CC BY
32
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 5
Средние размеры волокон либриформа
Место расположения и M ± ш.. x Mx с ± ш x сх Min Max Cx Px
параметры волокна %
Ранняя длина, мм 1,006 ± 0,0108 0,242 ± 0,0076 0,445 1,677 24,02 1,07
древесина ширина, мкм 22,735 ± 0,1781 3,925 ± 0,1261 14,098 37,100 17,26 0,77
Поздняя длина, мм 0,913 ± 0,0071 0,160 ± 0,0051 0,519 1,336 17,47 0,78
древесина ширина, мкм 21,169 ± 0,1632 3,658 ± 0,1187 13,356 34,132 17,27 0,77
Волокна 10 кольца существенно превзошли ширину волокон 12 - на 8,5 % (/факт = 3,93), волокна 15 - на 11,2 % ширину волокон 12 кольца (/факт = 5,15), волокна 18 уже 10 - на
5,7 % (t. = 2,88) и 15 - на 8,0 % (t. = 4,11).
Не отмечено значимой разницы ширины волокон 8 кольца - с 10 (t = 1,33) и 18 (t =
факт факт
1,48), 15 - с 10 (С = 1,26), 12 - с 18 (t. =
факт факт
1,05).
Вариабельность (Cx) ширины волокон поздней древесины - средняя, изменяется по радиусу ствола в пределах 14,00...17,21 %. Наиболее изменчива ширина волокон 3 кольца, наименее - 5
Различие длины волокон ранней и поздней древесины существенно (Р = 99,9 %) в 3 кольце (t. = 11,41), 5 (t. = 4,94), 8 (t. =
факт факт факт
7,53Х 10 (W = 7,26Х 12 (W = 10,72Х 18 (v„
= 12,10), 15 (t^ = 2,12, Р = 95 %); ширины волокон - недостоверно для 5 (t^ = 0,05) и значимо (Р = 99,9 %) для 3 (t^ = 4,9), 8 (t^
= 4,02Х 10 (t,aKT = 4,45Х 12 (t,aKT = 6,8°Х 15 (t,aKT
= 4,01) и 18 (7факт = 6,77) колец.
С точностью Р = 99,9 % следует отметить (табл. 5), что волокна либриформа ранней древесины в условиях интродукции
несколько длиннее (t = 7,20) и шире (t
факт факт
= 6,48) поздней. При этом изменчивость (Cx) указанных признаков соответствует среднему и высокому уровням.
Таким образом, длина волокон либри-форма ранней и поздней древесины уменьшается от коры к сердцевине, максимальная в 3 годичном кольце, минимальная - в 18. Нет четкой закономерности изменения ширины волокон по радиусу ствола. Вариабельность размеров волокон либриформа - средняя и высокая. Превышена длина (на 10 %) и ширина (на 7 %) волокон ранней древесины над поздней.
Библиографический список
1. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уголев. - М.: МГУЛ, 2001.
- 340 с.
2. Зайцев, Г.Н. Методика биометрических расчетов. Математическая статистика в экспериментальной ботанике / Г.Н. Зайцев. - М.: Наука, 1973. - 256 с.
3. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
4. Свиридова, Т.А. Изменчивость длины и ширины волокон либриформа древесины березы повислой и березы карельской / Т.А. Свиридова, Е.Н. Са-мошкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.
- 2008. - № 6. - С. 81-83.
восстановление работоспособности станка по результатам оценки остаточного ресурса
Р.В. ЗАЙЦЕВ, асп. МГТУ им. Н.Э.Баумана
Современное металлообрабатывающее
оборудование представляет собой машины со сложными и функциональными свойствами. Как правило, это машины, находящиеся в сложном сообществе других машин, и отказ одной из них приводит к отказу сложной технической системы.
romzes_xyz@mail.ru
Отказы в технических системах имеют различные причины. Наиболее сложным случаем в эксплуатации является наступление предельного состояния, когда техническая система не может выполнять свои функции.
В настоящее время, для того чтобы «неожиданно» система не очутилась в предельном
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
171
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
состоянии, успешно развивается такое направление научно-практической деятельности, как оценка значения остаточного ресурса [1].
Значение величины времени эксплуатации до предельного состояния является гарантией того, что не наступит катастрофических последствий, в силу того что известен момент наступления предельного состояния.
Современные станочные системы - дорогостоящие устройства. При достижении предельного состояния возникает вопрос о дальнейшей судьбе этого устройства. Если открывается возможность восстановить его, прибегают к процедуре ремонта. В этом случае преследуется цель восстановления утраченной за время эксплуатации работоспособности путем ряда ремонтных мероприятий. Ремонт выполняют специалисты другого профиля, а не те, кто эксплуатирует данный станок. Возникает разрыв в оценке свойств металлообрабатывающего станка.
