сод и ржа 11Ш-;
Введение..........................................................4
1. Изучение состояния вопроса.......................................10
1.1.Анализ н классификация механизированного инструмента используемого .тля зачистных операций.............................. 10
1.2. Тем юл огня обработки поверхностей зачнетными устройствами 29
1.3.Анализ методов расчета электромагнитных виброприводов..........37
1.4. Цели н задачи исследования.....................................46
2. Математическая модель вибрационной зачистной машины..............40
2.1.Основные принципы построения расчетной модели...................49
2.2. Разработка алгоритма интегрирования дифференциальных уравнений описывающих электромагнитное поле в виброприводе рассматриваемой конструкции зачистной машины........................................52
2.3.Диффсрснциальные уравнения движения элементов зачистной .машины.............................................................73
2.4.Выводы по главе.................................................82
3. Расчет параметров вибропривода зачистной машины..................83
3.1 .Обоснование подхода к решению поставленной задачи..............83
3.2.Расчет параметров элскгрома( нитного поля привода зачистной
машины..............................................................85
3.3.Численный анализ динамики вибропривода..........................99
3.4.Выводы по главе................................................107
4. Экспериментальное исследование динамики электромагнитного привода............................................................108
4.1 .Разработка экспериментальной установки........................108
4.2.Методика проведения экспериментов..............................114
4.3.Резулыаты эксперимента и их анализ.............................117
4.4.Выводы по главе................................................123
*>
о
5. Практическая реализация полученных результатов ................124
5.1.Описание конструкции электропривода технического
устройства........................................................124
5.2 Описание конструкции зачистной машины с симметричными магнитопроводами...................................................133
5.3 Выводы по главе................................................135
6. Заключение......................................................136
Литература........................................................138
Приложение........................................................151
4
ВВІ ДІ НИИ
В современном машиностроении используются различные по конструкции к принципу действия машины и механизмы. Наибольшее распространение получили машины с приводом оі электродвигателей вращательного действия. Этот тип привода исследован достаточно хорошо.
Практически ни осталось, ни одного аспекта этой проблемы, которой не был бы описан в технической и научной литературе. Вопросы оптимизации этого типа приводов в основном решены.
Как известно, основным недостатком этого типа привода является наличие между двигателем и рабочим органом механических, гидравлических и пневматических преобразователей движения. Л они не только удорожают и усложняют конструкцию машины, но нередко, являются непреодолимым препятствием на пути повышения эффективности н надежности машины и не позволяют внедрять новые, более прогрессивные способы воздействия инструмента на обрабатываемый объект. Эго объясняется использованием традиционной кинематической схемы, при которой вращательное движение привода преобразуется в тот вид движения, который обусловлен назначением рассматриваемой машины. Устранение указанного противоречия возможно путем применения принципиально иных видов приводов
Как показывает практика, к таким приводам можно отнести уже хорошо известный в промышленности электромагнитный вибропривод Согласованное движение в нем привода н рабочего органа упрощает кинематическую цепь, уменьшат массу, габариты, энергопотребление; повышает надежность, безопасность и долговечность »а счет исключения преобразовательных механизмов и простоты осуществления заданных законов движения рабочих органов.
Машины и механизмы с электромагнитным виброприводом просты по конструкции, однако процессы, происходящие в них. сложны. І ІОЗтому. как
показывает отечественный и зарубежный опыт, исследователи, поставившие перед собой задачу использования в машинах и механизмах электромагнитного вибропрнвода, столкнулись с трудностями расчетною, конструкторского и исследовательского характера. Это связано с тем, что в электромагнитных виброприволах наблюдается глубокая взаимосвязь между электромагнитной и механической подсистемами. В связи с этим, к таким машинам неприменимы ранее созданные методы их раздельного расчета и проектирования, а методы их комплексного синтеза, конструирования и исследования в настоящее время недостаточно еще отработаны.
