К компетенциям - через инноватику

Подождите немного. Документ загружается.

trunc( /2) 1..

i w w

= +

;

– количество точек на горизонтальной ли-

нии;

)(trunc

⋅

– функция определения целой части.

Эквидистантные траектории определяются следующим образом:

(

)

( ) ( )

2 2 2

3 3 3

1 ... ;

;

i i w

i w m

q q p

−

= +



= −∆





= +∆





где

, pp

∆

– шаг между горизонтальными линиями соответственно

по координатам

, qq

;

– общее количество точек траектории.

Значения шагов по координатам

, qq

определяются из следую-

щих выражений:

( ) ( ) ( ) ( )

1 1

2 2 2 3 3 3

i i i i

q q q q q q

+ +

∆ = − ∆ = −

а значения шагов между горизонтальными линиями:

( ) ( ) ( ) ( )

1 1

2 2 2 3 3 3

w w w w

p q q p q q

+ +

∆ = − ∆ = −

где

(

)

(

)

(

)

(

)

1 1

2 2 3 3

, , ,

i i i i

q q q q

+ +

–

∀

смежные точки траектории;

(

)

(

)

(

)

(

)

1 1

2 2 3 3

, , ,

w w w w

q q q q

+ +

– точки траектории, соответствующие

переходу между горизонтальными линиями. Обобщенные координа-

ты в точках

(

)

(

)

1,,1,

wwii

определяются из выражений (2).

Особенностью предложенного итерационного метода решения

обратной задачи кинематики о положении является учет правил дви-

жения рабочего инструмента при выполнении технологических шту-

катурных операций. Этот метод позволяет сократить время вычисле-

ний, однако обладает низкой точностью. Повысить точность решения

обратной задачи итерационным методом возможно путем получения

средних значений шагов

, qq ∆∆

, pp ∆∆

Список литературы

1. Механика промышленных роботов : учеб. пособие для втузов : в 3 кн. /

под ред. К. Ф. Фролова, Е. И. Воробьева. – М. : Высш. шк., 1988.

2. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника. – М. : Мир, 1989. – 624 с.

3. Denavit, J., Hartenberg, R. S. A Kinematic Notation for Lower-Pair Mecha-

nisms Based on Matrices // J. of Appl. Mech. – 1955. – June. – Pp. 215–221.

4. Паршин Д. Я. Цветкова О. Л. Построение кинематической модели

штукатурного робота // Новые технологии, конструкции и процессы произ-

водства : сб. науч. тр. / РГАСХМ. – Ростов н/Д, 2007. –– С. 8–11.

А. П. Данилов, студент;

научные руководители – канд. техн. наук, доц. Ю. Р. Никитин,

канд. техн. наук, доц. Ф. Л. Хмурович

Ижевский государственный технический университет

Автоматизация технологического процесса сушки кирпича-сырца

В условиях финансового кризиса и высокой конкуренции на рын-

ке строительных материалов для успешной деятельности необходимо

непрерывно совершенствовать качество выпускаемой продукции,

оптимизировать технологические процессы производства.

Одной из наиболее важных и ответственных операций при произ-

водстве кирпича является сушка формованного кирпича-сырца, тре-

бующая строго определенного режима, как в отношении допускаемых

безопасных скоростей сушки, так и температуры нагрева изделий. Это

связано с усадочными напряжениями в изделиях, вызываемыми нерав-

номерным распределением влаги в теле изделия и недопущенной усад-

кой. В процессе сушки изделиям придается механическая прочность

и снижается их влажность, что позволяет укладывать изделия в штабе-

ля при последующем обжиге или непосредственно перейти к интен-

сивному обжигу изделий без опасения возникновения трещин.

В данный момент управление сушкой осуществляется оператора-

ми дистанционно «вручную», что создает несколько очень серьезных

проблем:

– не всегда выдерживаются условия технологического процесса

вследствие человеческого фактора;

– высокая сложность оценки большого объема информации, по-

ступающей одновременно на пульт оператора (участок сушки состо-

ит из 17 камер), что может привести к пропуску важной информации

о ходе технологического процесса;

– высокие расходы на оплату труда нескольких операторов на

участке.

