Основы формирования информационных моделей технологических ремонтных блоков для восстановления деталей горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

--------------------------------------------------- © Б.И. Коган, 2010

УДК 622.797:629.114.41 Б.И. Коган

ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕМОНТНЫХ БЛОКОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГОРНЫХ МАШИН

Рассмотрены вопросы формирования информационных моделей технологических ремонтных блоков для восстановления деталей горных машин в зависимости от условий эксплуатации контактирующих пар, характера отказов и закономерностей их износа. Ключевые слова: горная машина, узел, восстановление, данные, модель, ремонт

Неделя горняка

и и о итогам производственного

.Ц. аудита угольных предприятий проведенного ОАО «НТЦ-НИОГР» (г. Челябинск) в 2005-2006 гг. установлено, что затраты на ремонт составляют 40% в структуре добычи угля. При этом на 1 час добычи приходится 2,0...2,5 ч. простоев в ремонте. Из 8760 ч. годового календарного фонда добычи угля экскаваторами, например, составляет всего 1500.2500 ч. Поэтому необходим принципиально новый подход в технологическом обеспечении качества и организации ремонта горной техники.

Условия эксплуатации объективно определяют виды взаимодействия поверхностей трибосопряжений, (в т. ч. рабочих) и неподвижных, а каждому виду взаимодействия поверхностей соответствуют наиболее характерные виды их разрушения, приводящие к отказу конкретного элемента или узла машины.

Характер контакта и нагрузки в сопряжениях определяют вид и интенсивность отказов, необходимые конструктивные и технологические мероприятия по обеспечению надежности сопряжений. В табл. 1 приведены типичные виды контактов и предпосылки отказов, и в табл. 2 - сопутствующие свойства со-

прягаемых поверхностей (подвижных и неподвижных) и особенности рабочей среды, определяющей надежность сопряжений.

На рис. 1 дана схема взаимосвязей системы среды эксплуатации функциональных поверхностей деталей машин, их параметров качества и системы восстановления.

Все детали машин формируются из 7 простых поверхностей: плоскость, цилиндр наружный, цилиндр внутренний, шар, корсет, седло, кривая п-го порядка. Отдельные из этих поверхностей и их некоторые совокупности составляют модули поверхностей рабочие (клин, зубья зубчатых колес, сопла, боёк), базирующие и связующие [1]. В зависимости от характера взаимодействия со средой эксплуатации, смежными модулями поверхностей, в зависимости от материала, качества формы, поверхностей (трибо-характеристик), условий трения возникают отказы различных видов, с разной интенсивностью. Поэтому, для технологического обеспечения надежности рабочих, базирующих и связующих модулей поверхностей при изготовлении и в процессе восстановления после отказа, необходимо предварительно для каждо-

Таблица 1

Виды контактов и предпосылки отказов

Виды контакта Виды перемещения или его отсутствие Типовые параметры Предпосылки отказов

По поверхности (плоской или кривой) Без перемещения (неподвижное сопряжение) Шлицевое, шпоночное сопряжения Смятие, фреттинг-процесс

Скольжение Цилиндрические, геликоидные, резьбовые, плоские, колодочные тормоза Износ (истирание)

По линии Без перемещения Контактные Смятие, фреттинг-процесс

Скольжение Направляющие Износ (истирание)

Обкатка, качение без скольжения Подшипники качения Поломка

Качение со скольжением Зубчатые зацепления, кулачковые пары, подшипники качения Износ, усталость, отслаивание, поломка

Таблица 2

Показатели качества поверхностного слоя

Г еометрические Шероховатость, волнистость, макрогеометрия (неточность формы), повреждения формы

Физико-химические Наклеп, остаточные напряжения, микроструктура, наличие пленки окислов, теплопроводность, отражательная способность, магнитная проницаемость, электропроводность и др.

Износостойкость сопряжения при работе со смазкой и без смазки, прочность Антифрикционность (коэффициент трения, способность к приработке и др.), Прочность (статическая, ударная, усталостная), жесткость стыка (нормальная, тангенциальная и демпфирующая).

Антикоррозийность Коррозионная, эрозионная, кавитационная устойчивость

го модуля и условий эксплуатации определить комплекс параметров качества функциональных поверхностей, выразить этот комплекс в виде информационной модели для построения соответствующих технологических ремонтных блоков (ТРБ).

