с методами статистического анализа. По экспериментальным данным для трех типов исследуемых карданных валов были построены зависимости величин усилий, необходимых для исправления отклонений от прямолинейности оси в зоне контролируемого сечения (рисунок 1, 2). Зависимости P=f(е) были использованы в качестве программируемого параметра системы автоматического управления процессом правки карданных валов.
1 - настроечная зависимость для правки валов
ГАЗ 51-2202015-Б;
2 - при однократном нагружении валов ГАЗ 51-2202015-Б;
3 - при двухкратном нагружении валов ГАЗ 51-2202015-Б;
4 - при однократном нагружении валов МАЗ 537-2206015.
Рисунок 2 - Зависимости усилия правки от исходного прогиба карданных валов модели ГАЗ 51-2202015-Б (длина трубы 1095 мм) и модели МАЗ 537-2206015
Анализ результатов исследований показал, что остаточные отклонения от прямолинейности оси карданных валов распределены в интервалах соответствующих допусков неравномерно. При этом увеличение выдерживания деталей под нагрузкой с 0,5 до 2,0 с снижает величину остаточных отклонений от прямолинейности оси [6].
Выявленная зависимость P=f(2e) (в связи с отклонениями диаметров валов, превышающими допуски на остаточную кривизну, измерялись биения валов) положена в основу алгоритма управления процессом правки и обеспечения выбора аналого-цифровых узлов САУ агрегатом правки. Для воспроизведения нелинейных зависимостей (рисунок 1, 2) применена кусочно-линейная аппроксимация ^ (рисунок 3) с переменным шагом квантования [7, 8], реализованная в виде устройства на двух аналого-цифровых преобразователях (АЦП) с переменными шагами квантования входных сигналов напряжений, пропорциональных 2е и Р, связанных между собой через схему логического совпадения (рисунок 4).
Рисунок 3 - Воспроизведение нелинейной зависимости Р=/(2в) методом кусочно-линейной аппроксимации
САУ агрегатом правки (рисунок 4) функционально и конструктивно разделена на две подсистемы: подсистему вывода изделия экстремальной точкой прогиба в требуемое положение и подсистему нагру-жения изделия в процессе правки.
Ориентация карданных валов в необходимое для правки положение может быть обеспечена устройствами, выполненными на базе электронно-фазового коммутатора [5] или экстрематора с адаптацией к производной сигнала датчика кривизны [9].
В каналах циклового программного управления системы использована унифицированная структура магистрального типа. Применение в магистралях входных и выходных нормализаторов управляющих сигналов и элементов согласования позволяет подключать разработанную локальную САУ к комплексной АСУ ТП без каких-либо буферных устройств.
Реализация локальной САУ агрегатом правки на базе гидропрессов позволила повысить точность и производительность процесса, а также значительно улучшить условия труда.
Современные способы сварки сталей, применяемых для изготовления длинномерных деталей типа тел вращения в автотракторостроении, обеспечивают равнопрочность сварного соединения основному металлу при пластичности, практически не уступающей исходным показателям металлов. В этой связи принципиально возможно управление процессом правки карданных валов по закону [9]
е б = е + е , (1.2)
обр. пер. исх.пр. у.о.' 4 '
где еобр пе - величина изгиба вала в обратную первоначальной кривизне сторону;
е - исходный прогиб вала;
исх.пр.
е о - величина упругой отдачи (пружинение) вала.
1 - привод вращения; 2 - деталь; 3 - силовой гидроцилиндр; 4 - боек пресса; 5 - гидрозолотник; 6 - блок измерения
прогиба детали; 7 - блок измерения усилия правки; 8 - датчик линейного перемещения; 9 - преобразователь сигнала; 10 - экстрематор с адаптацией к производной сигнала датчика 8; 11,17 - многопороговые логические
элементы (аналого-цифровые преобразователи); 12, 18 - цифро-аналоговые преобразователи; 13 - блок
памяти; 14 - блок сравнения; 15 - датчик давления; 16 - преобразователь сигнала; 19 - электронно-релейный блок автоматики; 20 - опто-электронный прибор (21 - светодиод, 22 - фотодиод).
Рисунок 4 - Система автоматического управления процессом правки длинномерных автотракторных деталей
В данном случае точностные показатели качества правки в значительной степени определяются точностью измерения пути перемещения детали в контролируемом сечении или бойка пресса. Обеспечить такие измерения в диапазоне 0,05-2,0 мм в условиях ремонтно-технического предприятия, тем более в мастерских хозяйств, крайне затруднительно, причем даже с применением специальных штемпелей для правки сварных цилиндрических заготовок [8]. При реализации данного метода компенсации упругой отдачи перемещение штока пресса с бойком целесообразно контролировать косвенным методом - достижением давления жидкости в полости силового цилиндра правки величины достаточной, согласно зависимости P=f(2e), для устранения первоначального (исходного) прогиба детали. При правке ряда деталей ответственного назначения удалось за счет шага квантования давления через 500 Н добиться шага квантования линейного перемещения бойка, равного 0,005 мм ± 15 %.