Краткое описание технологического процесса

Сушку кирпича-сырца производят конвективным методом, т. е. ме-

тодом, при котором влага испаряется вследствие теплового обмена

между изделиями и теплоносителем, в качестве которого используют

нагретый воздух или дымовые газы, получаемые от сжигания топлива.

Эти теплоносители нагревают кирпич-сырец и поглощают его влагу.

Процесс сушки характеризуется следующими основными парамет-

рами: скоростью перемещения влаги внутри материала, скоростью вла-

гоотдачи с поверхности материала в окружающую среду и усадочными

напряжениями, обусловленными усадочными процессами из-за нерав-

номерного распределения влажности внутри материала.

Весь процесс сушки состоит из двух основных периодов: усадоч-

ного и послеусадочного.

Усадочный период характеризуется скоростью сушки, которая

численно равна скорости испарения влаги с открытой поверхности

жидкости. Температура поверхности материала в этот период остает-

ся постоянной и равна приблизительно температуре мокрого термо-

метра теплоносителя. Заканчивается период тогда, когда среднее со-

держание влаги понизится до критической.

Послеусадочный период характеризуется падающей скоростью

сушки. Это объясняется уменьшением внешней диффузии влаги

в результате снижения парциального давления водяных паров у по-

верхности материала по мере уменьшения влажности последнего. Так

как расход теплоты на испарение влаги уменьшается, то температура

материала непрерывно возрастает и температурный перепад между

агентом сушки и изделиями уменьшается.

На рис. 1 представлена схема изменения температуры в техноло-

гическом процессе сушки кирпича.

Рис. 1. Схема изменения температуры в процессе сушки

Объект автоматизации

Особенностью рассматриваемого объекта является его много-

связность, поскольку сушильная установка состоит из блока 17

идентичных камерных сушилок, обладающих одинаковыми теп-

лофизическими и конструктивными характеристиками, связанных

общими каналами подачи и отвода теплоносителя и объединенных

в 2 блока.

Теплоноситель подается из зоны обжига, смешивается с атмо-

сферным воздухом в смесительной камере, и нагнетается в камеру

с помощью каскада из 20 вентиляторов. Циркуляционные вентилято-

ры работают в течение всего периода сушки с реверсом, т. е. изменя-

ют направление движения теплоносителя каждые 8 минут (2 минуты

работы, 6 минут пауза). Отработавший теплоноситель также подается

в смесительную камеру, что обеспечивает рекуперацию тепла. Тем-

пература теплоносителя регулируется величиной открытия заслонок

подачи горячего и атмосферного воздуха.

Разработка системы управления

Система управления должна обеспечивать непрерывное управле-

ние сушкой с сохранением архива параметров технологического про-

цесса для анализа и коррекции.

После анализа поставленной задачи была разработана структура

системы управления. АСУ ТП является иерархической двухуровне-

вой. На нижнем уровне используются датчики, собирающие инфор-

мацию, и исполнительные механизмы для открытия заслонки, вклю-

чения вентиляторов. Второй уровень – управление с помощью

SCADA-системы. Используется программируемый логический кон-

троллер (ПЛК), который обеспечивает непрерывное управление про-

цессом, а также сохранение архива в своей памяти с целью предот-

вращения потери данных при выключении IBM PC-совместимого

компьютера, который находится на верхнем уровнем. Компьютер

осуществляет управление режимом работы всех сушилок, сохранение

архива, а также мониторинг протекающего процесса при помощи

SCADA-системы.

