ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут”
ВАЛІД АЛІ ХУСЕЙН РАМАДАН
(ЙОРДАНІЯ)
УДК 621.941.23: 323.2
СИНТЕЗ ШИРОКОДІАПАЗОННИХ ПОДАВАЛЬНИХ ПАТРОНІВ ПІДВІЩЕНОЇ ДОВГОВІЧНОСТІ ДЛЯ ТОКАРНИХ АВТОМАТІВ
Спеціальність: | 05.03.01 – |
Процеси механічної обробки, верстати та інструменти
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2002
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано на кафедрі “Конструювання верстатів та машин” Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти та науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Кузнєцов Юрій Миколайович, Національний технічний
університет України “Київський політехнічний
інститут, професор кафедри “Конструювання верстатів
та машин”.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Розенберг Олег Олександрович, НТК
“Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля “Національної академії
наук України, завідуючий відділом;
кандидат технічних наук, доцент Кушик Валерій Григорович,
Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,
доцент кафедри “Верстатно-інструментальних систем автоматизованого
виробництва”.
Провідна установа:
Одеський національний політехнічний університет, кафедра “Металорізальні верстати, метрологія і сертифікація”, Міністерство освіти і науки України”, м. Одеса
Захист відбудеться 08.04.2002 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.002.11 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут”, за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37, корпус №1, ауд. 214
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, за адресою: м.Київ, проспект Перемоги, 37
Автореферат розісланий 07.03.2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Семенов О.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Пруткові токарні автомати оснащені механізмами подавання прутка (МПП), де виконавчим органом, який взаємодіє з прутком, є подавальна цанга (ПЦ) або подавальний патрон (ПП), складений з кількох деталей.
Причиною виходу ПЦ (ПП) із ладу є недосконалість методів їх проектування і виготовлення, що приводить до швидкого зношення робочих поверхонь губок, розведення пелюсток, їх поломки із-за перенапружень, тощо. Існуючі технології виготовлення ПЦ є трудомісткими, а коефіцієнт використання металу дуже низький і становить не більше 20-25%.
Розробка методів проектування довговічних ПЦ (ПП), що еквівалентно розширенню діапазону їх роботи, є в даний час гострим і актуальним питанням, що дасть можливість значно зекономити дорогі конструкційні сталі і зменшити час на їх зміну в умовах дрібносерійного виробництва.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в межах держбюджетного договору №2217 “Розробка теорії проектування та дослідження високопродуктивних, ресурсозберігаючих методів автоматизованої токарної обробки та нового швидкодіючого технологічного оснащення”, реєстр. №0198U001291.
Мета роботи. Створення довговічних та широкодіапазонних подавальних цанг та патронів з мінімальними витратами дорогих конструкційних сталей, розробки методики їх проектування на основі системно-морфологічного підходу, дослідження процесу подавання і зносу виконавчого органу.
Задачі дослідження. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:
1.
Виконати системний аналіз раніше проведених досліджень по створенню довговічних і широкодіапазонних ПП (ПЦ).
2.
Розробити методологію оптимального проектування МПП, і зокрема ПП (ПЦ), на різних рівнях, починаючи з вибору принципу подавання і закінчуючи вибором оптимальних параметрів їх виконавчого органу – ПП (ПЦ).
3.
Встановити вплив різних факторів, в тому числі випадкових, на силові характеристики ПП (ПЦ).
4.
Розробити динамічну і математичну моделі МПП з нежорстким зв’язком ПП (ПЦ) з трубою подавання і виконати теоретичне дослідження за допомогою ПЕОМ.
5.
Провести порівняльні теоретичні та експериментальні дослідження силових характеристик ПЦ різних конструкцій на спеціальному стенді по мірі зношування.
6.
Розробити практичні рекомендації для проектування нових конструкцій ПП (ПЦ) для токарних автоматів і розрахунку їх основних розмірів, а також методику їх проектування у вигляді керівного матеріалу, результати впровадити в промисловість і учбовий процес.
7.
Розробити нові схеми ПП (ПЦ) на рівні винаходів з рекомендаціями для впровадження у промисловість.
Об’єкт дослідження – існуючі та запропоновані автором ПЦ та ПП.
Предмет дослідження – силові і динамічні властивості МПП, вплив зношення ПП (ПЦ) на силові характеристики МПП.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
1.
