Анотація до роботи:

Шеремет О.І. Вдосконалення автоматизованої електромеханічної системи для віброобробки металевих деталей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнiчнi комплекси та системи. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2005.

Дисертація присвячена підвищенню ефективності, продуктивності і рівня автоматизації віброобробки металевих деталей для релаксації залишкових механічних напруг за рахунок вдосконалення електромеханічної системи для її реалізації.

Розроблена автоматизована електромеханічна система здатна повторювати форму керуючого впливу по електричній напрузі, перетворюючи його в механічні коливання. У зв’язку з застосуванням нового алгоритму, час тестування деталі на наявні резонансні частоти був зменшений. Завдяки одночасній обробці деталі, що має n резонансних частот, на всіх резонансних частотах одночасно, тривалість віброобробки скоротилася в n раз у порівнянні з базовим варіантом електромеханічної системи. Відповідним чином скоротилися й енерговитрати. Завдяки постійному контролю за зсувом резонансних частот в область низьких, віброобробка ведеться тільки на резонансних частотах, що зводить непродуктивні витрати на обробку до мінімуму. Ефективність запропонованого способу віброобробки та переваги електромеханічної системи для його реалізації обґрунтовані теоретично і підтверджені практично. Основні результати роботи впроваджені на машинобудівному підприємстві.

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності, продуктивності і рівня автоматизації віброобробки металевих деталей за рахунок удосконалення електромеханічної системи для її реалізації.

Основні наукові і практичні висновки роботи полягають у наступному:

1. Досліджено ефективність віброобробки металевих деталей силовими діями різної форми. При цьому встановлено співвідношення між коефіцієнтом динамічності й енерговитратами для синусоїдального, прямокутного і дзвіноподібного впливів відповідно . З цього співвідношення випливає, що найбільш оптимальною формою впливу з позиції одержання найбільшого коефіцієнта динамічності при найменших енерговитратах є дзвіноподібна дія. Найбільш енергоємною буде віброобробка прямокутними знакозмінними імпульсами, хоча при цьому і досягається найбільший коефіцієнт динамічності. Синусоїдальний вплив має середні енергетичні показники і коефіцієнт динамічності.

2. Отримано залежність роботи, що виконується електромеханічною системою при віброобробці металевих деталей, від діапазону частот, що є у спектрі сигналу віброобробки. Дослідження цієї залежності привело до розробки енергетично оптимального способу керування електромеханічною системою для віброобробки металевих деталей, що дозволяє знизити витрати на обробку і підвищити її продуктивність. Суть способу полягає у віброобробці деталі одночасно на всіх резонансних частотах з постійним контролем їхнього зсуву в область низьких з метою корекції діючого сигналу.

3. Розроблено нову математичну модель електромеханічної системи для віброобробки металевих деталей, засновану на теорії електромеханічних аналогій. Модель дозволяє по основних параметрах конкретної системи дати аналітичну оцінку її динамічних властивостей, що особливо важливо при реалізації режиму обробки з «відходом» від резонансу привода, тобто такого інтелектуального режиму роботи привода, при якому він, ведучи обробку на резонансній частоті деталі при її зсуві в область низьких, ніколи не повинен виходити на свою резонансну частоту, щоб не привести до руйнування вібросистеми чи деталі.

4. На базі оптимального способу віброобробки був розроблений і практично реалізований у програмі Vibro алгоритм енергетично оптимального керування електромеханічною системою для віброобробки металевих деталей.

5. Шляхом удосконалення базової структури дебалансної вібросистеми, використовуючи розроблену математичну модель, була розроблена автоматизована електромеханічна система, здатна працювати під керуванням програми Vibro. Як виконавчий орган був обраний електродинамічний лінійний двигун зворотно-поступального руху, а система керування виконана на базі комп'ютера з архітектурою x86, що працює під керуванням операційної системи Microsoft Windows 95 OSR2. Проведені дослідження показали, що така електромеханічна система здатна повторювати форму керуючого впливу по електричній напрузі, перетворюючи його в механічні коливання. У зв’язку з застосуванням нового алгоритму, час тестування деталі був зменшений до 10-20 секунд. Завдяки одночасній обробці деталі, що має n резонансних частот, на всіх резонансних частотах одночасно, тривалість віброобробки скоротилася в n раз у порівнянні з базовим варіантом електромеханічної системи. Відповідним чином скоротилися й енерговитрати. Завдяки постійному контролю за зсувом резонансних частот в область низьких, віброобробка ведеться тільки на резонансних частотах, що зводить непродуктивні витрати на обробку до мінімуму.

6. Система автоматичного керування електромеханічною вібросистемою використовує комп’ютер як у ролі задатчика керуючої дії, так і в ролі комплексу програмних регуляторів. Реалізовано можливість моніторингу процесу віброобробки, протоколювання результатів, ведення активного діалогу з користувачем, у програмі Vibro передбачений ряд захистів по максимальному струмові і віброприскоренню, що дозволяє підняти процес віброобробки на якісно новий рівень автоматизації.

