CC BY
1УДК 62-9:681
Д.Р. Калюжный, Б.В. Баженов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЛТОВОЧНОЙ МАШИНЫ
В статье рассматриваются устройство и принципы работы галтовочной машины, а также рассматривается проект по оптимизации и автоматизации данного устройства для российского рынка с применением деталей отечественного производства. Во время производства многих изделий из металла или деталей на их поверхности могут образовываться различные дефекты. Все эти дефекты необходимо удалять с поверхности. Для этих целей часто используется метод галтовки, так как она в большинстве случаев справляется с большинством дефектов. Но из-за того, что многие галтовочные машины иностранных производителей малодоступны для потребителей российского рынка из-за высокой стоимости и дорогостоящего обслуживания, а отечественные модели имеют малый набор настроек и функций для выбора оптимального режима работы, данный вид обработки изделий считается дорогим. Повышение энергоэффективности и функциональности галтовочной машины является функциональной задачей.
Ключевые слова: галтовочная машина, обработка, автоматизация, производство.
D.R. Kalyuzhny, B.V. Bazhenov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
INCREASING THE ENERGY EFFICIENCY OF A BARRELING MACHINE
The article discusses the device and principles of operation of a barreling machine, as well as a project to optimize and automate this device for the Russian market using parts of domestic production. During the production of many metal products or parts, various defects can form on their surface. All these defects must be removed from the surface. For these purposes, the barreling method is often used, since in most cases it copes with most defects. But due to the fact that many barreling machines from foreign manufacturers are inaccessible to consumers of the Russian market due to the high cost and expensive maintenance, and domestic models have a small set of settings and functions to select the optimal operating mode, this type of product processing is considered expensive. Improving the energy efficiency and functionality of the barreling machine is a functional task.
Key words: barreling machine, processing, automation, production.
Галтовка (галтование) - это обработка изделий сухими или жидкими абразивными материалами в специальных емкостях, которые вращаются внутри этих емкостей, либо происходит в ходе вибрации. Процесс обработки металла воздействием на него сыпучего абразивного материала, который вместе с деталями помещают внутрь специального оборудования и подвергают вращению либо вибрации. Металлические детали после галтовочной обработки приобретают почти окончательный вид и в некоторых случаях могут получать дополнительные положительные [1]. Примерами абразива являются частички корунда, наждака, песка или другие материалы. Сухие смеси применяются для сухой галтовки, для мокрой же используют специальные растворы. Галтованием иногда выполняют полировку изделий. Галтовка металла позволяет убрать с поверхности изделий такие дефекты, как заостренные края при штамповке изделий из листов металла; окалину после проведения сварочных работ или резки металла; кроме этого, галтовкой добиваются полирования изделий до состояния идеальной поверхности. Детали, которые были обработаны галтовкой, можно дальше обрабатывать гальванически либо окрашивать порошковыми смесями.
Если в рабочую среду добавлять дробь из металла или использовать гидрогалтовку, то таким методом можно получать уплотнение поверхностного слоя заготовок, тем самым повышая их прочность. Металлы, подходящие для галтовки: сплавы специального назначения; черный металл; конструкционные стали; сплавы нержавеющие; материалы титановые; алюминий и его сплавы; медь и сплавы на его основе; серебро.
Существует несколько основных типов галтовочных установок. Процесс, при котором обработка проходит методом вращения, осуществляется в специальных емкостях, называемых барабанами. Конструкция барабана выполнена в форме многогранника - это чаще шестигранник или восьмигранник. Сам барабан имеет герметичную крышку, для предотвращения выхода наружу вредной абразивной пыли, которая образуется во время работы. Вал вращения у таких барабанов располагается горизонтально, приводом служит электродвигатель отечественного производства, который позволяет снизить общую стоимость установки.
Путем исследования и тестов было выяснено, что оптимальная частота вращения находится в пределах от 20 до 60 оборотов в минуту. Такие барабаны хорошо подходят для обработки плоских металлических заготовок. Другой тип галтовочного оборудования - это вид центробежной машины, выполненной по форме колокола. Для того чтобы внутренняя поверхность колокола не портила заготовки при вращении, эта поверхность покрывается изнутри пластмассой или резиной. Главный вал вращения колокола расположен вертикально или под определенным углом к вертикали. Выявленная оптимальная частота вращения колокола находится в пределах от 10 до 50 оборотов в минуту. Данные колокола отлично подходят для галтовки резьбовых соединительных элементов.
Для выполнения галтовочных работ при помощи вибрации применяют специальные камеры, которые снабжаются механизмами, создающими вибрацию (эксцентрики). Данные эксцентрики заставляют камеру колебаться с частотой от 50 до 15 Герц в разных направлениях, во время этого процесса внутри рабочего пространства происходит характерное перемещение изделий и абразивного материала. Вибрационные камеры подходят для обработки деталей крупного размера, предварительно закрепленных внутри [1].