Вперше застосований системний підхід до оптимального проектування МПП з використанням морфологічних матриць на різних рівнях, починаючи з вибору принципу подавання і закінчуючи вибором оптимальних параметрів елементів.
2.
Вперше запропоновано прогнозувати силові характеристики і довговічність ПЦ з врахуванням впливу випадкових факторів.
3.
Вперше теоретично досліджені процес подавання прутка до упору з врахуванням нежорсткого зв’язку виконавчого органу – ПП (ПЦ) з трубою подавання.
4.
На основі проведених швидкісних порівняльних експериментальних досліджень ПЦ різних конструкцій на спеціально розробленому стенді вперше отримані залежності силових характеристик ПЦ від кількості циклів роботи і шляху зношування.
5.
Запропоновані нові конструкції і схеми ПП (ПЦ) на рівні винаходів, які захищені патентами і оформлені заявками на патенти України.
Автор захищає:
1.
Системний підхід до оптимального проектування МПП з використанням морфологічних матриць на різних рівнях проектування.
2.
Залежності силових характеристик і запасу на зношування ПЦ з врахуванням впливу випадкових факторів, силових характеристик ПЦ від кількості циклів роботи і шляху зношування.
3.
Математичну модель динамічної системи МПП і її реалізацію на ПЕОМ.
4.
Нові конструкції і схеми ПП (ПЦ) на рівні винаходів, захищені патентами і оформлені заявками на патенти України.
5.
Методику проектування широкодіапазонних і довговічних ПП (ПЦ).
Практична цінність роботи. Розроблені конструктивні, технологічні та експлуатаційні рекомендації по проектуванню виготовленню і впровадженню широкодіапазонних і довговічних ПП (ПЦ); розроблена методика проектування широкодіапазонних і довговічних ПП (ПЦ), яка може бути основою для створення технічних умов і керівного матеріалу; виготовлені і пройшли лабораторні випробування нові ПП (ПЦ) з використанням матеріалозберігаючих технологій.
Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертації одержані автором самостійно, а саме: запропоновано багаторівневе проектування ПП (ПЦ) з використанням системно-морфологічного підходу; розроблений спеціальний стенд для дослідження зношення ПП (ПЦ); експериментально досліджено зношування ПП (ПЦ).
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались, обговорювались та були схвалені на міжнародних науково-практичних та науково-технічних конференціях: 4-й і 5-й конференціях “Інтеграція освіти, науки і виробництва” (м. Луцьк, 24 – 27 травня 2000 р., 26 – 29 вересня 2001 р.), “Надійність машин, механізмів, обладнання” (Карпати, с. Славське, 15 – 17 лютого, 2000 р.), 15-й конференції “Прогресивні технології в машинобудуванні”(Технологія 2000) (м. Одеса, квітень 2000 р.). Результати роботи доповідались на студентській науково-технічній конференції ММІ НТУУ “КПІ” (м. Київ, квітень 1998 р.), а також на науково-методичних семінарах кафедри “Конструювання верстатів та машин” (м. Київ, 1999 – 2001 р.р.)
Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у 4-х статтях у фахових виданнях ВАК України, 5 тезах і доповідях науково-технічних конференцій, 1 патенти України на винаходи.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків і рекомендацій, розміщених на 188 сторінках, 62 рисунки, 21 таблиця на списоку літературних джерел з 170 найменувань і 34 додатків, всього 223 сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано важливість та актуальність теми дисертації, викладено мету та сформульовано основні наукові положення, які винесені на захист, їх практичне значення та новизну.
У першому розділі “Проблеми проектування і виготовлення подавальних цанг і патронів” розглянуті основні вимоги до ПП і ПЦ, серед яких основна увага приділена силовим характеристикам (сили подавання РП, завантаження РЗ і набору РН), їх розмаху РПmin РПmax, = РПmax / РПmin , коефіцієнту нестабільності р=РП/d (РП=РПmax - РПmin , d=dmax – dmin). Приведена класифікація ПП і ПЦ по способу фрикційної взаємодії з прутком, згідно якої всі конструкції розділені на чотири групи: І – пружні, ІІ – заклинюючі, ІІІ – пржньо-заклинюючі, ІV – спеціальні. Даний детальний аналіз довговічних ПП (ПЦ) оригінальних конструкцій, серед яких виділені багатопелюсткові широкодіапазонні.