Основой для такой работы является идентификация и классификация элементов среды эксплуатации (характер и величина нагрузок, температура, корро-зионность и др.), модулей поверхностей

по конструктивно-тех-нологическим признакам и трибохарактеристикам (шероховатость, твердость, коэффициент трения и др.) с учетом видов кинематических пар для подвижных сопряжений. Разработан классификатор методов и средств восстановления с указанием их возможностей, базы данных об элементах ТРБ (оборудования, технологических материалах, режимах, оснастке, средствах контроля качества). Формирование исходной информационной

Рис. 1. Схема взаимосвязей условий эксплуатации машин (механизма, кинематической пары, трибосопряжени), параметров качества поверхностного слоя трибосопряжения, методов восстановления)

модели для построения ТРБ должно производиться путем автоматизированной селекции исходных данных и логического поиска необходимых сочетаний с последующей их оптимизацией для конкретных производственных условий.

На рис. 2 представлен классификатор модулей по-верхностей. Классификатор методов восстановления дан в работе [2]. Классификатор элементов системы среды эксплуатации должен разрабатываться по отраслевому признаку (например, надо учитывать крепость породы, абразивность, температуру, агрессивность среды и др.).

В Брянском государственном университете в научной технологической школе, возглавляемой профессором Су-

словым А.Г., предложен комплексный показатель С, характеризующий равновесное состояние контактных поверхностей [З]:

С НМК

s6mи1н2л6 ,

где Нр - высота сглаживания макроотклонения, мкм; Wp - высота сглаживания волнистости, мкм; Яр - высота сглаживания профиля шероховатости, мкм; Бт - средний шаг неровностей профиля, мм; Ин - степень наклепа, %; X

- коэффициент, учитывающий влияние на износ поверхностных остаточных напряжений.

С помощью этого параметра могут быть идентифицированы модули поверхностей деталей машин.

В работах профессора А.Г. Суслова показано определяющее влияние показатели надежности параметров поверхностного слоя сопряженных элементов, даны качественные и количественные зависимости. Показано, что существует возможность технологического управления формированием выбранной системы параметров поверхностного слоя деталей при их изготовлении. Эта возможность реализуется выбором рациональных методов режимов обработки.

С учетом зависимостей между условиями эксплуатации, характеристик сопрягаемых элементов, видов и интенсивности их отказов, возможностей технологических методов реноваций и упрочнения необходимо построить алгоритм и логику автоматизированного формирования или выбора технологических ремонтных блоков (ТРБ), способных решать задачи ремонта конкретных деталей, сборочных единиц, кинематических пар, обеспечивая оптимальные экономические показатели для конкретных условий работы и обслуживания машины.

В связи с изложенным представляется актуальным решение задачи создания системы технологического обеспечения качества ремонта машин и логики формирования технологических ремонтных блоков в зависимости от условий эксплуатации контактирующих поверхностей кинематических пар, в т.ч. пар «поверхность - среда», характера отказов и закономерностей их износа [4]. Эта работа содержит следующие этапы, рис.2:

. систематизация и идентификация функциональных поверхностей по закономерностям износа и трибохарак-теристикам определяемых условиями эксплуатации (шероховатость, твер-

дость, остаточные напряжения), с учетом характера и величин нагрузок (блоки Н-4 на рис. 2);

- систематизация, идентификация методов реновации и упрочнения функциональных поверхностей (адресной модификацией трущихся поверхностей - АМТ-технологии, механическим упрочнением, увеличением размеров и износостойкости наплавкой, гальваническими методами, СВС-технологией (са-мораспространяющийся высокотемпературный синтез) и др. (блоки 5-б на рис. 2.));

- установление объективных зависимостей между методами реноваций и трибохарактеристиками в виде таблиц с идентифицированными ячейками (блок 7 на рис. 2);

- разработка и реализация алгоритма автоматизированного синтеза (логики формирования) ТРБ становления (блок 8 и 9 на рис. 2);

- разработка технических заданий на построение ТРБ и апробация системы ТОКРМ (технологическое обеспечение качества ремонта машин) на механизмах горных машин.

Актуальной задачей является создание логики синтеза ТРБ на базе банков данных об известных методах ремонта, возможностях методов восстановления и упрочнения, элементах ТРБ и трибохарактеристиках функциональных поверхностей деталей.

