CC BY
17
УДК 621.9.06-52
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТНОЙ ОБРАБОТКИ ОПОРНЫХ УЗЛОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ АГРЕГАТОВ
© С.Ю. Лозовая1, О.Б. Бешевли2, Т.А. Дуюн3, Н.Д. Воробьев4
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.
Предложена технология ремонтной обработки антифрикционной опорной поверхности крупногабаритных подшипников скольжения с использованием разработанного специализированного приставного оборудования, которая позволяет существенно сократить время обработки, повысить качество обрабатываемой поверхности и увеличить срок межремонтного цикла работы крупногабаритных вращающихся агрегатов. Представлен кинематический анализ работы кривошипно-кулисного механизма предложенной конструкции приставного станка и алгоритм расчета основных технологических параметров его исполнительных элементов.
Ключевые слова: ремонт крупногабаритных подшипников скольжения; специальное оборудование; расчет подачи специального станка; кинематический анализ специального станка.
IMPROVING REPAIR WORKING EFFICIENCY OF LARGE-SIZE ROTATING UNIT MAJOR NODES
S.Yu. Lozovaya, O.B. Beshevli, T.A. Duyun, N.D. Vorobiev
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46 Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russia.
The paper introduces a technology of the repair working of an anti-friction bearing surface of large-size slider bearings with the use of the developed specialized add-on equipment that will significantly reduce the working time, improve the quality of the machined surface and prolong the overhaul life of large-size rotating units. It also provides a kinematic analysis of the operation of a crank-coulisse feeder of the proposed add-on machine-tool design and an algorithm for calculating the basic technological parameters of its actuators.
Keywords: repair of large-size slider bearings; special equipment; calculation of special machine-tool feed; kinematic analysis of the special machine-tool.
В строительной и горнорудной промышленности в составе таких агрегатов, как мельницы самоизмельчения, мельницы полусамоизмельчения, сушильные барабаны, бутары и прочее крупногабаритное вращающееся оборудование в качестве опорных узлов нашли широкое применение крупногабаритные подшипники скольжения.
Надежность работы подшипника скольжения и эксплуатируемого агрегата в целом в значительной степени определяется материалом и качеством опорной по-
верхности скольжения, к которым предъявляются весьма жесткие требования. Материал поверхности скольжения в сочетании с сопрягаемым материалом должны образовывать антифрикционную пару. В качестве антифрикционного материала опор подшипников скольжения наибольшее распространение получили баббиты - легкоплавкие антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. Качество поверхности скольжения обуславливает коэффициент и условия трения-скольжения, удер-
1Лозовая Светлана Юрьевна, доктор технических наук, профессор кафедры механического оборудования, тел.: 89103609993.
Lozovaya Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mechanical Equipment, tel.: 89103609993.
Бешевли Олег Борисович, аспирант, тел.: 89087844058, e-mail: [email protected] Beshevli Oleg, Postgraduate, tel.: 89087844058, e-mail: [email protected]
3Дуюн Татьяна Александровна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой технологии машиностроения, тел.: 89202028298, e-mail: [email protected]
Duyun Tatiana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Machine-Building Technology, tel.: 89202028298, e-mail: [email protected]
4Воробьев Николай Дмитриевич, кандидат технических наук, профессор, доцент кафедры теоретической механики и сопротивления материалов, тел.: 89107370092, e-mail: [email protected]
Vorobiev Nikolai, Candidate of technical sciences, Professor, Associate Professor of the Department of Theoretical Mechanics and Strength of Materials, tel.: 89107370092, e-mail: [email protected]
жание смазки, износостойкость и, как следствие, обеспечивает прямолинейность оси эксплуатируемого агрегата посредством минимального изменения величины зазора в подшипнике в процессе работы. Опорная поверхность скольжения обрабатывается с точность по 8-у квалитету и шероховатостью Ка1,6-3,2.
В результате интенсивной работы агрегатов и непрерывной значительной нагрузки на подшипники в процессе эксплуатации возникают характерные неисправности подшипников, которые, как правило, связаны с износом и различными дефектами поверхности скольжения. В связи с большой массой и габаритами (масса более 1 т, диаметр около 3 м) ремонтную обработку крупногабаритных подшипников производят, как правило, по месту эксплуатации. В процессе ремонта производят восстановление баббитового слоя, а затем обрабатывают поверхность скольжения с применением ручного шабрения. Данный метод обработки довольно трудоемкий, кроме того, достижение качества обрабатываемой поверхности напрямую зависит от квалификации исполнителя.