Проаналізовані способи виготовлення ПЦ в тому числі ті, що широко використовуються у світовій практиці, а також нові, які передумовлюють значне підвищення коефіцієнту використання металу за рахунок холодної штамповки (корпусу або пелюсток) і холодного витіснення з листового матеріалу корпуса.
Серед раніше проведених досліджень особлива увага приділена роботам Дальского А.М., Дьяченко Ю.П., Дементьєва В.І., Клебанова М.К., Кузнєцова Ю.М., Модліна Б.Д., Редько Р.Г., Трояна І.А. та іншим, а також дослідженням, які проведені в МВТУ ім. Баумана (м. Москва), СКББА (м. Київ), НТУУ “КПІ” (м. Київ) та в інших організаціях і підприємствах. На основі аналізу виконаних робіт сформульовані мета досліджень і задачі, які необхідно вирішити для досягнення мети.
Другий розділ “Принципи створення механізмів подавання прутка та їх елементів” присвячений структурі та ієрархії оптимального проектування МПП (рис.1) на різних рівнях з послідовним і паралельно-послідовним рішенням задач аналізу і синтезу, а також задач вимірювання на рівні вибору конструкцій.
Багаторівневий пошук конструкторських рішень можна представити як набір морфологічних матриць на різних рівнях вирішення задач (рис.2).
Завдяки одній матриці М2" розглянуто багато нових схем ПП і ПЦ, як результат аналізу сполучень альтернативних рішень наступних ознак структури (робоча частина-подавальний елемент, корпус, пружня частина, допоміжний елемент) і зв'язків подавального елемента (з об'єктом подавання, корпусом, пружною частиною) і корпуса (з пружною частиною і приводом подавання).
В результаті синтезовані нові ПП (рис.3, п.2-6) на рівні винаходів в порівнянні із стандартною ПЦ (рис.3, п.1).
Рис.2. Ієрархія багатоваріантного пошуку конструкторських рішень при проектуванні МПП методом морфологічного аналізу
Третій розділ "Теоретичне дослідження характеристик ПП (ПЦ)'' присвячений аналізу впливу різних факторів на експлуатаційні характеристик ПП (ПЦ) і зокрема, на силові характеристики з врахуваннях випадкових відхилень жорсткості пелюсток С, внутрішнього d і зовнішнього D діаметрів пелюсток, коефіцієнтів зчеплення губок з прутком, твердості пелюсток і губок.
Запропоновані аналітичні залежності для сили подавання прутка максимального dmax і мінімального dmin діаметрів в діапазоні d = dmax - dmin, а також для запасу на зношування (рис.4):
; (1)
; (2)
, (3)
де , і - відповідно математичне очікування максимальної, мінімальної сили подавання і запасу на зношування, які дорівнюють
, (4)
, (5)
. (6)
В формулах (4)-(6): Z- число пел-юсток ПЦ; С- жорсткість пелюстка ПЦ; св- величина зведення одного пелюстка; [Р]- гранична сила роботоздатності ПЦ, після якої наступає просковзування прутка і його недоподовання до упору. В формулах (1)-(3), обмежившись пер-шим набллиженням (частними похі-дними першого порядку) отримуємо залежності:
; (7)
; (8)
, (9)
де , , - випадковий розброс величин , , .
Наведені залежності дозволяють прогнозувати силові характеристики багатопелюсткових широкодіапазонних ПЦ при заданому резерві довговічності n = NЦ2 / NЦ1 = LП2 / LП1 , ( де NЦ1, LП1 – відповідно кількість циклів роботи і шлях ковзання до виходу із ладу стандартної ПЦ; NЦ2, LП2 – відповідно кількість циклів роботи і шлях ковзання до виходу із ладу широкодіапазонної ПЦ).
Задача розрахунку широкодіапазонної ПЦ: знайти параметри поперечного перерізу по ГОСТ 2877 – 80, при яких зберігаються силові характеристики РПmax і РПmin при заданому відхиленні діаметра d і при збільшенні довговічності цанги в n раз, що рівнозначно збільшенню широкодіапазонностів n раз при тій самій довговічності.