Несовершенство методов синтеза и исследования механизмов и машин с электромагнитным приводом возвратно-поступательного движения привело к тому, что они имеют низкий коэффициент полезного действия. Это является главной причиной, тормозящей создание и широкое применение этого типа привода
Нее это в равной мере относиться и к электромагнитному виброприводу зачисгной машины исследованию которого и посвящена данная диссертация
Целью настоящей работы является повышение эффективности работы ручной электрифицированной зачисгной машины та счет разработки уточненной методики расчета основанной на комплексном анализе сложной электромеханической системы включающей в себя электромагнитный вибровозбудитель, трансмиссию, рабочий орган и технологическую нагрузку.
Для достижения данной цели в настоящей работе решаются следующие задачи:
- разработка расчетной схемы зачисткой машины учитывающей особенности конструкции и способ энергопреобразования в устройстве;
- разработка системы дифференциальных уравнений ятя анализа электромагнитного поля вибровозбудитсля и проведение численного эксперимента с целью получения точных данных о распределении электромагнитного ноля в мат нитопроводс устройства;
- разработка дифференциальных уравнений динамики вибропривода
6
учитывающих сложное взаимовлияние элементов электромеханической системы;
- проведение экспериментальных исследований с целью исследования особенности динамики рассматриваемой конструкции привода в реальных условиях эксплуатации и проверки адекватности разработанной математической модели реальному устройству;
- разработка рекомендаций но совершенствованию данного устройства с целью улучшения его эксплуатационных характеристик и создание принципиально новой схемы магнитопровода вибровозбудителя позволяющей улу чшить его потребительские свойства.
Научное содержание диссертации составляет теоретическое обоснование технических решений использованных при создании рассматриваемой конструкции зачистной машины посредством разработки уточненной методики расчета сложной электромеханической системы рассматриваемого
вибропривода, включающей в себя электромагнитный вибровозбудитель, трансмиссию, рабочий орган и технологическую нагрузку.
Практическая реализация данной работы нашла отражение в выработке рекомендаций по совершенствован ню конструкции электромагнитного
виброустройства с целью повышения его эксплуатационных характеристик и разработке принципиально новой конструкции зачистной машины позволяющей снизить вибрации инструмента и повысить надежность его работы.
В первой главе приведен анализ литературных источников посвященных современным способам механизированной отделочно-зачисшой обработки поверхностей деталей от за!рязнений. рассмотрены особенности технологии обработки зачисгнммн устройствами, проведена классификация известных устройств возвратно-поступательного действия и рассмотрены различные варианты конструкций низкочастотных машин с непосредственным
преобразованием электрической энергии в механическую. Рассмотрены с\ шествующие методики расчета электромагнитных виброустройств. Сделан
7
вывод о перспективности применения для механизации операции зачистки устройств вотвратно-поступательного действия с электромагнитным приводом и использование для их анализа эффективных численных методов.
Во второй главе, предложена расчетная схема шокочастотной элекгровибрационной зачисгной машины Подробно изложена методика точного математического моделирования магнитной подсистемы зачисшой машины Расчет электромагнитных параметров проводился с использованием дифференциальных уравнений Максвелла записанных совместно с
соответствующими граничными и краевыми условиями относительно векторного магнитного потенциала. Разработан алгоритм их интегрирования с использованием современных численных методов
Разработана математическая модель динамики внбропривола основанная на теории нелинейных колебаний электромеханической системы с учетом конструктивных особенностей и особенностей работы зачисгной машины.
В третьей главе приведены результаты расчета электромагнитной и механической подсистем установки. В результате были получены уточненные данные по распределению плотности тока и плотности магнитного потока в различных областях магнитопровола вибровозбудителя и характере распределения линии магнитной индукции мри различной величине воздушного зазора и положении якоря электромагнита
Расчет динамических параметров вибропривода производился эффективным методом Рунге-Кутта. Получены временные зависимости основных динамических характеристик вибропривода: ускорения, скорости и перемещения задающего движение узла - якоря электромагнита.
При расчете электромагнитного поля и динамических параметров вибропривода использовались современные программные продукты МшИСЛО 2000 \iANSYS 5.5.