Для повышения эффективности ремонтной обработки антифрикционного слоя крупногабаритных подшипников скольжения предлагается использовать фрезерование, а для его осуществления - специальный переносной станок (рис. 1), конструкция которого защищена патентом [1].
Замена ручного шабрения фрезерованием обеспечивает существенно повышает производительность обработки при условии обеспечения стабильных параметров точности выдерживаемого размера и качества обрабатываемой поверхности [2, 3] .
Переносной станок содержит корпус 1, выполненный в виде двух плоских рам 2. Каждая плоская рама 2 в нижней части имеет два опорных элемента 3, выполненных в виде башмаков. Опорные элементы 3 предназначены для установки переносного станка на обрабатываемом изделии 4 (корпусе подшипника). В верхней части плоские рамы 2 соединены приводным валом 5, который опирается на подшипниковые узлы 6 плоских рам 2. Приводной вал 5 является конечным звеном кривошипно-коленного механизма 7 привода маятниковой круговой подачи. Кроме того, в привод входят редуктор 8 и электродвигатель 9. На приводном валу 5 жестко закреплена качающаяся рама 10. В нижней части рамы 10 размещен рабочий узел 11. Рабочий узел 11 имеет направляющие 12, на которых установлена подвижная каретка 13. Подвижность каретки 13 обеспечивается за счет кинематической связи ее с приводом продольного перемещения 14. Подвижная каретка 13 оснащена обрабатывающим лезвийным инструментом 15 - фрезой. Обрабатывающий инструмент 15 получает рабочее движение от привода главного движения 16.
Рис. 1. Общий вид станка
Рис. 2. План положений
На рис. 2 представлен план положений механизма станка, который позволяет визуально оценить взаимное расположение звеньев при движении механизма, определить его крайние положения и диапазон перемещения выходного звена. За нулевое положение принято крайнее правое положение механизма, траектория точки A кривошипа 1 отображена на плане положений окружностью радиуса которая разделена на 12 равных частей, начиная от нулевого положения. Положения механизма пронумерованы в соответствии с направлением вращения кривошипа 1. На основе плана положений определяется график функ-
ции положения механизма, выполняется построение планов скоростей и ускорений, а также силовой анализ.
Для обеспечения возможности применения станка при ремонтной обработке подшипников с различными размерами и марками баббита составлена расчетная схема (рис. 3), позволяющая определить изменения выходных рабочих параметров исполнительных элементов от входных параметров, то есть вычислить режимы резания и угол качания станка в зависимости от длин звеньев подачи, угла при вершине коромысла и смещения оси коромысла [1].
Рис. 3. Расчетная схема
Входными параметрами для расчетов являются:
с - угловая скорость вращения кривошипа ОА; К, К, К, К - длины кривошипа ОА, связующего звена АВ, плеч коромысла О2В и О2С соответственно; а - угол при вершине коромысла; / и к - смещение оси коромысла О2 относительно опоры О по горизонтали и вертикали соответственно.
Начало системы координат расположим в точке О2, направления осей показаны на рис. 3. Тогда координаты опоры О будут следующими:
I xoi 1 [Ус1 =~h,
(1)
а шарнира А -
где
[X = Х01 + ^ sin^ [Уа = Уоi "Ь^ф,
ф = ot.
(2)
(3)
Координаты шарнира В могут быть определены из условий, что он находится на расстоянии /2 от шарнира А и на расстоянии /3 от оси коромысла О2:
С = 1 (/з2 - /22 + хА + уА). (6)
Далее определяем координаты хр и ур мгновенного центра скоростей
(МЦС) звена АВ - точки Р (см. рис. 3).
Для этого запишем уравнение прямой, проходящей через точки А и О:
y = ^ (X - Ха ) - h ,
XA - 1
(7)
и уравнение прямой, проходящей через точки О и В :
Уя У = —x .
X-D
(8)
Решая совместно уравнения (7) и (8), находим точку их пересечения, являющуюся МЦС звена АВ:
' . /Уа + кХА
Уа+ h + ^(l - Ха)
Х-п
(9)
_ Ув
Ур = Хр .