7. Проведено три групи експериментальних іспитів удосконаленої автоматизованої електромеханічної системи для віброобробки металевих деталей:

- для перевірки адекватності математичної моделі по збігу теоретичної й експериментальної ЛАЧХ електромеханічної системи; при цьому відносна похибка математичної моделі не перевищила ;

- для оцінки процесу віброобробки простих зварних деталей, виконаних у вигляді трубчастих зразків з кільцевим зварним швом і поздовжнім розрізом, гармонійним впливом; у результаті віброобробки розріз сходився на величину від 0,2 до 0,7 мм для різних деталей, що свідчить про зниження залишкових напруг; час обробки склав від 60 до 140 хвилин;

- для оцінки процесу віброобробки складних зварних деталей, виконаних у вигляді партій із трьох трубчастих зразків різної довжини з кільцевим зварним швом і поздовжнім розрізом, полігармонійним впливом; у результаті віброобробки розріз сходився на величину від 0,25 до 0,85 мм для різних партій, що свідчить про зниження залишкових напруг; час обробки склав від 90 до 130 хвилин.

Таким чином, проведені експериментальні дослідження підтвердили адекватність математичної моделі електромеханічної системи для віброобробки металевих деталей; підтвердили факт зниження залишкових напруг при віброобробці удосконаленою електромеханічною системою; довели переваги удосконаленої електромеханічної системи по скороченню тривалості віброобробки і зниженню її вартості: тривалість обробки складної деталі на всіх резонансних частотах одночасно і простої – на одній резонансній частоті виявилася практично однаковою.

8. Дані рекомендації з практичного застосування, а також по особливостях проектування автоматизованої електромеханічної системи, що реалізує енергетично оптимальний алгоритм, для віброобробки металевих деталей.

Публікації автора:

1. Панкратов А.И., Шеремет А.И. Метод виброобработки поковок для снижения внутренних напряжений // Тематич. зб. наук. пр. «Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні». – Краматорськ: ДДМА, 2002. – С. 214-217.

2. Панкратов А.І., Шеремет О.І. Автоматичний контроль процесу імпульсної віброобробки деталей. // Збірник наукових праць «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах». – Т 2. – Хмельницький: Технологічний університет Поділля, 2002. – С. 136-139.

3. Шеремет А.И., Панкратов А.И. Оценка эффективности вибровоздействия в зависимости от формы сигнала при снятии остаточных напряжений прокатных валков // Сборник научных трудов «Перспективные задачи инженерной науки». – Выпуск 4. – Днепропетровск: Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры; Приднепровский центр Международной инженерной академии; GAUDEAMUS, 2002. – С. 24-30.

4. Шеремет А.И., Панкратов А.И. К оценке формы сигнала вибровоздействия при снятии остаточных напряжений в деталях с распределенными параметрами // Вісник двигунобудування. – 2003. - №1. - С. 104-108.

5. Пат. 56421 А Україна, МПК C21D1/04. Спосіб автоматичної віброобробки металевих деталей / А.І. Панкратов, О.І. Шеремет (Україна). – №2002043116; Заявлено 16.04.2002; Опубл.15.05.2003, Бюл. № 5. – 3 с.

6. Пат. 63094 А Україна, МПК C21D1/04, C21D10/00. Спосіб автоматичної віброобробки металевих деталей та автоматизована електромеханічна система для його здійснення / А.І. Панкратов, О.І. Шеремет (Україна). – №2002119296; Заявлено 22.11.2002; Опубл.15.01.2004, Бюл. № 1. – 5 с.

7. Панкратов А.И., Шеремет А.И. Оценка эффективности вибровоздействия в зависимости от формы сигнала при снятии остаточных напряжений прокатных валков // Зб. матеріалів IV Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми економії енергії». – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2003. – С. 243-247.

8. Шеремет А.И., Панкратов А.И. К оценке формы сигнала вибровоздействия при снятии остаточных напряжений в деталях с распределенными параметрами // Тез. докл. Второй международной научно-технической конференции «Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок». – Запорожье: ЗНТУ, 2002. – С. 32-34.

9. Панкратов А.И., Шеремет А.И. Автоматизация процесса релаксационной виброобработки деталей горных машин // Сб. трудов Международной НТК «Горная энергомеханика и автоматика». – Донецк: ДонНТУ, 2003. – С. 152-157.

Особистий внесок: [1] – запропоновано метод віброобробки поковок для зниження залишкових напруг; [2] – розроблено систему автоматичного керування на базі контролера SIMATIC S7-300 фірми SIEMENS, а також блок-схему алгоритму керування контролером; [3,4,7,8] – розроблено математичну модель процесу віброобробки великогабаритної деталі складної форми, на базі якої встановлено взаємозв’язок між формою вібродії і ефективністю віброобробки; [5] – отримано залежності роботи, що виконується при віброобробці металевих деталей, від частотного спектра сигналу впливу, на основі яких розроблений енергетично оптимальний алгоритм керування електромеханічною системою; [6,9] – розроблена структурна схема та описані основні підсистеми удосконаленої автоматизованої електромеханічної системи для віброобробки металевих деталей.