В четвертой главе приводиться описание экспериментальной установки, описана методика испытаний и приведены результаты исследования динамики рассматриваемой модели зачнетиого устройства при различных режимах
8
эксплуатации. Полученные данные приводяться в виде графиков виброперсмещения. виброскорости и виброускорения. Приведен анализ полученных речу, іьготов
В пятой главе приводиться описание конструкции зачистного устройства возвратно-поступательного действия с электромагнитным приводом разработанного на основании полученных в данной работе результатов Приводиться оригинальная конструкция чачисгной машины в которой реализовано техническое решение позволяющее снизить вибрации и повысить надежность его рабоїьі.
К новым научным и практическим результатам, полученным в данной работе, относятся:
- более совершенная математическая модель и методика анализа работы рассматриваемой модели зачистной машины учитывающая сложный характер взаимодействия электромагнитной и механической подсистем установки, особенности трансмиссии и влияние технологической нагру зки;
- значения параметров электромеханической системы обеспечивающие устойчивый режим работы устройства;
- рекомендации но совершенствованию конструкции данного устройства с целью повышения его эксплуатационных характеристик;
- иршщипиатыю новая конструкция зачистной машины позволяющая значительно снизить вибраним устройства и повысить надежность ею работы.
[Іоложення выносимые на защиту;
- методы расчета зачистной машины позволяюшие определить основные параметры системы по технологическим критериям качества;
- результаты исследования динамики привода зачистной машины полученные в результате численного расчета и эксперимента и их анализ;
- разработанные на основе проведенного анализа рекомендации по совершенствованию конструкции данною устройства с целью повышения эксплут анионных характеристик ci o работы;
- принципиально новая конструкция зачистного устройства
9
позволяющая снизить вибрации и повысить надежность его работы.
Результаты работы внедрены при разработке оригинальной конструкции вибрационной зачисткой машины ;иія очистки поверхностен деталей перед нанесением качественного лакокрасочного и ант икоррозионного покрытий.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре ’Теоретическая механика и ТММ" Курского государственного технического университета.
10
1 ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Анализ и классификация механизированного инструмента используемого для зачистных операций
Срок службы, коррозионная стойкость и прочность лакокрасочных и антикоррозионных покрытий во многом зависят от качества подготовки поверхности металла перед нанесением защитного слоя. Поверхность металла обычно имеет различного вида загрязнения, остатки смазки, жира, продукты начавшийся коррозии (окалина, ржавчина), остатки старых покрытий. Нанесение декоративного или защитною слоя покрытия на ржавую илн неочищенную от других загрязнений поверхность металла не обеспечивает надежного сцепления с ней. При неполном удалении продуктов коррозии с поверхности металла процесс коррозии может протекать под слоем защитного покрытия, что приведет к его отслаиванию /82/.
Для получения качественных антикоррозионных н лакокрасочных покрытий металлических изделий, повышения надежности сварных соединений необходимо предварительно удалить с поверхности металла старое покрытие, продукты коррозии и другие виды загрязнений 11ри этом необходимо обеспечить сохранение исходной геометрической формы детали
Все загрязнения могут быть разбиты на три основных вида:
Пнеорганические загрязнения механически связанные с поверхностью, осажденные на поверхность, сплавленные с поверхностью или отвердевшие из расплава (загрязнения металлического илн неметаллического характера, накипь, сварочный шлак, литейный пригар и т.н.):
2)загрязнения и покрытия органического характера или на ортонических связках (жировые и масляные пленки, лаки, смолы, краски, эмали и т п.):
3)загрязнения и пленки, химически связанные с поверхностью (ржавчина, продукты коррозии, пленки воронения, карбонаты, сульфиды и т.п.).
11
11а практике обычно имеют дело с совокупностью заірязненнй различных вилов, что определяется характером предшествующих операций обработки деталей, хранением и т.д. В основном загрязнения можно подразделить на следующие группы:
1) после механической обработки резанием, чистовой или отделочной обработки, притирки, доводки:
2) после механической холодной обработки давлением, штамповки, ковки, проката и после горячей обработки давлением:
3) после литья:
4) после сварки;
5) после пайки:
6) после термообработки;
7) после отделки и окраски:
8 ) после сборочных операций;
9) после испытаний, контрольных сборок и разборок;
10) после хранения и транспортировки:
11) после эксплуатации в неблагоприятных условиях.
В связи с этим можно сделать вывод что характер загрязнений меняется в весьма широких пределах и в каждом случае требуется свое техническое решение, обеспечивающее качественную очистку изделий /52/.
Как показывают результаты анализа производства деталей машин, различным видам отделочно-зачисгной обработки в промышленности подвергается 85 95% выпускаемых деталей, трудоемкость которой составляет
10 - 20% от обшей трудоемкости их изготовления /61/.
Существует много различных способов очистки поверхностей деталей от загрязнений. Все эти способы можно сгруппировать следующим образом /44.48.61,80.127/:
-механические;
-химико-механические;
-химические;
12
-электрохимические;
-физические.
В частности, к механическим способам относятся: слесарные,
абразивные, уларные, галтовочные и вибрационные
Химико-механические методы объединяют абразивный, гилролинамический, галтовочный центробежный, турбуляционный и вибрационные методы с применением смазочно-охлаждающих жидкостей.
В группу химических методов отделом но-ШЧИС ГНОЙ обработки ВХОДЯ! следующие методы обработки: химическая, термохимическая, галтовочно-химическая, гурбулянионно-химическая и виброхимичсская.
К электрохимическим методам обработки поверхностей деталей относятся галтовочно- >лек грохимический, галтовоч но-электрохи мнко-механическнй. виброэлекгорохимический и виброэлектрохимико-механнческий методы.
К физическим методам - ультразвуковой, электроискровой, элсктроконтактнын и взрывной методы.
Из всего многообразия методов очистки поверхностей деталей от загрязнений для условий мелкосерийной п индивидуальной обработки изделий перед покраской и нанесением антикоррозионного покрытия более всего подходят методы механической обработки
Сущностью слесарных методов зачистки является механическое воздействие на загрязнения с помощью ручного слесарного и механизированного инструмента при его ручном перемещении относительно деталей.
Достоинствами слесарных мелодов являются несложность инструмента н обору дования, возможность обработки поверхностей деталей любой сложности формы из различных материалов и в труднодосту пных местах.
К подгруппе абразивных методов/1,2/относятся: эластичный, ленточный (.рис. 1.1), алмазный, абразивный без смазочно-охлаждающей жидкости и др
Особенностью абразивною метода являегся то. что частицы материала
13
удаляются с поверхности заготовки посредством абразивных зерен закрепленных в основе инструмента при помощи особой связки
12 3
Л Л
#£!---------4>
Рис I I Схема обработки ленточным абразивным методом:
1 - резиновая лента; 2 - обрабатываемая деталь; 3 - абразивная лента
К достоинствам абразивных методов можно отнести высокую производительность и лучшее качество обработки, возможность применения стандартного инструмента и оборудования. К недостаткам - трудность обработки деталей из мягких и вязких материалов, мелких и тонкостенных деталей, деталей сложной формы: быструю засаливаемое гь шлифовальных кругов и лент, высокую запыленность воздуха
В подгруппу ударных методов /8,42,77,103,128/ входят: пескоструйный, пневмодробеструйный (рис. 1.2). пнепмошариковый, дробсметнын, пнсвмопластмошариковый, пневмобойковый и крацовочный. Их применяют ,и1я очистки, зачистки и упрочнения деталей средних и больших размеров, изготовленных из материалов средней и высокой твердости.
При пескоструйном, иневмодробеегруйном, иневмошариковом и пнсвмопластмошариковом методах деталь помещают в камеру. Из направленного на нес сопла или дробемега при помощи сжатого воздуха давлением до 7 кгс/см2 выбрасывается металлический песок, дробь, металлические или пластмассовые шарики (гранулы), которые оказывают на
- Київ+380960830922