Предельное состояние обнаруживается во время эксплуатации. Это фиксируют специалисты, эксплуатирующие станки. Восстановление производят ремонтники. Перед ремонтом станка возникает задача количественной оценки степени и места повреждения. Для этого подходят известные методы и средства, используемые при проведении приемо-сдаточных испытаний для новых станков. Такая информация является исходной для процедуры ремонта. При проведении исследований состояния станка на основе методов приемосдаточных испытаний станок находится в статическом состоянии (оценка геометрической точности, жесткости, погрешности координатных перемещений формообразующих узлов и т.д.). Разрыв в оценке состояния станка (во время рабочего процесса и в статическом состоянии) является источником потери информации и влияет на качество ремонта.
Такое положение может быть исправлено, если процедуру по оценке количественного значения остаточного ресурса (ОР) строить с учетом того, что информация, полученная при оценке ОР, согласуется с процедурой ремонта. Исходным следует считать формирование выходных параметров станка, определяющих его параметрическую работоспособность [2].
Данный набор для токарного станка является определяющим в характеристике состояния станка. Это параметры типовой детали (вал), такие как отклонения формы в поперечном сечении, отклонение формы в продольном сечении. В первом случае это овальность/ог-ранка. Во втором - это конусообразность, боч-кообразность/седлообразность. Каждый из этих параметров формируется специальным устройством в станочной системе.
Параметры поперечного сечения зависят от состояния шпиндельной группы и в наибольшей степени от шпиндельных опор. Параметры цилиндричности, такие как бочкообразность, зависят от суппортной группы, а конусообразность - от несущей системы станка, его станины.
Каждая из этих сборочных единиц, участвуя в формообразовании получаемых деталей, формирует точность поверхностей. В процессе ремонта каждый из этих механизмов требует своих приемов, которые зависят от степени повреждения. Такая ситуация требует от процедуры оценки остаточного ресурса анализа именно этих параметров во время эксплуатации, по которым оценивают предельное состояние. По мере эксплуатации станочного оборудования система начинает проявлять несоответствие требованиям нормативных документов. Параметры точности получаемых деталей приближаются к предельным значениям, вибрационный фон и шероховатость обработанных поверхностей ухудшаются и т.д.
Оценивают техническое состояние конструкции. Данную операцию производят путем обработки заготовки типовой детали (конфигурация, размеры, материал заготовки оговариваются в паспорте станка). После обработки контрольных образцов деталей производят измерение основных параметров обработанных поверхностей. Полученные данные сравнивают с техническими требованиями на допустимые изменения согласно с паспортными данными на данный станок. По степени близости полученных данных измерений с допустимыми значениями формируют вывод о состоянии станка.
Если принимается решение о ремонте, возникает задача декомпозиции полученных данных на составные части и установления
172
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
количественного значения степени влияния каждого из параметров на общую величину предельного состояния. По составу элементарных составляющих вопрос ясен. Это шпиндель, суппорт, несущая система. По степени их влияния в количественном выражении вопрос остается открытым.
Следуя логике системы приемо-сдаточных испытаний, оценку состояния следует проводить в статике, исследуя раздельно свойства с их количественной оценкой. Однако рабочий процесс порождает различные процессы, протекающие в едином пространстве конструкции и в одно и то же время. Это обстоятельство приводит к тому, что они оказывают влияние друг на друга и соответственно изменяют свои и сопряженные параметры. Известно, что жесткость несущей системы станка изменяется от изнашивания [3]. Жесткость изменяется от действия тепла [4, 5]. Количество тепла, образующегося в конструкции, увеличивается по мере изнашивания и т.д.
С учетом методики приемо-сдаточных испытаний и существующих данных о повреждении конструкции во время рабочего процесса была составлена программа обработки данных, полученных с контрольных деталей. В отличие от приемо-сдаточных испытаний, для того чтобы учесть действия термических явлений, обрабатывали не одну, а несколько заготовок в продолжение смены.
Полученные детали (рис. 1) в процессе эксперимента подвергаются измерениям в пяти сечениях по длине. В этих же сечениях измеряют диаметр в двух взаимно перпендикулярных сечениях. В первом случае это информация об отклонение формы вдоль оси, а во втором - это информация об овальности в поперечном сечении.
В данном случае погрешность в виде овальности однозначно говорит о состоянии шпиндельных опор. Ремонт этих механизмов будет состоять либо в регулировке, либо в замене подшипников.
Более сложная задача - расшифровка погрешности вдоль оси, так как она зависит от изменения положения оси шпинделя от двух составляющих. За время чистового прохода изменяется значение момента в горизонтальной плоскости.
Сила резания может оставаться постоянной, но плечо ее действия изменяется вслед за положением резца при движении вдоль оси. Второй фактор, действующий в течение смены, это действие тепла на изменение положения оси.
Следующая группа причин связана с изменением положения инструмента. Поскольку есть возможность исключить либо учесть действие износа, этот фактор исключаем из рассмотрения.