Традиционно ТРБ формируется субъективно, а сам процесс формирования ТРБ не автоматизирован. Задачей научного поиска является создание ёмкой информационной модели, содержащей исходные и определяющие сведения для автоматизированного формирования ТРБ, решающего задачи техноло-

*Конгруэнтные многогранники - соразмерные, которые при движении могут занимать место друг друга

1 Идентификация условий эксплуатации

2 Идентификация и группирование модулей поверхностей рабочих, базирующих и связующих в составе деталей, кинематических пар и ферм по конструктивно-технологическим признакам (форма, размеры, материал, точность, шероховатость (Яа), твердость)

1

Идентификация и группирование модулей поверхностей, сгруппированных в блоке 1, по параметру, характеризующему равновесное состояние поверхностей трения (или контакта) в зависимости от трибохарактеристик (высоты сглаживания макроотклонений и шероховатости, среднего шага неровностей профиля, степени наклепа, остаточных напряжений, коэффициента трения и др.)

V

4 Виды отказов

5 Способы восстановления 6 Способы чистовой обработки и упрочнения

5.1 Индекс совокупности 5.1 Индекс совокупности

элементов технологического элементов технологического

блока (оборудование 5-1, блока (оборудование 6-1,

приспособление 5-2, приспособление 6-2,

инструмент 5-3, инструмент 6-3, режимы 6-4,

технологические материалы 5- средства контроля качества

4, режимы 5-5, средства 6-5 и т.д.)

контроля качества 5 -б и т.д.)

I

7 Варианты элементов технологических ремонтных блоков (ТРБ)

8 Определение технологического критерия. Определение критерия долговечности Кд. Определение показателя экономичности восстановления отказавшей детали Св.

9 Перебор индекс -кодов элементов ТРБ и определение оптимальной совокупности в пределах информационной модели

10 Разработка технического задания на построение ТРБ

Рис. 3. Информационные модели ТРБ в виде виртуальных выпуклых многогранников (а - икосаэдр; б - додекаэдр; в - куб)

Рис. 2. Схема ранжированной последовательности формирования информационной модели ТРБ

Информационные модели могут быть представлены характеристическими таблицами, матрицами, нейронными сетями и сетями Петри. Мы предлагаем представить эти модели в виде виртуальных выпуклых многогранников

(куба, додекаэдра, икосаэдра в зависимости от необходимой емкости), состоящих из виртуально поворотных вокруг трех осей координат конгруэнтных* многогранников, грани которых являются носителями индексов -

кодов критериев группирования элементов объекта ремонта и ТРБ, при этом трибохарактеристики функциональных поверхностей выражены комплексным показателем ([3], рис. 3).

Предложенная концепция реализована при формировании ТРБ для восстановления гильзы двигателя БЕЛАЗ способом искусственной усадки изношенного отверстия и последующей чистовой обработки [4].

Принципиальная новизна предлагаемой концепции заключается:

- в представлении информационной модели ТРБ логически определёнными совокупностями их структурных элементов в виде виртуальных выпуклых многогранников - икосаэдров, до-

1. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. — М.: Машиностроение, 200Н.-368с.

2. Коган Б.И., Бочарников С.А. Формирование производственных систем для сборки машин. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. — НН2с.

декаэдров, кубов, состоящих из виртуально поворотных вокруг трёх координатных осей конгруэнтных многогранников, грани которых являются носителями кодов условий эксплуатации, совокупностей трибохарактеристик, характеров отказов, технологических возможностей способов восстановления, структурных составляющих технологических ремонтных блоков;

- в учете трибохарактеристик при идентификации функциональных, восстанавливаемых поверхностей через комплексный показатель, характеризующий их равновесное состояние;

- в создании логики автоматизированного целевого синтеза или выбора структуры ТРБ.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Суслов А.Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения, - М.: Машиностроение, 2002. — 684с.

4. Коган Б.И., Черныш А.П. Информационная модель технологического ремонтного блока./Расчет, восстановление, модернизация, 2007, М5, С. 43-47. ЕШ

— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------

Коган Б.И. - профессор, доктор технических наук, кафедра технологии машиностроения Кузбасского государственного технического университета, kuzstu@kuzstu.ru

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. Г.Б. ПЛЕХАНОВА (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ГВОЗДЕЦКАЯ Комплексный аналитический метод мониторинга состояния отходов бу- 25.00.36 к.т.н.

Мария рения

Викторовна