Запропоновано для ПЦ, які мають основні і приєднуючі розміри по ГОСТ 2877-80, розширювати їх діапазон роботи при заданній довговічності за рахунок визначення числа розрізів Z2 згідно трансцендентого рівняння:
, (10)
де - стала величина, яка залежить від параметрів стандартної ПЦ (числа пелюсток Z1, моменту інерції поперечного перерізу пелюстка I1, величини зведення одного пелюстка); I2- момент інерції поперечного перерізу пелюстка широкодіапазонної ПЦ, залежний від числа пелюсток Z2, який дорівнює
. (11)
тут коєффіціієти дорівнюють
(12)
. (13)
Для визначеня Z2 потрібно розв’язати графічно трансцедентне рівняння (10), надаючи різні значення Z2 в лівій і правій частинах. Шукане Z2 для широкодіапазонної ПЦ з заданим запасом довговічності і буде при рівності лівої і правої частин (рис. 5). Так, для багатопелюсткової ПЦ (широкодіапазонної), до багатошпиндельного токарного автомата мод. 1Б240-6 при n=3 число пелюсток Z2=12, що стало об’єктом подальших експериментальних досліджень.
Рис.5. Графічне рішення трансцендентого рівняння (10) для разних запасів на
зношування широкодіапазонної ПЦ
Для теоретичного дослідження процесу подавання прутка в МПП з синтезованими ПП, які мають різний зв’язок з трубою подачі (рис.3, п.п.3-6) запропонована універсальна шестимасова динамічна модель, яка для порівняльного аналізу з існуючими МПП приведена до чотирьохмасової (рис.6).
Рис. 6. Спрощена чотирьохмасова динамічна модель МПП з жорстким упором.
Для останьої моделі розроблена математична модель, яка описується наступною системою нелінійних диференціальних рівняннь ІІ-го порядку:
(14)
де – маса труби подачі, кг; – сила тертя, що діє на трубу подачі, Н; – сила, що діє на трубу подачі з боку подавального патрону, Н; – сила, що діє на трубу подачі з боку кулачка подачі, Н; – маса труби подачі, кг; – сила тертя, що діє на подавальний патрон, Н; – сила взаємодії прутка з подавальним патроном, 500…1200 Н; – маса прутка, кг; – сила тертя, що діє на пруток, Н; – сила, що діє на пруток з боку упора, Н; при 0.185 м (пруток і упор не взаємодіють); , , , , – переміщення відповідно кулачка подачі, труби подачі, подавального патрону, прутка і упору, м; , ,, – коефіцієнти демпфування відповідно між кулачком і трубою подачі, між трубою подачі і подавальним патроном, між прутком і упором (контактна), упора, Нс/м; , ,, – жорсткості відповідно між кулачком і трубою подачі, між трубою подачі і подавальним патроном, між прутком і упором (контактна), упора, Н/м; 9.81 мс2 – прискорення вільного падіння; 0.2 – приведений коефіцієнт тертя; – час, с.
Аналіз результатів розв'язку математичної моделі на ПЕОМ (рис.7) для порівнюваних варіантів свідчить про те, що при певних параметрах пружно-демпфуючого зв'язку ПЦ з трубою подачі (приводом подачі) величина відскоку прутка суттєво зменшується навіть при жорсткому упорі.
Рис.7. Приклад рішення системи діференціальних рівнянь (14) на ПЕОМ
В четвертому розділі "Експериментальне дослідження характеристик ПП (ПЦ) нових конструкцій" представлені результати порівняльних експерименталь-них досліджень силових характеристик стандартних і багатопелюсткових ПЦ, основні і приєднуючі розміри яких відповідають ГОСТ 2877-80.
Для дослідження зношування ПЦ створений лабораторний стенд на базі поперечно-стругального верстату мод.7Д37, який має гідравлічний привід зворотньо-поступального переміщення повзуна (рис.8).
При допомозі встановленого кінцевого вимикача і лічильника циклів реєструвались числа подвійних ходів ПЦ. Довжина переміщення стола разом з оправкою настроювалась за допомогою упорів.
Довжина ходу ПЦ – 600 мм на подвійний хід, швидкість переміщення–15 м/хв.
Рис. 8. Конструктивне виконання пристрою для дослідження ПЦ: 1 – кронштейн; 2, 3 – гайка з шпильками закріплення кронштейна; 4 – втулка; 5 – болти закріплення втулки; 6 – штифт; 7 – змінна оправка; 8 – досліджувана ПЦ; 9 – болти кріплення; 10 – кронштейн, встановлений у різцетримачі.
Для вимірювання силових характеристик (сил проштовхування Рп і набору Рн) ПЦ після кожних 1000 циклів навантаження використовувався токарно-гвинторізний верстат мод. 16К20 (рис.9), або свердлильний верстат.
Рис.9. Схема для дослідження сили проштовхування оправки в ПЦ на токарно-гвинторізному верстаті
В затискному патроні 1 закріплювались досліджувана цанга 2 під прутки (оправки) відповідного діаметра d. В робочій зоні розташований навантажувальний пристрій 5 з динамометром стиску 4, який кріпиться на висувній пінолі задньої бабки 6. Переміщаючи піноль від рукоятки 7 поступально вздовж осі шпинделя, осьове зусилля через динамометр 4 передається на оправку 3, розміщену в ПЦ 2. Осьова сила Рпл. (Рн), прикладена до оправки, контролювалась індикатором годинникового типу И1 з ціною поділки 0,01 мм. Перед випробуваннями проводилося тарування динамометра 4.
Для дослідження зношення стандартних ПЦ були виготовлені два комплекти загартованих до твердості НRСэ 60…63 сталевих шліфованих оправок по 6 і 4 штук в комплекті діаметром d=29,5 мм і довжиною 500 мм, які імітували пруток. Для багатопелюсткової ПЦ додатково виготовили оправки діаметром d=30,2; 30,6; 31 мм.
Випробування включали наступні дослідження: 1) зношення ПЦ на стенді; 2) силових характеристик ПЦ на верстаті мод. 16К20.
Зношення ПЦ на спеціальному стенді здійснювалось при ковзанні губок цанги по оправці на протязі 1000 подвійних ходів стола верстату, що відповідало 600 м проковзування прутка на токарному автоматі. Через кожні 100 подвійних ходів стола верстат зупиняли на 20 хв для охолодження цанги для запобігання втрати пружних властивостей попередньо зведених пелюсток цанги. Через 3000 подвійних ходів стола проводилась заміна зношеної оправки, яка імітувала пруток. Після кожних 1000 подвійних ходів стола верстату ПЦ знімалась зі стенду і досліджувались її силові характеристики.
Для кожної оправки із комплекту сила проштовхування замірювалась три рази при переміщенні оправки як при наборі так і при подачі. По результатах вимірювань визначалось середнє значення і результати заносились в таблиці. За результатами вимірювань побудовані графіки сили проштовхування оправок різного діаметру в залежності від кількості циклів зношення Nц (шляхи проковзування Lи) (рис.10).
а)
б)
Рис. 10. Графіки залежності сили проштовхування оправки при подачі по мірі зношення в ПЦ: а- стандартній (Z=3); б); в- багатопелюстковій (Z=12)
Якщо прийняти граничну силу подавання прутка без просковзування [Р]=600 н, то з графіку (рис.11) видно, що довговічність стандартної ПЦ буде D1=Nц1=3550 циклів, а багатопелюсткової широкодіапазонної D2=N2=35000 циклів, тобто в 10 раз вище.
Рис.11. Залежність середніх значень силових характеристик по мірі зношування ПЦ: 1- стандартної (Z=3); 2- запропонованої багатопелюсткової (Z=12); А- зона зносу ПЦ № 1; Б- зона зносу ПЦ № 2
По результатах експериментальних досліджень зроблені наступні основні висновки: 1) стандартна цанга з числом пелюсток Z=3 має початкову силу проштовхування при d=30 мм РПmax=421H, а при d=29 мм – РПmin=234H (рис. 10, а), що забезпечує розмах силової характеристики = РПmax / РПmin = 421/234 = 1,8. Через N=5000 циклів сили знизились відповідно до РПmax=287H і РПmin=62,5H, тобто розмах
став значно більшим = РПmax / РПmin = 287/62,5 = 4,6 , при цьому сила проштовхування стала менше допустимої для прутка діаметром 29,6 мм; 2) багатопелюсткова ПЦ (Z=12) має початковий розмах силової характеристики при d=29…31 мм = РПmax / РПmin = 457/374 = 1,2 (рис. 10, б), а через N=7000 циклів = РПmax / РПmin = 421/312 = 1,4, тобто розмах силової характеристики і абсолютні значення сил змінилиль незначно, що свідчить про значно високу довговічність (широкодіапазонність) багатопелюсткової цанги; 3) результати експериментальних досліджень підтвердили працездатність і довговічність запропонованих конструкцій ПЦ.
У п'ятому розділі "Розробка рекомендацій по розрахунку, проектуванню і виготовленню ПП (ПЦ)" розроблено нові конструкції ПЦ і ПП для багатошпиндельних токарних автоматів мод. 1Б240-6 та 1Б265-6 і дані рекомендації по застосуванню нових способів маловідходної технології їх виготовлення.
Розроблена методика проектного і перевірочного розрахунків ПЦ, які покладені в основу керівного технічного матеріалу.
Запропоновані рекомендації для виготовлення і контролю ПЦ в умовах спеціалізованого виробництва, дано економічне обгрунтування ефективності впровадження нових розробок.
ВИСНОВКИ
Основний результат роботи – вирішення важливої науково-технічної задачі, яка пов'язана з вдосконаленням конструкції і технології виготовлення подавальних патронів при підвищенні їх широкодіапазонності, довговічності і економії металу.
1.
З використанням системно-морфологічного підходу запропоновані ідеологія синтезу механізмів подавання прутка, як вирішення багаторівневих задач пошуку нових технічних рішень, починаючи з вибору принципу дії і закінчуючи розробкою конструкції, що проілюстровано на прикладі створення широкодіапазонних і довговічних ПЦ та ПП.
2.
На основі аналізу відомих схем механізмів подавання прутка запропоновано для підвищення точності і швидкості подавання прутка до жорсткого упору використовувати нежорсткий зв'язок ПЦ (ПП) з трубою подавання (приводом подавання). Для цього розроблена динамічна і математичні моделі і використаний їх аналіз з використанням ПЕОМ в широкому діапазоні параметрів. Це підтвердило ефективність пружного, пружно-еластичного і пружно-демпфуючого зв'язків ПЦ (ПП) з трубою подавання, не використовуючи складні демпфуючі упори у порівнянні з простими жорсткими, які широко використовуються на існуючих одношпиндельних і багатошпиндельних токарних автоматах з різними системами керування.
3.
Запропоновані аналітичні залежності для визначення силових характеристик і запасу зношування ПЦ з врахуваннях випадкових факторів (розбросу жорстксті пелюсток, коефіцієнту зачеплення губок з прутком), які використовуються в подалших проектних і перевірочних розрахунках.
4.
З метою підвищення широкодіапазонності і довговічності ПЦ (ПП) запропоновано нову методику розрахунку основних параметрів при стабілізації силових характеристик і дотримання вимог існуючих стандартів на основні і приєднувальні розміри ПЦ.
5.
Порівняльні експериментальні дослідження стандартних і багатопелюсткових ПЦ на спеціально розробленому стенді прискорених випробувань зношення ПЦ підтвердили теоретичні дослідження про стабілізацію силових характеристик і підвищення коефіцієнта запасу на довговічність в 2 – 3 і більше разів, що еквівалентно підвищенню їх широкодіапазонності.
6.
Запропоновані конструктивні, технологічні та експлуатаційні міроприємства по впровадженню нових розробок у виробництво не тільки на заводах, які виготовляють токарні автомати, але й на заводах, які використовують токарні автомати і спеціалізуються на виготовленні ПЦ по маловідходній технології.
7.
Розроблені нові конструкції ПЦ і ПП на рівні винаходів, які захищені патентами України.
8.
Результати дисертаційної роботи і розроблені креслення ПЦ нових конструкції передані для впровадження в промисловість на ряд машинобудвних заводів і для використання в учбовому процесі в вищих навчальних закладах України.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан В.А., Ромашко А.С. Синтез механизмов подачи прутка и их элементов методом морфологического анализа Вестник национального технического университета Украины „Киевский политехнический институт”, серия машиностроение, 2000.№ 39.-с.123 – 132.
2.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан.В.А., Литвин А.В. Выбор основных параметров многолепестковых широкодиапазонных подающих цанг Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - Кіровоград. - 2000, №9, с.244 – 250.
3.