Недостатком технологии галтовки можно считать то, что изделие после обработки может не соответствовать первоначальным размерам, поэтому режимы галтовочной обработки нужно тщательно подбирать [2, 3]. Также в связи с наличием дорогих иностранных аналогов галтовочных машин, в которых уже есть множество функций, стоит отметить, что данная технология является дорогостоящей, если же рассматривать отечественные установки, которые стоят на порядок дешевле, чем иностранные аналоги, в них отсутствуют многие функции необходимые для полноценной работы.
Галтовочная установка представляет собой тело, колеблющееся в пространстве. Процесс колебания довольно сложный и определяется большим количеством переменных. Состав и направления компонентов возможных напряжений на опорах галтовочной машины представлены на рис. 1.
О
2
9
Рис. 1. Компоненты возможных напряжений на опорах галтовочной машины
Так, например, напряжение на произвольно ориентированной площадке (рис. 1), исходя из формулы Коши, вычисляется по компонентам напряжения [4]:
S =а • соэ пх + т соэ пу + х соэ пг,
пх х ху хг '
S =т соэ пх + с соэ пу + т соэ пг,
пу ух у уг
S =т соэ пх + х соэ пу + с соэ пг.
пг гх ху г
где пх, пу, пг - углы между нормалью к косой площадке и соответственно осями х, у, г.
Если в дальнейшем давать описание математической модели работы машины по обработке металла, то можно понять, что процесс галтования описывается большим количеством уравнений с большим количеством переменных. Соответственно, разработка самого устройство системы управления дает возможность создания макета, который в дальнейшем можно исследовать по разработанным математическим моделям и улучшать процесс обработки металла путем увеличения энергоэффективности работы оборудования и увеличения моторесурса, а также путем снижения износа основных узлов, в которых создается напряжение при работе установки. На рис. 2 изображен макет галтовочной установки выбранного типа.
__установить настройки 6-10* на аналог.еыход
обороты
Рис. 2. Схема макета галтовочной установки вибрационного типа
Установка состоит из трех основных узлов. Во-первых, это силовая часть установки, представленная асинхронным электроприводом М. Электропривод непосредственно создает механический момент вибрации. Вторая часть установки, это схема управления электроприводом, которая способна создавать разные режимы работы. На схеме эта часть представлена частотным преобразователем ЧП, преобразователем напряжения УМН и кнопкой аварийной остановки. Третьей составной частью установки является непосредственно ванна, в которой проходит обработка металла [5, 6].
Продолжительность галтовки определяется лишь состоянием изделия, и в большинстве случаев этот процесс может происходить несколько дней, с помощью тщательно изученных и подобранных режимов работы появляется возможность гибкости настроек для более простого выбора режима работы под конкретное изделие.
Совершенствование производственного оборудования, обеспечивающего технологические процессы металлообработки и изготовления металлических деталей, является важной научно-технической задачей. Решение этой задачи требует комплексного подхода, в том числе исследование условий обеспечения оптимальных режимов работы установок в период технической эксплуатации. Проведенный анализ существующих схемных решений обработки металла с исполь-
зованием различных установок, а также дальнейшая разработка математических и имитационных моделей позволит выявить недостатки существующего оборудования и создать более функциональные аналоги с улучшенными качественными характеристиками и оптимальными показателями энергоэффективности.
Литература
1. Оборудование [Электронный ресурс] // Интернет-портал о металлообработке. - URL: https://wikimetall.ru/oborudovanie (дата обращения: 05.02.2024).
2. Исследование тепловых процессов асинхронного электродвигателя в продолжительном режиме работы с вариативной нагрузкой / Г.С. Мясников, К.Р. Федосеев, Н.С. Рябовол, О.А. Белов // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Шестой нац. (всерос.) науч.-техн. конф. (9-10 ноября 2023 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2024. - С. 58-62.
3. Исследование тепловых процессов асинхронного электродвигателя в кратковременном режиме работы с номинальной нагрузкой / К.Р. Федосеев, Н.С. Рябовол, Г.С. Мясников, О.А. Белов // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Шестой нац. (всерос.) науч.-техн. конф. (9-10 ноября 2023 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2024. - С. 86-90.
4. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник в 3 томах / Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. - Л.: Судостроение, 1968. - 812 с.
5. Электрический привод. Ч. 1. Электроприводы постоянного тока: Учеб. пособие / А.М. Абакумов, П.В. Тулупов, Ю.А. Чабанов. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010 - 123 с.
6. Труднев С.Ю. Компьютерное моделирование однофазного асинхронного двигателя // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2020. - № 54. - С. 29-35.