Научно-технические решения, положенные в основу разработки технических средств для автоматизации технологических процессов правки карданных валов, защищены 19 авторскими свидетельствами на изобретения.
Список литературы
1 Мошнин Е. Н. Гибка, обтяжка и правка на прессах. - М.: Машгиз, 1959. - 360 с.
2 Семененко Ю. Л. Машины для правки проката. - М.: Металлургиздат, 1961. - 131 с.
3 Слоним А. З., Сонин А. Л. Машины для правки листового и сортового материала. - М.: Машиностроение, 1975. - 208 с.
4 Чиченев Н. А., Кудрин А. Б., Полухин П. И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением (экспериментальная механика). - М.: Металлургия, 1977. - 312 с.
5 Манило И. И. Обеспечение требуемой точности и повышения производительности при исправлении отклонений от прямолинейности оси термически упрочненных деталей типа «ступенчатый вал» // Дис. ... канд. техн. наук. - Курган: КМИ, 1989. - 224 с.
6 Манило И. И., Волковой М. С. Влияние времени нагружения валов усилием изгиба на точностные показатели качества правки // Экологизация технологий: проблемы и решения: Материалы междунар.
научн.-практ. конф. / Под общ. ред. П. Вильмса (Гер -мания), И. Манило (Россия), С. Робинсона (Швейцария). - М.-Курган: Курганский научный центр МА-НЭБ, 2004. - С. 42-45.
7 Манило И. И. Правка карданных валов автотракторной техники (особенности автоматизации) // Вестник ОГУ. - 2003. - № 1. - С. 119-121.
8 Манило И. И. Выбор параметров для автоматического управления нагружением карданных и торсионных валов усилием поперечного изгиба при их правке // Экологизация технологий: проблемы и решения. Научные сообщения Курганского центра МАНЭБ / Под ред. И. И. Манило и В. П. Кветкова. - Курган: НЦСП «Экономика и реформы», 1999. - С. 142-147.
9 Манило И. И. Оптимизация технологического цикла при правке длинномерных автотракторных деталей типа «ступенчатый вал»: постановка задачи и подход // Экологизация технологий: проблемы и решения. Научные сообщения Курганского центра МАНЭБ / Под ред. И. И. Манило и В. П. Кветкова. - Курган: НЦСП «Экономика и реформы», 1999. - С. 148-156.
УДК 631.316
А. А. Маратканов, Н. Н. Устинов, Н. И. Смолин
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИБКОЙ ТРУБЧАТОЙ СТОЙКИ КУЛЬТИВАТОРА
ФГБОУ ВПО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»
A. A. Maratkanov, N. N. Ustinov, N. I. Smolin AMPLITUDE-FREQUENCY CHARACTERISTIC OF THE FLEXIBLE TUBULAR
POST OF THE CULTIVATOR FSBEI HPE «NORTHERN URAL STATE AGRICULTURAL UNIVERSITY»
Предложена конструкция рабочего органа культиватора, стойка которого имеет вид дуги окружности, а поперечное сечение герметичной трубы стойки представляет собой овал. Определена амплитудно-частотная характеристика рабочего органа культиватора для того, чтобы определиться с возможными режимами и частотой пульсаций давления, подаваемого в полость трубы.
Ключевые слова: колебания рабочего органа, пульсация давления, рыхлительная лапа, энергозатраты.
Артем Анатольевич Маратканов
Artem Anatolyevich Maratkanov аспирант
Николай Иванович Смолин
Nikolay Ivanovich Smolin заведующий кафедрой «Общетехнические дисциплины»
The design of cultivator working body which post is like a circle arch is offered, and the cross section of a tight pipe of a post is oval. The ampli-tude-frequency characteristic of cultivator working body is defined to decide possible modes and pulsations frequency of pressure given to a pipe cavity.
Keywords: fluctuations of working body, pressure pulsation, loosening tenon, energy consumption.
Николай Николаевич Устинов
Nikolay Nikolaevich Ustinov кандидат технических наук, доцент E-mail: UstinovNikNik@mail.ru
В настоящее время значительное внимание уде -ляется проблеме энергосбережения при обработке почвы, являющейся одной из самых энергоемких операций сельскохозяйственного производства. Одним из