Рамадан. В.А. Расширение диапазона работы подающих цанг и патронов токарных автоматов Вестник Национального технического университета Украины „Киевский политехнический институт”, серия машиностроение, № 41, 2001.-с.201-209.
4.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан. В.А. Экспериментальные исследования долговечности подающих цанг Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - Кіровоград.-2001, № 10.с. 263-270.
5.
Патент України № 35950А. МПК В23В13/00. Подавальна цанга/ Кузнецов Ю.М., Дьяченко Ю.П., Рамадан В.А.- № 99052797; заявл. 20.05.1999; опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3.
6.
Рамадан В.А. Синтез подающих патронов методом гирлянд случайностей и ассоциаций// Тези доповідей студентської наукової конференції, присвяченої 100-річчю ММФ, 15 квітня 1998 р., Київ.: НТУУ “КПІ”, науков. кер. Кузнєцов Ю.М., с.14 – 15.
7.
Рамадан.В.А., Комарецкий В.В. Анализ работоспособности подающих цанг токарных автоматов Тезисы 4-ой международной научно-технической конференции “Интеграция образования, науки и производства”, 24-27 мая 2000 г. Луцк-2000, с.43.
8.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан В.А. Повышение долговечности подающих цанг токарных автоматов. - Материалы международной научно-технической конференции “Надежность машин, механизмов, оборудования” 15-17 февраля, Карпаты, п. Славское-Киев - 2000, с.61.
9.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан В.А., Редько Р.Г. Прогрессивные конструкции, технологии изготовления и восстановления зажимных и подающих цанг. - Материалы 15-й международной научно-технической конференции, „Прогрессивные технологии в машиностроении” (Технология-2000), г. Одесса, апрель, 2000 г., с.120.
10.
Кузнецов Ю.Н., Рамадан В.А. Повышение долговечности и широкодиапа-зонности подающих цанг. – Матеріали 5-ї міжнародної науково-методичної конференції “Інтеграція освіти, науки і виробництва”, м. Луцьк, вересень 2001 р., с.96.
АНОТАЦІЯ
Валід Алі Хусейн Рамадан. Синтез широкодіапазонних подавальних патронів підвіщеної довговічності для токарних автоматів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”.
Дисертація присвячена питанням дослідження та визначення силових характеристик багатопелюсткових широкодіапазонних ПЦ і ПП при заданому резерві довговічності, синтезованих на основі системно-морфологічного підходу, та розробки методики розрахунку їх основних параметрів. Проведений порівняльний теоретичний аналіз динаміки МПП, які мають різний зв'язок з трубою подавання, показав єфективність пружньо-демпфуючого зв’язку ПЦ з трубою подавання при використанні жорсткого упору в порівнянні з простим жорстким зв’язком і демпфуючими упорами. Порівняльні експериментальні дослідження силових характеристик багатопелюсткових ПЦ показали їх високу довговічність (в 2 рази і більше) в порівнянні з стандартними. Розроблені нові конструкції ПЦ і дані рекомендації по застосуванню нових способів маловідходної технології їх виготовлення.
Ключові слова: подавальна цанга, подавальний патрон, морфологічний аналіз, токарний автомат, широкодіапазонність, довговічність, динамічна система, математічна модель.
THE SUMMARY
WALID ALI HUSEIN RAMADAN. Synthesis of wide-range feeding cartridges of heightened durability (longevity) for turning automatic control units. - Manuscript.
Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.01 - Processes of machine work, machine tools and tools - National technical university of Ukraine "Kiev polytechnic institute ".
The thesis is dedicated to problems of research and definition of the power characteristics of multilobed wide-range feeding collets and feeding cartridges at a given reserve of longevity synthesized it is ground of the system - morphological approach and mining of a technique of calculation of their main specifications.
The in-depth study before the conducted researches on creation and calculation of feed mechanisms of a bar and their members is executed. Are in detail parsed of advantage and lacks of feeding collets of different fulfillment (elastic, jamming and is elastic - jamming). It is offered yardstick of an estimation of function ability of feeding collets (feeding cartridges) on power, strength and operating characteristics.
