CC BY
25
ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2017 №1(22), С. 54-58
УДК 621.7(072)
ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИ
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ОЦЕНКИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ МЕХАНООБРАБОТКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
© 2017 В.Т. Саункин*, И.Р. Григорьев**, О.Е. Драка*
* Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл., Россия
** Филиал ОАО «АЭМ-технологии «Атоммаш» в г. Волгодонске, Волгодонск, Ростовская обл., Россия
В работе рассматривается проблема контроля и оценки переходного процесса при механообработке крупногабаритных изделий атомного машиностроения. Механическую обработку изделий предлагается рассматривать как процесс резания в замкнутой технологической системе «станок - приспособление - инструмент - деталь» (СПИД). Предложена методика оценки времени переходного процесса, исходя из заданной ошибки измерения в динамическом режиме работы системы.
Ключевые слова: атомное энергетическое машиностроение, система «станок -приспособление - инструмент - деталь», переходный процесс, инерционность, качество обработки изделий.
Поступила в редакцию: 15.03.2017
Рассматриваемая система относится к электромеханическим, в которых большое значение имеет инерционность движущихся и вращательных частей. Инерционность и другие факторы могут быть причиной нарушения устойчивости работы системы и негативно сказаться на качестве обработки изделий во время переходного процесса.
Для составления модели процесса резания рассмотрим схему точения с одной степенью свободы. С целью упрощения расчета система СПИД представлена одномассовой системой с массой т, связанной упругой связью, имеющей жесткость С и коэффициент демпфирования X, со станиной станка (рис. 1).
Рис. 1. - Схема модели процесса резания изделия в замкнутой технологической системе СПИД
© Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2017
Суппорту станка сообщается перемещение на заданную глубину резания ^ (по лимбу станка). В результате упругих деформаций системы под действием силы резания фактическая глубина резания ^ будет меньше поперечной подачи на величину упругих деформаций у:
и=*>~У- С1)
Уравнение движения одномассовой системы имеет вид:
<12У , ¿у
т—+ А— + СУ = Р,
Ш Л
где Р - сила резания.
(2)
Процесс резания для упрощения модели с учетом малых значений постоянной где кр - коэффициент передачи звена.
времени стружкообразоваиия (Тр = 10~4... 10~3 с) представим безынерционным:
Р = кр1ф,
Таким образом, замкнутая технологическая система СПИД будет представлена в
виде следующей модели:
t ф = з
У,
¿2У 1 ¿У
т—+ X — + су = Р,
dt2 dt У , ф ■
(4)
Для дальнейшего исследования системы с помощью ЭВМ необходимо данную модель (4) привести к модели в пространстве состояний с помощью преобразования Лапласа. Для этого получим значение Ъф Из выражения (1) имеем:
(Йг
тогда
У = —
1 ф
у
ф
сй
2 •
(6)
(7)
Подставим уравнения (5), (6) и (7) в выражение (2):
ш
ф
dt
2
X-
1ф
■<Лф=Р.
(8)
Подставим уравнение (3) в выражение (8):
- ш
ф
-X-
ф
¿Г
+ с*з "СЧ =кр*ф-
Преобразуем выражение (9):
2
(1 и ёи
- т—Х-^- - (с + к )1ф = -<Л3. (10)
да
Представим уравнение (10) в операторной форме:
2
шр tф + Мф + (с + кр ^ф = <*3. (11)
Освободимся от коэффициента возле свободного члена уравнения (11):
ш ? X с!:,,
■р +-р + 1 =-5-. (12)
С + К/ С + Кр (с + кр)1ф
Фактическую глубину резания находим из уравнения (12):
<Ф= 2 , . 03)
тр + Ар + (с + к р)
Выражение (13) является общим уравнением для исследования рассматриваемой системы СПИД.
Чтобы использовать уравнение (13) в программах для исследования системы СПИД необходимо избавиться от коэффициента р (в знаменателе получим полином):
_ <*3 1
(^Ц)' (14)
р +—р +-—
т т
ct з
где-- коэффициент усиления.
m
Для исследования системы СПИД используется программа Mathcad. Исходные данные для этой программы представлены матрицей объекта размером (2*2). В нее входят коэффициенты полинома из знаменателя уравнения (14). Первая строка матрицы А всегда имеет вид как в нижеприведенной формуле, где 1 - это коэффициент при р2:
А =
0 1
к . (15)
m m
Вторая строка матрицы А представляет собой коэффициенты остальных членов полинома, взятые с обратным знаком. Причем, на первом месте стоит коэффициент при свободном члене, а на втором - коэффициент при P. Элементы матрицы в программу вводятся построчно.
Предлагаемая методика апробирована на реально существующей системе СПИД со следующими параметрами: m = 25000 кг; c = 10000 Н/м; X = 2000 кг/с; kp = 0,75 Н/мм; ^ = 0,003 м.
График переходного процесса в системе показан на рис. 2.
Как видно из графика, переходный процесс в системе колебательный затухающий. По графику можно определить время окончания переходного процесса и наступления установившегося режима в системе. Задаваясь допустимой ошибкой установившегося режима, можно определить время окончания переходного процесса системы и, следовательно, включения обработки изделия.
Zu, 1
tmax tmin
t3
0
A
l\
A A
ft i
1 1A f\ i \ /
\J Л i \
1 v V
у
0 12.143 24.286 36.429 48.571 60.714 72.857 85 97.143 109.286 121.429 133.571 145.714157.857 170
Zu,0
Рис. 2. - График переходного процесса системы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Советов, Б.Я. и др. Моделирование систем: учебник для вузов [Текст] / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - М.: Высш. шк., 2005. - 343 с.
2. Кудрявцев, Е.М. Компас - 3Д. Моделирование, проектирование и расчет механических систем [Электронный ресурс] / Е.М. Кудрявцев. - Электрон. текстовые данные. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 400 с.
3. Гуськов, А.М. и др. Устойчивость положений равновесия механических систем под действием неконсервативных (циркуляционных) сил [Электронный ресурс]: учебное пособие по курсам «Основы прикладной теории механических колебаний», «Теория устойчивости движения механических систем» / А.М. Гуськов, Т.Я. Пановко. - Электрон. текстовые данные. - М.: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, 2013. - 53 с.
4. Шефер, К. Теоретическая физика. Том 1. Часть 1. Общая механика. Механика твердого тела [Текст] / К. Шефер. - Санкт-Петербург, Книга по требованию, 2012. - 447 с.
5. Шефер, К. Теоретическая физика. Том 2. Часть 1. Общая механика. Механика твердого тела [Текст] / К. Шефер. - Санкт-Петербург: Книга по требованию, 2012. - 448 с.
6. Саргосян, А.Е. Сопротивление материалов, теории упругости и пластичности [Текст] / А.Е. Саргосян. - М.: Высшая школа, 2000.
7. Филин, А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела [Текст] / А.П. Филин. - М.: Наука, 1981.
8. Охорзин, В.А. Прикладная математика в системе MATHCAD: учебное пособие. 3-е изд. [Текст] / В.А. Охорзин. - СПб.: Лань, 2009. - 352 с.
9. Гольдберг, О. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования [Текст] / О. Гольдберг. - М.: Высшая школа. 2001.
10. Кустов, Е.Ф. и др. Модуль упругости, поверхностного натяжения, адгезии, идеальная и реальная прочность твердых тел [Текст] / Е.Ф. Кустов, М.Е. Кустов, В.А. Антонов // ЖТФ. -2017. - Т. 87. - Вып. 4. - С. 563-569.