Выбор оборудования

В соответствии с разработанной структурой системы управления

в качестве управляющего устройства был выбран ОВЕН ПЛК100,

который имеет следующие достоинства:

– простота и надежность конструкции, подтвержденные опытом

использования данного ПЛК в автоматизированных системах;

– достаточная вычислительная мощность и возможности управления;

– возможность подключения дополнительных модулей ввода-

вывода, а также соответствие их предъявляемым требованиям интер-

фейса датчиков («токовая петля»);

– доступный язык, интерфейс и среда программирования ПЛК;

– возможность «удаленной» настройки и управления, загрузки ис-

полняемой программы);

– возможность хранения баз данных в памяти ПЛК;

– невысокая цена.

Для удаленного сбора и обработки информации с датчиков вы-

бран модуль ОВЕН МВА8 (Модуль ввода аналоговый измеритель-

ный), который является расширением входов ПЛК и применяется

в связи с большим количеством контролируемых параметров.

Также выбран модуль вывода-управления – восьмиканальный мо-

дуль управления ОВЕН МВУ8. Он обеспечивает удаленное управле-

ние исполнительными механизмами. МВУ8 работает в сети RS-485

при наличии в ней «мастера», при этом сам МВУ8 не является «мас-

тером» сети.

Автоматизация технологического процесса сушки кирпича-сырца

позволит повысить его качество, сократить процент брака изделий,

повысить конкурентоспособность завода.

М. С. Еремин, магистрант;

научный руководитель – заслуженный деятель науки и техники Российской

Федерации, д-р техн. наук, проф. И. В. Абрамов

Ижевский государственный технический университет

Анализ методов капитального ремонта станков с ЧПУ

и постановка задач исследования

Машиностроительные предприятия имеют большой парк техноло-

гического оборудования для производства различной продукции. От

точности и надежности его работы зависят качество выпускаемых

изделий и производительность труда. Следовательно, все виды обо-

рудования, в том числе и станки с ЧПУ, должны безотказно работать,

что невозможно без организованной системы технического обслужи-

вания и ремонта (ТО и Р).

Развитие техники не стоит на месте, и на рынке постоянно появ-

ляются все новые и новые виды станков. Их конструкция с каждым

разом усложняется, поэтому к техническому обслуживанию и ремон-

ту этого оборудования предъявляются все большие требования.

В настоящее время существуют следующие основные подходы

к осуществлению ремонта оборудования, в том числе и станков с ЧПУ:

− система планово-предупредительного ремонта (ППР);

− ремонт по техническому состоянию.

Система ППР – это совокупность организационных и технических

мероприятий по уходу, надзору, эксплуатации и ремонту оборудова-

ния, направленных на предупреждение преждевременного износа

деталей, узлов и механизмов, и содержание их в работоспособном

состоянии [2].

Ремонт по техническому состоянию – это ремонт, при котором

контроль технического состояния выполняется с периодичностью

и в объеме, установленными в нормативно-технической документа-

ции, а объем и момент начала ремонта определяется техническим

состоянием изделия [1].

Применение ремонта по техническому состоянию позволяет дос-

тичь тех же целей, что и при реализации планово-предупредительного

ремонта. Однако главной задачей этого вида ремонта является устра-

нение аварийных остановов оборудования.

Основным достоинством системы ППР является, прежде всего,

плановое проведение ремонтов, устанавливаемое в зависимости от

количества отработанных часов, технических и эксплуатационных

особенностей, размеров и условий эксплуатации данного оборудова-

ния. Важным преимуществом системы ППР является также преду-

предительный характер этой системы, которая рассчитана на предот-

вращение прогрессирующего износа и случайного выхода из строя

машин, а также обеспечение необходимой подготовки к ремонтным

операциям и улучшение качества этих работ [5]. Еще одним достоин-

ством данного подхода является возможность устранения отказов

и замены вышедших из строя или достигших околопредельного тех-

нического состояния деталей одновременно по всей машине или не-

скольким составным частям. Это достоинство эффективно реализует-

ся, если наработки составных частей кратны между собой. Эффект

определяется сокращением времени простоя оборудования в ремонте,

а следовательно, увеличением выпуска продукции [4], результатом

чего может явиться повышение прибыли предприятия.

