CC BY
20
© А.А. Погонин, Л.А. Зозулева, А.Н. Бабаевский, 2004
УДК 621.914
А.А. Погонин, Л.А. Зозулева, А.Н. Бабаевский
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРАНОВЫХ КОЛЕС
спользование мостовых кранов широко распространено во всех отраслях промышленности. Особое место среди грузоподъемных механизмов данного типа занимают грейферные мостовые краны, работающие в экстремальных условиях (металлургия, цементная промышленность и др.). Внезапный ремонтный простой этих кранов может повлечь собой остановку непрерывного технологического процесса, в которых они используются.
Одним из слабым мест мостовых кранов являются ходовые колеса. Они подвержены воздействию комплекса изнашивающих факторов. Для уменьшения частоты ремонтных работ кранов и снижения вероятности преждевременного выхода ходовых колес из строя необходимо восстанавливать их с применением современных технологий получения качественных износостойких поверхностей.
Электродуговая наплавка под флюсом получила приоритет в практике восстановления ходовых колес ввиду своей оптимальности среди других методов восстановления.
Немаловажное влияние на процесс восстановления и упрочнения оказывают режимы наплавки и термообработки. Характер фазовых превращений и первичной термообработки, а, следовательно, степень сопротивления различным изнашивающим факторам зависит от температурного режима наплавки. Кроме того, при выдержке определенного соотношения скоростей нагрева и охлаждения происходит дополнительное упрочнение восстановленного слоя за счет закалки.
Пути модернизации технологии наплавки привели к внедрению в нее системы автоматического управления, которая заключается в адаптивном контроле режимов в процессе наплавки.
Адаптивный контроль режимов наплавки по температуре реализуется при использовании автоматической наплавочной установки. Ее прообразом является классическая установка и включает в себя механизм подачи проволоки, механизмы продольного и поперечного перемещения, образующих совместно наплавочный модуль, а также механизм вращения колеса и инверторный источник тока. Ключевая функция управления в ней отводится программируемому логическому контроллеру (ПЛК), который анализирует показания датчиков, отражающих параметры происходящего процесса, сравнивает их с заданными величинами и синтезирует сигналы на изменение параметров процесса, если это необходимо. ПЛК является ядром системы автоматического управления.
Каждый узел наплавочного модуля имеет независимый привод, чем обеспечивается перемещение наплавочной головки по траектории любой геометрической сложности, а также непрерывная подача электродной проволоки с заданной скоростью.
Конструкция приводов наплавочной установки реализована с применением сервоприводов, позволяющих не только гибко варьировать режимы наплавки, но и поддерживать высокий момент вращения за счет векторного управления и при этом обойтись без применения редукторов в отдельных случаях. Частота вращения сервопривода или величина его углового перемещения задается импульсным сигналом. Инверторный источник тока также позволяет регулировать электрические параметры дуги управляющим входным сигналом.
Таким образом, в полученной наплавочной установке электрические сигналы, соответствующие определенным аналитическим зависимостям, легко преобразуются в тожде-
ственные им механические параметры наплавки.
ПЛК содержит реализованную программно последовательность наплавки, которая заключается в следующем. Перед упрочняющей наплавкой наносятся пластичные буферные слои со щадящими режимами для предотвращения возникновения рельефных трещин и увеличения сцепления наносимого слоя с основным металлом. В процессе наплавки происходит коррекция режимов для удержания температуры наплавляемой детали в минимальном диапазоне и исключения ее перегрева. Текущая температура прогнозируется исходя из режимов наплавки по известной динамической модели термораспределения в теле наплавляемого изделия. Для увеличения степени адекватности регулирования дополнительный контроль температуры наплавляемого колеса происходит посредством термодатчика, установленного вблизи наплавляемого слоя.
Таким образом, технология восстановления и упрочнения ходовых колес методом автоматической электродуговой наплавки представляет собой сложный процесс, требующий постоянного контроля, изменения режимов и удержания заданных параметров в требуемых пределах. Выполнение этих требований осуществляется непосредственно
1. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. -М.: Машиностроение, 1989.
2. Электрошлаковая сварка и наплавка. Под. ред. Б.Е. Патона.М.: Машиностроение, 1980.
ПЛК и позволяет проводить ремонтные работы высшего качества.
Неотъемлемой частью программы автоматического управления является модель термораспределения. Научно-иссле-
довательская работа по созданию динамической модели термораспределения в наплавляемой детали имеет финансовую поддержку в форме гранта Министерства образования РФ.
Описанная выше схема управления наплавочной установкой обладает высокой гибкостью в переналадке и позволяет использовать наплавочный модуль для восстановления шнеков пневматических винтовых насосов, лопаток турбин обеспыливающего оборудования и других функциональных деталей основного и вспомогательного технологического оборудования, не терпящего длительных или частых простоев.
Описанная выше наплавочная установка может быть использована для наплавки не только под флюсом, но и в среде защитных газов.
В конечном счете, система автоматического управления позволяет без затруднений проводить высококачественные ремонтные работы любой сложности, в том числе проводимые ранее только вручную.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Митин Г.П., Погонин А.А., Хазанова О.В. Решение задач автоматизации с использованием программируемых логических контроллеров. - М.: МГТУ «СТАН-КИН», 2001.
__ Коротко об авторах
Погонин Анатолий Алексеевич - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Технология машиностроения и робототехнические комплексы»,
Зозулева ЛарисаАлександровна - доцент,
Бабаевский Александр Николаевич - мл. научный сотрудник кафедры «Технология машиностроения и робототехнические комплексы»,
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова.