REFERENCES
[1] Sovetov B.Ia., Iakovlev S.A. Modelirovanie sistem: uchebnik dlia vuzov [Modeling of systems: textbook for higher education institutions]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2005, ISBN 5-06-003860-2, 343 p. (in Russian)
[2] Kudriavtsev E.M. Kompas - 3D. Modelirovanie, proektirovanie i raschet mekhanicheskikh system [Compass - 3D. Modeling, design and calculation of mechanical systems]. Elektronnye tekstovye dannye [Electronic text data]. M. Pub. DMK Press, 2008, ISBN 978-5-94074-418-4, 400 p. (in
-3
-3
5.57143-10
5.14286x10
4.71429x10
4.28571x10
3.42857-10
-3
3x10
-3
2.57143x10
-3
-3
1.71429x10
-3
1.2857Ы0
-4
8.57143-10
4
4.28571x10
Russian)
[3] Guskov A.M., Panovko T.Ya. Ustoichivost polozhenii ravnovesiia mekhanicheskikh sistem pod deistviem nekonservativnykh (tsirkuliatsionnykh) sil: uchebnoe posobie po kursam «Osnovy prikladnoi teorii mekhanicheskikh kolebanii», «Teoriia ustoichivosti dvizheniia mekhanicheskikh sistem» [Stability of provisions of mechanical systems balance under the influence of nonconservative (circulating) forces [An electronic resource]: the manual at the courses "Bases of the Applied Theory of Mechanical Oscillations", "Theory of Stability of the Movement of Mechanical Systems"]. Elektronnye tekstovye dannye [Electronic text data]. M. Pub. Moskovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet imeni N.E. Baumana [Bauman Moscow State Technical University], 2013, ISBN 978-5-7038-3656-9, 53 p. Available at: http://rk5-lib.bmstu.ru/files/upb/din_mech_sist_guskov.pdf (in Russian)
[4] Shefer K. Teoreticheskaia fizika [перевод]. Vol. 1. Chast 1 [Theoretical Physics. Part 1]. Obshchaia mekhanika. Mekhanika tverdogo tela [General mechanics. Mechanics of a solid body]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Kniga po trebovaniiu [Book on demand], 2012, ISBN 978-5-45849839-5, 447 p. (in Russian)
[5] Shefer K. Teoreticheskaia fizika. Vol. 2. Chast 1 [Theoretical Physics. Part 1]. Obshchaia mekhanika. Mekhanika tverdogo tela [General mechanics. Mechanics of a solid body]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Kniga po trebovaniiu [Book on demand], 2012, ISBN 978-5-45837433-0, 448 p. (in Russian)
[6] Sargosian A.E. Soprotivlenie materialov, teorii uprugosti i plastichnosti [Resistance of materials, theories of elasticity and plasticity]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2000. ISBN 5-06003866-1, Available at: sopromat.vstu.ru/metod/ucheb/ucheb_09.djvu (in Russian)
[7] Filin A.P. Prikladnaia mekhanika tverdogo deformiruemogo tela [Applied mechanics of a solid deformable body]. M. Pub. Nauka, 1981. (in Russian)
[8] Okhorzin V.A. Prikladnaia matematika v sisteme MATHCAD [Applied mathematics in the MATHCAD system]: Uchebnoe posobie [Manual]. 3-e izdanie [3rd edition]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Lan [Lan], 2009, ISBN 978-5-8114-0814-6, 352 p. (in Russian)
[9] Goldberg O. Perekhodnye protsessy v elektricheskikh mashinakh i apparatakh i voprosy ikh proektirovaniia [Transition processes in electrical machines and devices and questions of their design]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2001, ISBN 5-06-003844-0, 512 p. (in Russian)
[10] Kustov E.F., Kustov M.E., Antonov V.A. Modul uprugosti, poverkhnostnogo natiazheniia, adgezii, idealnaia i realnaia prochnost tverdykh tel [Module of elasticity, superficial tension, adhesion, ideal and actual durability of solid bodies]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki [Magazine of technical physics], 2017, Vol. 87, Vypusk 4 [Issue 4]. ISSN 0044-4642, DOI: 10.21883/JTF.2017.04.44317.2026, pp. 563-569. (in Russian)
Development of Methodical Recommendations of Transition Process Assessment When Processing Large-Size Products Mechanically
V.T. Saunkin*1, I.R. Grigoriev**2, O.E. Draka*3
* Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University "MEPhI", Lenin St., 73/94, Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail: VITIkafIUS@mephi.ru
1 ORCID iD: 000-0002-3462-4853 WoS ResearcherID: F-3352-2017; 3 ORCID iD: 000-0002-3397-6830 WoS ResearcherID: F-3316-2017
** Volgodonsk branch of JSC « AEM-technologies» «Atommash», Zhukovskoye shosse, 10, Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360
2 ORCID iD: 000-0002-5654-5021 WoS ResearcherID: F-3370-2017
Abstract - The problem of control and an assessment of transition process when processing large-size products of atomic mechanical engineering is considered in the work. Machining of products is offered to be considered as process of cutting in the closed technological system "machine -adaptation - tool - detail" (MATD). The technique of an assessment of transition process time, proceeding from the set measurement error in a dynamic operating mode of system is offered.
Keywords: atomic power engineering, "machine - adaptation - tool - detail" system, transition process, lag effect, product processing quality.