Несмотря на все плюсы, у системы ППР есть существенный не-

достаток, который заключается в избыточности объемов работ

и, следовательно, затрат, связанных с тем, что регламент ремонта не

учитывает фактическое состояние оборудования, которое в ряде слу-

чаев позволяет для восстановления его потребительских свойств

обойтись сравнительно меньшими затратами [8]. Кроме этого, воз-

можен и такой вариант развития событий, когда в ремонт поступает

полностью работоспособное оборудование, не имеющее неисправно-

стей. В дополнение к сказанному следует отметить, что при осущест-

влении ППР, как ни странно, ремонты могут привести к росту отка-

зов [7] (вследствие неточной сборки, неправильной установки и т. д.).

Эти недостатки удается исключить благодаря диагностике обору-

дования при ремонте по техническому состоянию. Особенностью

ремонта по техническому состоянию является необходимость опре-

деления фактического технического состояния единицы оборудова-

ния, которое может осуществляться:

− путем дефектации или проверки основных параметров оборудо-

вания инструментальными методами;

− методом экспертной оценки [8].

Несомненным достоинством ремонта по состоянию является то, что

техническая диагностика благодаря раннему обнаружению дефектов

и неисправностей позволяет устранить отказы оборудования в процессе

технического обслуживания, что повышает надежность и эффективность

его эксплуатации [3]. Кроме того, заказ материалов и запасных частей

для оборудования осуществляется по мере необходимости, в результате

чего отпадает необходимость в больших складских помещениях.

Конечным результатом всех действий является увеличение полез-

ного времени работы оборудования с одновременным уменьшением

удельной стоимости технического обслуживания и ремонтов обору-

дования [4].

Выбор того или иного подхода к организации ремонта на каждом

конкретном предприятии осуществляется с учетом его специфики

производства и общего состояния оборудования. Однако из всего

вышесказанного можно сделать вывод, что ремонт по техническому

состоянию, хотя и требует наличия специалистов и дорогостоящей

аппаратуры для диагностики оборудования, все-таки является в боль-

шинстве случаев экономически выгодным по сравнению с планово-

предупредительным ремонтом, так как сокращается время ремонта,

исключаются необоснованные простои оборудования, повышается

надежность и эффективность его эксплуатации.

Все возрастающее значение сложных и дорогостоящих техниче-

ских систем, таких как станки с ЧПУ, требования безопасности, без-

отказности и долговечности, делают весьма важной оценку техниче-

ского состояния системы, ее надежности [3]. Такую оценку можно

осуществить путем дефектации и диагностики.

Дефектация осуществляется для оценки технического состояния

оборудования и возможностей его дальнейшей эксплуатации, а также

определения требуемого вида ремонта и стоимости его выполнения [9].

Диагностика осуществляется для определения возможных неис-

правностей оборудования и экспертной оценки его пригодности

к эксплуатации [9].

Процесс диагностирования состоит из отдельных диагностических

операций по оценке технического состояния подконтрольных составных

частей системы. Результаты диагностирования в процессе эксплуатации

машин необходимы для принятия решений о замене или ремонте неис-

правной составной части объекта диагностирования или изделия в це-

лом, а также установления наиболее целесообразной периодичности

и объемов профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Итогом диагностирования являются оценка общего технического со-

стояния оборудования; локализация неисправностей; снижение расхода

запасных частей, материалов, стоимости и трудоемкости ТО и Р обору-

дования; переход на выполнение ТО и Р не по регламенту, а по потреб-

ности и, в конечном итоге, повышение коэффициента готовности обору-

дования [3], его надежности и ресурса [4].

Немало вопросов и проблем возникает при текущем ремонте обо-

рудования. В частности, это касается сроков проведения техническо-

го обслуживания и ремонтов, а при ремонте по техническому состоя-

нию – еще и сроков проведения диагностирования.

