WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

.

Любимов Андрей Андреевич АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ Специальность 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин» (МГТУ «Станкин») Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Худошина М.Ю.

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Соловьева Н.В.

кандидат технических наук, Стаценко Г.С.

Ведущее предприятие ОАО «Лианозовский электромеханический завод»

Защита состоится «25» января 2007 г. в _ часов _ минут на заседании диссертационного совета К 212.142.01 при Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу: 127055, ГСП, Москва, Вадковский пер., 3а Отзыв о работе, заверенный печатью, в 2-х экземплярах просьба направлять по указанному адресу в диссертационного совет К 212.142.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «Станкин»

Автореферат разослан «22» ноября 2006 г.

Ученый секретарь кандидат технических наук диссертационного совета Тарарин И.М.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Ультразвуковые методы обработки характеризуются существенным загрязнением окружающей среды и воздуха рабочей зоны технологического оборудования. Эти загрязнения влияют на технический уровень оборудования и показатели качества технологических процессов, в том числе экологические и показатели безопасности. В конечном итоге все это в значительной степени определяет конкурентоспособность ультразвуковых установок и изделий изготовленных на них.

Вместе с тем, управление экологическими показателями и показателями безопасности необходимо начинать уже на стадии подготовки производства.

Однако в настоящее время для ультразвуковых методов обработки средства автоматизации сбора информации не в полной мере удовлетворяют требованиям подготовки производства с учетом минимизации экологических показателей и показателей безопасности.

В этой связи актуальной является задача автоматического сбора информации уже на этапе подготовки производства и следовательно управления параметрами технологического оборудования для ультразвуковых методов обработки с целью минимизации экологических показателей и показателей безопасности.

Целью работы является автоматизированный сбор информации для автоматизация управления экологическими показателями качества ультразвукового метода обработки на основе традиционных для этого метода управляемых параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать взаимосвязи экологических показателей и показателей безопасности с параметрами технологических процессов ультразвуковой обработки.

2. Разработать алгоритм принятия решения по минимизации экологических показателей и показателей безопасности.

3. Разработать программный продукт для визуализации информации об экологических показателях и показателях безопасности процесса ультразвуковой обработки.

Методы исследования. При исследовании применялись основные положения теории управления, теории точности, теории резания, прикладной экологии, теории эксперимента.

Научная новизна работы заключается в:

- установлении зависимости характеристик вибрации, шума, электромагнитных отходов и значения температуры от частоты и мощности ультразвуковых колебаний и подачи инструмента;

- адаптации традиционной системы управления к задачам минимизации экологических показателей в технологических процессах ультразвуковой обработки;

- автоматизированном представлении информации для принятия решения по минимизации экологических показателей и показателей безопасности.

Практическая ценность работы заключается в повышении технического уровня оборудования и качества технологических процессов ультразвуковой обработки, а следовательно их конкурентоспособности, за счет улучшения экологических показателей и показателей безопасности.

Кроме того, большое практическое значение имеет разработка автоматизированной системы визуализации и сбора информации, а также установление количественных значений экологических показателей при ультразвуковой обработке конкретных изделий.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертации были использованы на ОАО «Лианозовский электромеханический завод», а также в учебном процессе на кафедре «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН».

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. XII Международная экологическая конференция молодежи «ЭКО-2006» Московский государственный институт электроники и математики (МИЭМ), г. Москва, апрель 2006 г.

2. Международных конференциях «Производство. Технология.

Экология», ПРОТЭК МОСКВА, Московский государственный технологический университет «Станкин», г. Москва, сентябрь 2003г., сентябрь 2004г., сентябрь 2005г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 112 рисунков, 61 таблицу, 2 приложений, список литературы включает в себя 112 наименований.

Основное содержание работы

.

Во введении дается общая характеристика работы и обосновывается ее актуальность.

Первая глава посвящена анализу методов и средств минимизации воздействия ультразвуковой обработки на окружающую среду и человека.

На примере анализа жизненного цикла ультразвукового оборудования показано, насколько важным является в этой связи этап эксплуатации.

Проанализированы работы ученых, в первую очередь О.В. Абрамова, О.В. Беляева, В.Ф. Боброва, А.С. Верещаки, О.В. Веселова, В.П. Вороненко, В.Г. Митрофанова, О.П. Михайлова, Л.Я. