Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы и машины обработки давлением

Диссертационная работа:

Власов Андрей Викторович. Разработка метода функционального проектирования кузнечно-штамповочного оборудования на основе анализа его рабоспособности по динамическим нагрузкам технологического цикла : ил РГБ ОД 71:1-5/552

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
Введение 7

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 15

  1. Особенности кузнечно-штамповочного оборудования как объекта функционального проектирования 15

  2. Методы проектирования и математические модели кузнечно-штамповочного оборудования 22

  1. Исторические этапы развития теории и методов проектирования кузнечно-штамповочного оборудования ... 22

  2. Общие подходы к анализу динамики кузнечно-штамповочного оборудования 28

  1. Этапы анализа динамики кузнечно-штамповочного оборудования и основные расчетные схемы 28

  2. Методы схематизации, используемые при создании динамических моделей с сосредоточенными параметрами 30

1.3. Инструментальные средства математического моделирования
сложных систем 36

  1. Обзор программных комплексов для моделирования технических систем 36

  2. Особенности программного комплекса PRADIS 40

  1. Назначение и круг решаемых задач 40

  2. Используемые математические методы 43

1.4. Выводы, цель и задачи исследования 51

стр.

Глава 2. Метод функционального проектирования конструкций

кузнечно-штамповочного оборудования по динамическим
нагрузкам технологического цикла 54

  1. Обоснование и основные положения метода 54

  2. Многоуровневый подход к анализу динамики кузнечно-штамповочного оборудования 62

  3. Общая методика создания динамической модели при многоуровневом моделировании кузнечно-штамповочного оборудования 69

  4. Методика поиска проектного решения 76

  5. Разработка моделей элементной базы при многоуровневом моделировании кузнечно-штамповочного оборудования .... 87

  1. Модели механических элементов 88

  2. Модели гидравлических элементов 119

2.6. Выводы и итоги по главе 127

Глава 3. Анализ работоспособности конструкций представителей

основных классов кузнечно-штамповочного оборудования . 129
3.1. Механические прессы и автоматы 129

  1. Динамические процессы в системе включения и исполнительном механизме вырубного пресса модели КГ2040 129

  2. Анализ работоспособности радиально-обжимной машины модели КОЗ.9.32.03 153

  3. Анализ работы автомата А0339 при штамповке

горячей и холодной поковок 170

  1. Общая характеристика автомата 170

  2. Математическая модель автомата АОЗ39 172

стр.

  1. Моделирование технологических процессов штамповки и определение графиков технологического нагружения 182

  2. Анализ динамики автомата 188

  1. Анализ динамических процессов в технологическом цикле гидравлического пресса ПГКП250 210

  2. Оборудование ударного действия 231

  1. Расчет динамических нагрузок в механической системе винтового пресса с дугостаторным приводом модели Ф1734 231

  2. Расчет напряжений в штоке и энергетических характеристик удара штамповочного молота 240

4. Средства автоматизации кузнечно-штамповочного
производства 270

3.4.1. Анализ работоспособности и модернизация
грейферных подач серии ПГ Воронежского АО
"Тяжмехпресс" 270

  1. Математическая модель подачи 270

  2. Анализ динамики базового варианта подачи с паспортной производительностью 18 х/мин . . . 279

  3. Модернизация грейферной подачи 286

3.4.2. Анализ работоспособности механизма продольного
перемещения холодноштамповочного автомата модели
А09035 производства Рязанского АООТ
«Тяжпрессмаш» 297

5. Выводы и итоги по главе 305

стр.

Глава 4. Анализ достоверности математического моделирования

кузнечно-штамповочного оборудования 309

4.1. Анализ достоверности типовых моделей теоретическими
методами 309

  1. Общая методика анализа 309

  2. Примеры анализа достоверности типовых моделей ... 311

4.1.2.1. Оценка достоверности модели двумерной

балки 311

4.1.2.2. Оценка достоверности модели упругого
треугольника с большими перемещениями и
малыми деформациями 320

4.2. Анализ достоверности моделирования экспериментальными
методами 324

  1. Экспериментальное исследование динамических нагрузок в механической системе винтового пресса модели Ф1730А 324

  2. Экспериментальное исследование грейферной подачи ПГ25 334

4.3. Выводы и итоги 343

Глава 5. Применение разработанных методик при функциональном
проектировании конструкций кузнечно-штамповочного
оборудования 344

  1. Оптимизация размеров шатуна кривошипного пресса КГ2040 344

  2. Анализ долговечности деталей кузнечно-штамповочного

оборудования 356

5.2.1. Общая методика 356

стр.

пресса 361

5.2.2.1. Распределение нагрузки по виткам резьбы

гайки винтового пресса 362

5.2.2.2. Расчет ресурса винтовой пары 373

5.2.3. Анализ долговечности штока штамповочного молота . 378

5.3. Профилирование кулачков средств автоматизации кузнечно-
штамповочного оборудования от исполнительного звена. . . 384

  1. Общая методика и используемые модели 384

  2. Применение методики при профилировании кулачков механизмов грейферной подачи и холодноштамповочного автомата 396

5.4. Выводы и итоги 408

Общие выводы и итоги 410

Литература 414

Введение к работе:

Для увеличения конкурентоспособности отечественного кузнечно-штамповочного оборудования необходимо повысить его эксплуатационные характеристики (точность, долговечность, эффективность) при общем снижении затрат на разработку и производство. Это стимулирует переход к современным методам проектирования, основанным на математическом моделировании происходящих физических процессов на всем протяжении технологического цикла.

Кузнечно-штамповочное оборудование (КШО) - прессы, молоты, средства автоматизации - имеют сложную многокомпонентную структуру, включающую в себя объекты различной физической природы. Даже в том случае, когда в основе машины лежит какой-либо один физический принцип, для адекватного моделирования работы за цикл приходится учитывать процессы и в других физических системах. Изготовление каждой кузнечной машины требует значительных финансовых расходов, что часто приводит к отказу от изготовления опытного образца для его последующей доводки и испытания. Для таких машин особое значение принимает этап функционального проектирования, т.е. оценка работоспособности машины на основе анализа процессов ее функционирования.

Причины неработоспособности КШО также часто состоят в недооценке динамических процессов, происходящих на различных этапах технологического цикла. Как правило, КШО при рабочем ходе преобразует накопленную за время хода приближения и технологической паузы энергию в технологическую работу пластического деформирования поковок. При этом сам процесс технологического нагружения происходит, как правило, за короткий промежуток времени, что приводит к возбуждению в системе машины значительных по амплитуде колебаний.

Известные зарубежные системы для моделирования технических систем не приспособлены к моделированию динамики многокомпонентных объ-

ектов, состоящих из подсистем различной физической природы. Работы отечественных ученых по использованию метода аналогий при моделировании технических систем создали методическую базу для моделирования сложных многокомпонентных систем технологических машин. В основе этих работ лежит топологический подход к созданию математической модели, позволяющий создать модель объекта соединением простейших элементов, инвариантных по отношению к физической подсистеме, на основе метода физических аналогий. Такой подход в сочетании с матрично-топологическими методами формирования математической модели позволил создать программные комплексы, автоматически генерирующие модель объекта (модель верхнего уровня) по заданной структуре, состоящей из совокупности моделей элементов (моделей нижнего уровня). Однако, конструктивные особенности различных типов кузнечно-штамповочного оборудования не позволяют в исходном виде использовать ранее разработанные программные средства.

На начальной и последующих стадиях проектирования конструктор обладает различным объемом знаний о проектируемом КШО, степенью проработанности конструкции и, следовательно, различным уровнем достоверности при расчете входных параметров его математической модели. Существует проблема оптимальной сложности создаваемой модели объекта - сложность математической модели должна зависеть как от этапа проектирования, так и от поставленных целей, связанных с задачами стадии проектирования.

Анализ работоспособности машины на основе математического эксперимента с ее многокомпонентной динамической моделью требует создания специализированных методик и программных средств, ориентированных на их использование конструктором и организующих взаимосвязь различных этапов процесса.

Цель работы:

Разработка метода функционального проектирования кузнечно-штамповочного оборудования на основе анализа его работоспособности по динамическим нагрузкам технологического цикла, методик анализа работоспособности кузнечно-штамповочного оборудования с использованием многокомпонентных динамических моделей как единой совокупности подсистем различной физической природы, позволяющих воспроизвести динамические процессы, происходящие в машине во время технологического цикла, и создание на этой основе методик определения параметров конструкций кузнечно-штамповочного оборудования, позволяющих повысить качество и конкурентоспособность изготавливаемых отечественной промышленностью машин.

Научное содержание и новизна работы:

Разработан метод функционального проектирования кузнечно-штамповочного оборудования по динамическим нагрузкам технологического цикла, который позволяет с единых позиций осуществлять анализ работоспособности основных классов кузнечно-штамповочного оборудования. Метод основан на применении многоуровнего подхода к анализу динамических явлений в кузнечно-штамповочном оборудовании с учетом многокомпонентности и гетерогенности его структуры, смешанного подхода к анализу подсистем с различной глубиной воспроизведения физических свойств - от упругих систем с сосредоточенными параметрами до систем с распределенными параметрами, и дальнейшем получении проектных решений на базе математического эксперимента со случайным поиском на начальном этапе и регулярным - вблизи оптимальной точки.

Разработана концепция многоуровневого моделирования КШО, позволяющая обоснованно выбирать уровень сложности воспроизведения свойств при моделировании технологического оборудования и средств автоматизации в зависимости от стадии проектирования. Концепция пред-

полагает создание иерархической элементной базы моделирования, состоящей из четырех уровней представления свойств объектов - базового, функционального, специализированного и уровня сплошной среды, каждый из которых соответствует уровню доступной информации и задачам проектирования на конкретной стадии проектирования.

Для программного комплекса PRADIS разработаны математические модели составляющих элементной базы моделирования КШО, имеющие различный уровень сложности и относящиеся к системам различной физической природы.

Обоснована методика поиска проектного решения при функциональном проектировании КШО с использованием математического эксперимента с многокомпонентными математическими моделями, заключающаяся в поиске точки начального приближения методом случайного эволюционного планирования, построении квадратичной модели отклика в окрестностях полученной точки начального приближения с последующим уточнением модели путем сужения области определения модели заменой одной из точек определения на точку, полученную путем оптимизации квадратичной модели на каждом шаге квадратичного поиска.

В результате анализа работоспособности конструкций ряда представителей основных классов КШО получены новые результаты, раскрывающие причины их недостаточно надежной работы и резервы повышения качества.

Предложена методика анализа долговечности деталей КШО, основанная на параметрическом задании обобщенного блока нагружения машины, получении нагрузок в опасных сечениях исследуемой машины путем математического эксперимента с его моделью, обработки данных эксперимента методом полных циклов и применении стандартных вероятностных методов расчета на усталость.

- Предложена методика прямого профилирования кулаков средств автома
тизации КШО, основанная на моделировании обращенного движения ме
ханизма с заданием закона перемещения на исполнительном звене.

На защиту выносятся:

Основные положения метода функционального проектирования кузнечно-штамповочного оборудования по динамическим нагрузкам технологического цикла.

Концепция многоуровневого подхода к топологическому моделированию кузнечно-штамповочного оборудования позволяющая обоснованно выбирать уровень сложности воспроизведения свойств при моделировании технологического оборудования и средств автоматизации в зависимости от стадии проектирования.

Совокупность теоретических зависимостей, положенных в основу математических моделей элементов кузнечно-штамповочного оборудования и составляющих библиотеку моделей элементов.

Математические модели и результаты теоретических исследований динамики технологического цикла конструкций ряда представителей основных классов кузнечно-штамповочного оборудования.

Методика поиска проектных решений при функциональном проектировании кузнечно-штамповочного оборудования.

Методика расчета долговечности штоков молотов и винтов винтовых прессов, созданная на базе математического моделирования рабочего хода в различных режимах с последующей обработкой результатов методами схематизации случайных процессов и расчетом функции распределения долговечности.

Методика расчета профиля кулачков средств автоматизации кузнечно-штамповочного оборудования и результаты профилирования кулачков ряда средств автоматизации.

Работа выполнена на кафедре "Технологии обработки давлением" МГТУ им. Н.Э.Баумана в соответствии с планами научно-технических и хоздоговорных работ с промышленными предприятиями ЗАО "Тяжмехпресс" г. Воронеж и АООТ "Тяжпрессмаш" г. Рязань, а также в соответствии с научно-технической программой «Фундаментальные исследования в технических университетах».

В работе содержатся научно-обоснованные технические решения, базирующиеся на разработанном методе функционального проектирования кузнечно-штамповочного оборудования по динамическим нагрузкам технологического цикла, выполнении математического эксперимента с многокомпонентными динамическими моделями конструкций представителей основных классов кузнечно-штамповочного оборудования, разработанных математических моделях элементной базы моделирования кузнечно-штамповочного оборудования и методике поиска проектных решений, внедрение которых позволит внести значительный вклад в ускорение разработки новых и модернизации существующих конструкций кузнечно-штамповочных машин и средств их автоматизации, за счет использования вычислительной техники на стадии проектирования и замены натурных экспериментов на математические для анализа и оценки эффективности конструктивных вариантов.

Практическая ценность работы заключается в:

Рекомендациях по совершенствованию конструкций и параметров кузнечно-штамповочного оборудования.

Библиотеке подпрограмм для программного комплекса PRADIS, позволяющей произвести анализ работоспособности основных классов кузнечно-штамповочного оборудования на разных стадиях проектирования.

Комплекту электронных таблиц Microsoft Excel и подпрограммы обработки результатов моделирования по методу полных циклов для комплекса PRADIS, позволяющих произвести расчет функции распределения долго-

вечности различных деталей кузнечно-штамповочного оборудования по результатам математического моделирования динамических нагрузок.

Комплекте программ для профилирования кулачков средств автоматизации кузнечно-штамповочного оборудования и полученных на ее основе профилей кулачков средств автоматизации кузнечно-штамповочного оборудования.

Методике поиска проектных решений при функциональном проектировании КШО.

Методы исследования.

При теоретическом исследовании использована методика математического моделирования многокомпонентных систем. Составление математических моделей объектов проектирования выполнено с использованием программного комплекса анализа динамики сложных систем PRADIS, реализующего узловой метод автоматического составления и неявные методы интегрирования систем уравнений. Математические модели элементов (модели нижнего уровня) составлены как на основе общих положений теории упругости, гидро и пневмомеханики, метода конечных элементов, так и с использованием апробированных практикой аналитических зависимостей теории обработки металлов давлением, теории машин и механизмов, теории электропривода, теории гидравлических машин и гидропривода, трибологии, теории сплайнов. Анализ долговечности деталей выполнен с использованием основных положений расчета на выносливость в вероятностном аспекте. Разработанное программно-математическое обеспечение реализовано на ЮМ совместимых компьютерах.

Экспериментальные исследования проведены с использованием электрических методов измерения механических величин, с применением электронно-усилительной и регистрирующей аппаратуры.

Реализация результатов

Результаты работы использованы на ЗАО «Тяжмехпресс» г. Воронеж и АООТ «Тяжпрессмаш» г. Рязань при проектировании кузнечно-штампо-вочного оборудования и средств автоматизации. Разработанные математические модели и программное обеспечение используются в учебном процесс МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Апробация работы

Материалы работы были представлены на следующих конференциях и семинарах: Республиканской конференции «Прогрессивные технологические процессы, механизация и автоматизация трудоемких работ», Ижевск, 1983; 13th NAMRI, Berkeley, California, USA, 1985; Всесоюзной конференции «Современные проблемы технологии машиностроения», Москва, 1986; Республиканском совещании по безмуфтовым прессам с механизмами переменной структуры, Фрунзе, 1989; Международной научно-технической конференции «Опыт и перспективы развития математического, программного и технического обеспечения САПР в прессостроении», Воронеж, 1990; International Conference on CAD of Machinery, Beijing, China, 1991; Всероссийской юбилейной научно-технической конференции "100-летие со дня рождения профессора А.И.Зимина", Москва, 1995; Всероссийской юбилейной научно-технической конференции "100-летие со дня рождения доктора технических наук М.В.Сторожева", Москва, 1996; Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства», Тула, 1999; Всероссийских научно-технических конференциях по программе «Фундаментальные исследования в технических университетах», Москва, 1996,1997 г.г.; научных семинарах кафедры МТ6 МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Подобные работы
Матвеев Анатолий Сергеевич
Разработка метода проектирования технологических процессов и оборудования для гидроштамповки крутоизогнутых и Т-образных деталей из трубных заготовок
Федоров Виктор Гурьевич
Разработка и внедрение метода проектирования процессов ковки с учетом неравномерного температурного поля в заготовках
Куприн Павел Николаевич
Разработка методов и алгоритмов проектирования процессов формообразования тонкостенных профилей стесненным изгибом с устранением потери устойчивости краевых элементов
Радченко Сергей Юрьевич
Разработка новых технологических процессов валковой штамповки тонкостенных изделий и методов их проектирования
Поляков Владимир Александрович
Разработка методов синтеза ориентаторов для средств виброзагрузки прессового оборудования
Туркеничева Лариса Александровна
Влияние технологического натяжения проволок на напряженно-деформированное состояние многослойных канатов и разработка метода расчета технологических нагрузок
Мустафа Сулиман
Разработка методов определения энергосиловых параметров и установление кинематики течения ротационного выдавливания тонкостенных труб на трехвалковых станах с целью совершенствования технологического процесса и улучшения качества изделий
Илюшкин Максим Валерьевич
Разработка технологии изготовления методом интенсивного деформирования гнутых профилей из листовых материалов с покрытием
Ковалев Виктор Васильевич
Разработка и исследование методов повышения технического уровня горячештамповочных и листоштамповочных кривошипных прессов
Капырин Константин Игоревич
Разработка процесса изготовления высоких стаканов методом валковой штамповки

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net