Возможный алгоритм организации процесса диагностирования

и связь его с системой ТО и Р представлен на рис. 1.

Подконтрольные составные части могут диагностироваться на ходу

машины. В зависимости от величины остаточного ресурса составной

части контроль может быть непрерывным или периодическим. Процесс

получения диагностируемого параметра П для конкретной детали, узла

является реализацией одного из методов диагностики и заключается

в принятии решения об оценке технического состояния и остаточного

ресурса путем сравнения замеренного (мгновенно) П(t) и предельного

пр

значений диагностического параметра. Для работоспособных со-

ставных частей прогнозируется величина остаточного ресурса. Для не-

работоспособных деталей принимается решение о сроках устранения

неисправностей. На основании принятого решения в соответствии с сис-

темой технического обслуживания и ремонта организуются ремонтно-

восстановительные мероприятия по устранению отказа.

Представленный алгоритм показывает, что техническая диагности-

ка необходима для объективной оценки технического состояния эле-

ментов оборудования, является составной частью системы техническо-

го обслуживания и ремонта станков (с ЧПУ) по состоянию и обеспечи-

вает высший уровень эксплуатационной эффективности [4].

Рис. 1. Алгоритм построения системы технического обслуживания

и ремонта с применением диагностирования технического состояния

составных частей станка

Станок

Работоспособное

состояние

Выбор диагностируемой

детали/узла

Выбор диагностируемого

параметра П(t)

Получение значения диаг-

ностируемого параметра

П(t)

П(t) < П

пр

Неработоспособное

состояние

Система ТО и Р

Оценка остаточного

ресурса составной части

да

нет

Как видно из алгоритма, чтобы правильно спланировать срок про-

ведения диагностирования, технического обслуживания или ремонта,

необходимо знание остаточного ресурса составных частей оборудо-

вания. Остаточным ресурсом называют наработку от момента кон-

троля элемента машины до наступления его предельного состояния,

отказа по определенному параметру [6].

Средний остаточный ресурс составной части вычисляют на основе

информации об изменении параметра ее технического состояния

и наработке к моменту контроля [4]:

1 б

ОСТ П

[( ( )) 1],

t t U U t

= −

(1.1)

где t

– наработка от начала эксплуатации составной части до момен-

та контроля; U

– предельное отклонение параметра (например, изно-

са детали или соединения); U(t) – измеренное отклонение параметра.

При возрастании параметра с увеличением наработки

( )

П( ) П

U t t

= −

, где П(t) – измеренное значение параметра; П

– но-

минальное значение параметра. При уменьшении параметра с увели-

чением наработки

( )

П П( ).

U t t

= −

Предельное отклонение парамет-

ра

П П Н

П П ,

= −

где П

– предельное значение параметра [6].

Экспериментальная проверка и промышленная апробация данной

методики проведена сотрудниками лаборатории проблем надежности

бумагоделательного оборудования ИжГТУ. На основе проведенных ис-

следований получены значения показателя степени аппроксимирующей

функции α для шариковых подшипников 1,5, для роликовых 1,4 [4].

По представленному алгоритму будут проведены все работы для

конкретного станка с ЧПУ, т. е. сбор информации о станке, диагно-

стика станка, прогноз остаточного ресурса составных частей, по-

строение плана технического обслуживания и ремонта. Кроме того,

будет разработана математическая модель для оценки технического

состояния систем станков с ЧПУ, которая позволит повысить эффек-

тивность ремонтов в целом и капитального ремонта в частности.

При выполнении исследования будут решены следующие задачи:

− разработка математической модели для оценки технического

состояния систем станков с ЧПУ;

− теоретическое обоснование возможности и целесообразности

организации ТО и Р станков с ЧПУ по состоянию на основе оценки

остаточного ресурса по результатам диагностирования;

− проведение анализа и сравнение способов хранения и предос-

тавления данных с целью оценки и прогноза технического состояния

систем станков с ЧПУ.