Исследование динамики и разработка методов расчета ручной виброшлифовальной машины

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ пюьлкмы
1.1. Состояние вопроса и классификация вибршцлифовапмшго 7 оборудования.
1.2. Сравнительный апатит характеристик виброприволов 5 7 ручных внброшяифовальных машин
1.3. Выводы но главе 20
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА
2.1. ()собенкости процесса плоского шлифования 22
2.2. Силы резания при шлифовании 25
2.3 Математическая модель ручной шлифовальной машины
2.3.1. Анализ взаимодействия шлифовальной машины с обрабатываемой поверхностью 26
2.3.2. Исследование характеристик вибрационной маппшы 31
2.3.3. Описание адаптивной системы управления электромагнитным виброприводом ручной инброшлифовальной машины 37
2.3 4. Численный расчет вибропривода ручной шлифовальной
машины 39
.2.4. Выводы по главе 54
З.'ЖСПЕРИМЕНТАЛЬНЫБ ИССЛЕДОВА1 1ИЯ ВИБРОШЛИФОВАЛЬПОЙ МАШИНЫ
3.1. Обработка рагшчных материалов внброшлифовальной машиной в зависимости отита применяемой шлифовальной шлифовальной бумаги 56
3.2. Определение динамических параметров виброшлифовалыюй
машины 64
3.3. Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических исследований 70
3.4.Выводы по главе 71
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 4 1. Адаптивная система управления ручной шлифовальной машиной 72
4 .2. Питание вибропривода ручной шлифовальной машины от источника постоянного тока 75
4.3. Способы уменьшения уровня вибрации, воздействующей
ка руку оператора 79
4.4. Выводы по главе 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
С11ИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88
ПРИЛОЖЕНИЯ
95
4
ВВЕДЕНИЕ
Вибрационная техника и технологии с каждым годом расширяют область своего применения и занимают все более прочные позиции к различных отраслях промышленности, строительства, сельского хозяйства, бытовой и медицинской техники.
Успехи в развіггни вибрационной техники в значительной степени предопределяются обстоятельной разработкой вопросон теории и практики
В настоящее время большую гамму ручного электрического инструмен-та. к котором применяют вибрационные процессы, выпускают в России, Фраіпши. Германии, США, Даши«, Италии и других странах мира.
Особый интерес представляет инструмент с электромагнитным вибрационным приводом, который отличается простотой конструкции, пониженной энергоемкостью, высокой юхнол отческой эффективностью, низкой себестоимостью по сравнению с традиционными машинами одинакового назначения.
В 60-е годы велась активная реализация ряда важных отечественных изобретений; вибромолотов, вибропогружателей, установок для виброабра-зивиой обработки различных деталей и других виброустройств, оказывающих важное влияние на повышение технического уровня соответствующего производства.
В эти же годы начати формироваться научные школы но вибротехнике. Стани выпускаться различные научные сборники, монографии, справочная литература.
Целью диссертационной работы яв «яется повышение эффективност и процесса плоского шлифования ручной к иброшл ифока.іьной машиной за счет разработки к создания электромагнитного впброиривола с адаптивной системой управления.
5
Основные задачи исследования:
- разработка ручной виброшлифовальной машины с адат иеной системой управления внброиривода;
- разработка аратегии выбора системы адаптивно о управления:
- разработка математической модели ручной виброшлифовальной машины с адаптивной системой управления электромагнитным приводом;
- разработка программы для решения математической модели;
- проведение исследовании динамических характеристик ручной виброшлифовальной машины и их анализ
.Научная новизна работы заключается » следующем:
- разработана ручная виброшлнфов&шиаи машина с адаптивной системой управления электромагнитным приводом;
- разработана математическая модель ручной виброшлифовальной машины для плоского шлифования с адаптивной системой управления электромагнитным приводом, обеспечивающая постоянную амплитуду перемещения рабочего органа.
Практическая ценность работм
Результаты исследований использованы при проектировании изделий вибрационной техники в ООО НТЦ «АМО» (г. Курск), а также в научно-исследовательской лаборатории «Вибротехника» при разработке и проектировании изделий вибрационной техники. Выну (цена опытная партия ручных вмброшлифокальных машин.
Апробации работы
Основные результаты работы доложены на третьей и четвертой научно-технических конференциях «Вибрационные машины и технологии», проходивших в 1997 и 1999 годах в КП У. на международном научном семинаре «Механизмы (т машины ударного, периодического и вибрационною действия
6
в ГТУ і Орел, 2000г, на четвертой научно - технической конференции в ВДАУ г Винница, 2002г.
Объем работы
Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Основной текст состоит из 03 страниц, включая 68 рисунков и II таблиц, список литературы содержит 81 наименование.
Публикации
51о теме диссертации опубликовано шесть печатных трудов, получено свидетельство на полезную модель и положительноерешение на изобретение.
7
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Состояние вопроса и классификация ннГиишьінфовального оборудования
Для проведения ремонтных работ на производстве и в бьпу широко используется ручной электрический инструмент К этому инструменту относятся краскораспылители, лобзики, электрорубанки, шлифовальные машины и
т.д.
I* настоящей работе рассматриваются вопросы, связанные с исследованием и разработкой ручного шлифовального инструмента.
Большую гамму ручною инструмента для шлифования и полирования металлических, пластмассовых и других поверхностей выпускают как у пас в стране так и за рубежом.
Так фирма «Bosch» (50| выпускасг эксцентриковые шлифова тьные машины моделей GEXI50AC, GEX15ÛACE и др, предназначенные для шлифования и полирования с постоянной электронной регулировкой числа оборотов, встроенным или внешним пылесосом, тормозом шлифовальной тарелки см рис. 1.1
Рис. 1.1. Эксцентриковые шлифовальные машины
8
Д ія грубых зачистных работ, а также и для тончайших шлифовальных работ выпускают прямые шлифовальные машины моделей (Ю$27, (Х^7, (Кїйб и т.д. см рис. 1.2
Рис. 1.2. Прямые шлифованьныс машины Для длительного пользования фирмой «Bosch» разработаны и выпускаются орбитальные шлифоваяьные машины моделей GSS23AE, GSS16A, GSS2XA см рис. 1.3
Рис. ! .3. Орбитальные шлифовальные машины Эти машины имеют большой вращающий момент, ход с низким уровнем вибрации, пылесос.
Кроме этих машин фирма выпускает ленточные шлифовальные машины моделей GBSIOOA. GBSIOOA Б см рис 1 4
9
Рис. 1.4. Ленточные шлифовальные машины Ленточные шлифовальные машины предназначены для шлифования и полирования металлических и деревянных поверхностей. Имеют регулируемую скорость протягивания ленты, встроенный пылесос, быстродействующий затвор шлифовальной ленты.
Ленточные шлифовальные машины выпускает и фирма «ИКН-» {49], по модели SK.IL! 200, 8К И Л 705 см рис. 1.5
Рис. 1.5. Ленточная шлифовальная машина Эти машины предназначены для шлифования и полирования поверхностей иг металла, пластмассы и дерева Имеют плавный регулятор скорости и таблицу значений скоростей для оптимального режима шлифования, запатсн-
10
тованную систему автоматического контроля ленты (ЛВС), обеспечивающую автоматическую центровку ленты при оптимальных эксплуатационных характерисгиках без вмешательства онера гора.
Для выполнения операций резки зачистки и шлифования металлических поверхностей выпускаются угловые шлифовальные машины см. рис 1.6
Рис. I 6. Угловые шлифовальные машины
Фирмой «Bosch» выпускаются угловые шлифовальные машины моделей (IWS10-I25, (JVVS-I4. фирмой SKII - модели SKJL-9105, SK1L-9115. Аналогичные машины модели ИЭ-2106 выпускает Рязанское ПО «Электро-инстр\ мені».
Фирма MAKITA [72j выпускает угловые шлифовальные машины моделей 9524NB. 9527NB и т.л Эти модели имеют лабиринтную систему каналов уплотнения от пыли и грячи Фирмой MAKITA выпускаются оспиллжтонные шлифовальные устройства моделей В04553, В04561, 805001, 9036 и т.д. Эти машины используют шлифовальную бумагу с креплением «клегт» {на шипах}. Вес машины снабжены пыясотсасываюшимм устройствами см. рис. 1.7
Вольтой интерес представляют лешочные электрошлифовачьные устройства моделей 9401,9402,9924DB, 9901 см. рис. 1.8
I
Рис. 1.7. Шлифовальная машина модели В04553
Рис. 1.8 Ленточные шлифовальные машины
Эти машины имею г стойки для стационарной работы с пыленоглоти-тельным устройством, очень удобную систему замены шлифовальной ленты.
Фирмой Kress [73J выпускаются эксцентриковые и вибрационные машины моделей 900HEX, НЕХ6385Е, CPS6125E Set CRS6I75KA Set. Огличи-тельноя особенность этих моделей от рассматриваемых ранее - это электронное управление по выбору обрабатываемого материала. Неирої ибаюшаисм магниевая шлифовальная подошва. Шлифовальный лист закрепляется липучим соединением или зажимами На рис 1 9 показана модель вибрационной шлифовальной .модели GRS6175EA Set.
12
Рис. 1.9. Шлифовальная машина молели GRS6I75KA Set Отличительная особенность программы выпуска фирмы FHSTO - это выпуск помимо электроинструмента пневмоинструмента [74!. Фирма FFSTO выпускает машины шлифовальные эксцентриковые пневматические следующих моделей LFX 125/7/(1. LEX125/7/H, LEX150/7/G, LEX150/7/H
'>ги машины имеют высокую плавность хода, снабжены механическим тормозом , имеют плавную регулировку числа оборотов.
Кроме этих моделей фирма FESTO выпускает пневматические виброш-лифовальные машины моделей LRS93G. LRS93H, LRJ3-1AS2 см рис 1.10
Рис. 1 Ю. Пневматическая шлифмашина модели LRS93G
13
В отличие от электроинструмента иневмоинструмал' не перегревается при многочасовой непрерывной эксплуатации, конструкция пневмоинст-румситок отличается большей надежностью, чем электроинструмент. Отсутствие электролит ателя значительно облегчило пневмоинструмент. В России инсвмоинструмснт выпускает АО «Пневмомашина» - Москва.
В настоящее время большое внимание уделяется шлифовальным машинам, которые имеют вибрационный электромагнитный привод.
Работы по проектированию разнообразных шлифовальных машин с электромагнитным виброприводом ведутся в России, США, Дании, ФРГ, Франции и дру» их странах.
Относительная простота конструкции вибромашины, пониженная энергоемкость. высокая технологическая зффск! явность по сравнению с выше рассматриваемыми машинами одинакового назначения» способствует быстрому расширению области применения вибромашин е электромагнитным виброириводом. Па рис 1.11 показан общий вид виброшлифовальной машины с электромагнитным приводом разработанной в лаборатории «Вибротехника» КГТУ, а на рис. 1.12 показана шлифовальная насадка к виброшдифо-вальпой машине.
Рис. 1.11 Общий вид виброшлифовальной машины
14
Рис. 1.12. Насадка виброшлифовальной машины
На основании выше рассмотренное материала можно составить классификацию ручного виброшлифовалыюго оборудования.
В зависимости от применяемого абразивного инструмента все они могут быть разбиты на две группы:
1 - я группа использует в качестве абразивною инструмента шлифовальные круги;
2-я группа использует в качестве абразивною инструмента шлифовальную бумаїу.
Шлифовальные машины в свою очередь можно разделить на машины с пневмоприводом и на машины с электроприводом.
Все шлифовальные машины с электроприводом можно разбить ка следующие группы:
1 - я группа-главное движение-вращение шпинделя с шлифовальным камнем, вспомогательное движение-перемещение шлифовальной машины в направлении шлифования вручную;
2-я группа-главное движение-вращение барабана с шлифовальной шкуркой, вспомогательное перемещение шлифовальной машины вручную в направлении шлифования;
Я - я ірушіа-главное движение-преобразование вращательного движения электродвигателя в плоское возврат но-ностунагельное движение рабочего органа шлифовальной машины, вспомогательное - вручную к направлении шлифования;
4 - я группа-главное движение-преобразование возвратно-
ностунательного перемещения якоря электромагнит а в плоское возврагно-лосту нательное движение рабочего органа шлифовальной машины вспомогательное - вручную в направлении шлифовании
Классификация шлифовальної о оборудования приведена па рис 1.13.
Исходя из составленной классификации, для нас наибольший интерес представляют шлифовальные машины с электромагнитным вибронриводом.
Основные характеристики наиболее распросіраненных ручных кно-рош.шфовальных машин приведены в зяблине 1.1.
Таблица 1 1. Характерна ики виброшлифовальных машин.
1 (ДОШЛ ОХ.Ч23ЛН СЯ828Л Е5Т-170 ИЭ2401Э На базе КР-260
11ом. мощность 15013т 180 Вт 500 Вт 175 Вт 175 Вт 120 Вт ! і
11апряже- 1»ие Частота [сета I Размер плат-мы 220 В 50-Гн 220 В 50-Гц 220 В 50-Гц 220 В 50-1 и 220 В 50-Гц ~ 220 В І 50-Гц ~
80*130 мм 92*18? мм 114 *226 мм 85 *180 мм 80*175 мм 75*140 ! мм
Частота колебаний в мин 24000 20000 20000 20000 20000 V, О о о ]
Вес 1.3 кГ 1.7 Кг 2.8 кГ_ 1.6 кГ 1.4 кГ 1.5 кГ
В этих виброшлифовальных машинах применяют эксцентриковые, дне-
бачлансные и электромагнитные вибронриво.ты