Положение вершины резца меняется из-за износа направляющих, изменения жесткости сопряжения направляющие-суппорт, тепловых изменений несущей системы относительно оси шпинделя. Во время экспериментальной оценки состояния для исключения погрешности установки заготовки в патрон осуществляют черновой проход. Этим исключают угловую погрешность установки. Значение диаметра в первом сечении обнуляют, тем самым исключают влияние погрешности установки инструмента перед чистовым проходом.
Исходными данными являются значение отклонения формы вдоль оси, определенные как половина погрешности в каждом сечении. Программа аппроксимирует этим данные некоторой кривой методом наименьших квадратов. На графике по оси абсцисс отложено расстояние вдоль оси, а по оси ординат - погрешность диаметра в разных сечениях (рис. 2).
В конце рабочего хода, когда момент от силы резания приближается к нулю, положение кривой, аппроксимирующей экспериментальные данные, характеризует положение оси шпинделя, и касательная к аппроксимирующей кривой в начале координат определяет положение оси шпинделя в момент окончания резания (рис. 3).
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
173
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Рис. 3. Положение оси шпинделя относительно направляющих
Величина погрешности в момент Z=0 характеризует радиальную жесткость шпинделя. Зная силу резания в данный момент, можно оценить в количественном выражении искомую жесткость.
Изменение положения касательной за время смены показывает изменение положения оси шпинделя от тепла. А изменение радиальной жесткости шпинделя говорит о поведении опор под действием тепла.
174
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Изменение радиальной жесткости в течение смены
t мин 0 20 50 110 170
j н/мкм 5500 2100 2200 2700 2700
Таблица 2
Изменение отклонения формы вдоль оси из-за отжатия шпинделя в горизонтальной плоскости
t мин Z мм 0 20 40 80 100
0 Д мкм 0 7 8 6 0
170 0 5 10 12 0
Таблица 3
изменение положение оси шпинделя за время смены
t мин 0 20 50 110 170
Д мкм 16 17 12 10 5
Д- оценивают на 100 мм от фланца шпинделя
Таблица 4
влияние износа направляющих на образование отклонения формы
Z мм 0 20 40 80 100
Д мкм 0 2 3 3 0
Аппроксимируя ординаты Z = 0 и Z = 100 мм прямой линией, получают значение конусообразности, которая представляет собой положение оси шпинделя относительно направляющих (рис. 4).
Отклонение от этой прямой представляет собой седлообразность, которая состоит из отклонения, образованного износом направляющих, и отжатия шпинделя из-за изменения изгибающего момента во время чистового прохода.
Для того, чтобы найти величину седлообразности вследствие действия износа направляющих, используем знание формы суммарной поверхности и определим параметры этой кривой для ординат Z = 0 и Z = 100 при положении оси шпинделя в момент окончания обработки, что, по сути, есть геометрическая точность положения оси относительно направляющих. Прогиб этой кривой характеризует влияние износа направляющих на образование отклонения формы.
Разница этого прогиба относительно суммарного значения погрешности составляет влияние жесткости шпинделя (рис. 5).
Оценка исследуемых параметров производится в течение смены. Станок работает на холостом ходу, но периодически производят обработку заготовок (4 или 6 штук) в зависимости от модели станка и его состояния. Чистое время работы составляет 2,8 часа=170 мм.
Для исследуемого станка были получены следующие значения основных показателей.
Полученные результаты анализа предельного состояния станка говорят о плачевном состоянии шпиндельной группы как по механическим показателям, так и по тепловым.
выводы
1. Анализ причин и количественного значения их влияния на формирование предельного состояния предлагаемым методом не исключает, а дополняет использование методов приемо-сдаточных испытаний.
2. Оценка остаточного ресурса с учетом последующего использования этой информации при ремонте удлиняет процедуру оценки, но увеличивает достоверность оценки состояния перед ремонтом.
3. Для того чтобы использовать данный подход к оценке остаточного ресурса и иметь сравнимые данные о состоянии станка, необходим общественный договор по режимам проведения оценки.
Библиографический список
1. Болотин, В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В.В. Болотин. - М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.
2. Зайцев, Р.В. Структура показателей работоспособности металлообрабатывающего станка для оценки остаточного ресурса / Р.В. Зайцев // Известия высших учебных заведений. Машиностроение.
- 2009. - № 1. - С. 67-72.
3. Левина, З.М. Контактная жесткость машин / З.М. Левина, Д.Н. Решетов. - М.: Машиностроение, 1971. - 264 с.
4. Енджеевски, Е. Влияние тепловых изменений зазора в подшипниках качения на жесткость шпиндельных узлов / Е. Енджеевски, В. Квасьны // Станки и инструменты. - 1977. - № 4. - С. 10-12.
5. Дмитриев, Б.М. Изменение жесткости станка от действия тепловых возмущений / Б.М. Дмитриев,
О.Г. Королев // Известия вузов. Машиностроение.
- 1994. - № 10-12. - С. 112-116.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
175