Определяем расстояния от шарниров А и В до МЦС звена АВ - точки Р:
ар =V(XA-кРТ+сУА-УР7,
BP = д/(Хв - Xp )2 + (Ув - Ур )2 .
(10)
2 -i- 2 _ /2 | xb + ув = l3
(xb - xa )2 +(Ув - УA )2 = l22.
(4)
Вычисляем мгновенную угловую скорость звена АВ:
Полученная система уравнений имеет следующее решение:
CiX)-J Ci2 x^ - (x^ + У))( Ci2 - у:2 1З2)
ха + уа
(5)
Ув =
ci хахв Уа
где
<®AR = -,
)в АР
(11)
где УА =а/х.
Вычисляем скорость шарнира В:
vB =®АввР. (12)
Вычисляем угловую скорость коро-
мысла:
<
в
v
хв =
с = 0,093 с-1 (n = 0,89 об/мин) , а = 90°.
CO 2 =
l
(13)
Вычисляем скорость подачи режущего инструмента:
^С =®а 2 ^ (14)
Представленные выше формулы являются фактически алгоритмом расчетов. На их основании была составлена программа, позволяющая для любого набора входных параметров вычислять скорость ус как функцию угла поворота кривошипа
О1А. Выражение (13) позволяет вычислить модуль угловой скорости, а выражение (14) - модуль скорости подачи режущего инструмента.
Угловая скорость со02 меняет знак
при тех значениях угла поворота кривошипа ф, при которых величина ув принимает
экстремальные - минимальное и максимальное - значения. Получить аналитические выражения для вычисления соответствующих значений ф весьма затруднительно, но эта задача относительно просто решается программными средствами.
На рис. 4 приведен пример расчета скорости ус - скорости подачи режущего
инструмента при следующих значениях входных параметров:
Расчет положения режущего инструмента в зависимости от угла ф, то есть вычисление координат точки С, производится решением уравнения прямой, проходящей через точки 02 и С, имеющей следующий вид:
у = кх. (15)
Угол между прямыми задан - а, используя уравнение прямой, проходящей через точки О2 и В, формула (8), получим:
к -
Ув
tga =
Хт->
1 + к
Ув
Хг>
(16)
откуда находим величину коэффициента к в уравнении (15):
хв 1ёа+ у в
к = ■
хв - у в
Решая систему уравнений:
Г у = кх
b2+x2 = i2,
(17)
(18)
получаем:
Ус =■
|к|/4 -Jl + k
(19)
Хс =
Ус к
/ = 0,0049 м, h = 0,271 м, / = 0,12 м, /2 = 0,274 м, ^ = 0,124 м,
На рис. 5 приведен пример расчета координат режущего инструмента.
v
в
ф, град
Рис. 4. Подача режущего инструмента
ф,град
Рис. 5. Расчет координат режущего инструмента
Предложенная технология ремонтной обработки поверхности скольжения крупногабаритных подшипников и разработанное оборудование для реализации данной технологии позволят заменить непроизводительный ручной труд на механизированный, что значительно сократит время обработки, повысит качество обрабатываемой поверхности и, соответственно, увеличит срок межремонтного цикла оборудо-
Библиогра
1. Пат. № 132012, РФ, МПК7 B23D 1/20, B23D 9/00. Станок для обработки вкладышей крупногабаритных подшипников скольжения / В.Я. Дуганов, О.Б. Бе-шевли [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Белгородский гос. технолог. ун-т им. В.Г. Шухова. № 2013100863/02; заявл. 09.01.13; опубл. 10.09.13. Бюл. № 25.
2. Дуюн Т.А., Бешевли О.Б. Влияние технологиче-
вания. Разработанный алгоритм расчета движения исполнительных элементов и соответствующее программное средство дают возможность применять станок для различных типоразмеров подшипников с минимальными конструктивными изменениями и вычислять оптимальные режимы резания, необходимые для фрезерования баббита.
Статья поступила 16.04.2015 г.
чий список
ских параметров на температурный режим и получаемое качество поверхности при фрезеровании баббитов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015. № 2. С. 112-116.
3. Бондаренко Ю.А., Федоренко М.А., Погонин А.А. Определение возможности обработки крупногабаритных деталей на приставных станках // СТИН. 2005. № 7. С. 37-38.