Are conducted idealized and experimental researches of the power characteristics of standard and multilobed wide-range collets as a result of which one is established, that at identical number of cycles of loading an assurance factor on longevity for multilobed wide-range feeding collets in 2 - 3 times are higher than for standard, and spread (dispersion) of their power characteristic and the absolute values of forces changed insignificantly, that testifies about much (significant, considerably) of high longevity.
Keywords: a feeding collet, a feeding chuck, morphological analysis, turning automatic control unit, wide-range, longevity dynamic system, mathematical model.
АННОТАЦИЯ
Валид Али Хусейн Рамадан. Синтез широкодиапазонных подающих патронов повышенной долговечности для токарных автоматов. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 – Процессы механической обработки, станки и инструменты – Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”.
Диссертация посвящена вопросам исследования и определения силовых характеристик многолепестковых широкодиапазонных ПЦ и ПП при заданном резерве долговечности, синтезированных на основании системно-морфологического подхода и разработки методики расчета их основных параметров.
Выполнен подробный анализ ранее проведенных исследований по созданию и расчету МПП и их элементов. Детально проанализированы преимущества и недостатки ПП различного исполнения (упругих, заклинивающих и упруго-заклинивающих).
Предложено критерии оценки работоспособности ПП (ПЦ) по силовым, прочностным и эксплуатационным характеристикам.
Предложено структуру оптимального проектирования МПП на различных уровнях с последовательным и паралельно-последовательным решением задач анализа и синтеза с использованием набора морфологических матриц.
Многовариантный поиск конструкторских решений можно представить как набор морфологических матриц на различных уровнях решения задач. На каждом уравне решения задач можно применить метод морфологического анализа, что создает иерархию многовариантного поиска конструкторских решений при проектировании.
Имея на I уровне морфологическую матрицу принципов (способов) подачи прутково-трубных заготовок по характерным признакам можно получить множество возможных и невозможных вариантов решения, используя укрупненные (чаще качественные) критерии в условиях неполной информации. Основными признаками для морфологической матрицы являются:
объект подачи (вид, способ хранения, движение по подаче), расположение сил сцепления и характер перемещения объекта (место подачи, сцепления зажимных элементов с объектом), эффект создания сил сцепления, количество мест расположения сил сцепления, расположение движущихся и тормозных сил), функция механизма, наличие упора, ограничивающего перемещение объекта при подаче.
Идея поиска новых решений подробно рассмотрена на примере синтеза подающих патронов и цанг с применением морфологического анализа, откуда, взяв по определенным критериям качества сочетания альтернатив разных признаков, синтезированы новые схемы подающих патронов и цанг, в том числе с различными с вязами подающего патрона с трубой подачи
Проведены теоретические и экспериментальные исследования силовых характеристик стандартных и многолепестковых широкодиапазонных цанг в результате которых установлено, что при одинаковом числе циклов нагружения коэффициент запаса по долговечности для многолепестковых широкодиапазонных ПЦ в 2 – 3 раза выше чем у стандартных, а разброс их силовой характеристики и абсолютные значения сил изменялись незначительно, что свидетельствует о значительно высокой долговечности.
Для проведения сравнительных ускоренных эксплуатационных исследований силовых характеристик ПЦ автор разработал стенд на базе поперечно-строгального станка с возможностью регулировки длины подачи и автоматической фиксации циклов работы.
Разработана многомассовая динамическая модель для теоретического исследования динамики МПП синтезированных МПП с различными связями (жесткой и упруго-демпфирующей) с трубой подачи. Математическая модель динамики МПП МТА мод. 1Б240-6 реализована на ПЭВМ при помощи одного из современных средств визуального моделирования динамических систем. Проведенное моделирование на ПЭВМ свидетельствует о работоспособности математической модели и эффективности упруго-демпфирующих связей ПЦ с трубой подачи при использовании жесткого упора в сравнении с простой жесткой связью и демпфирующими упорами. Математическая модель МПП и ее реализация на ПЭВМ обладает определенной универсальностью, благодаря чему ее целесообразно использовать при моделировании процесса подачи прутка в целом ряде токарных автоматов, имеющих сходные конструкции МПП.
Разработаны новые конструкции ПЦ и ПП и даны рекомендации по расчету и проектированию, а также внедрению новых способов малоотходной технологии их изготовления.
Ключевые слова: подающая цанга, подающий патрон, морфологический анализ, токарный автомат, широкодиапазонность, долговечность, динамическая система, математическая модель.
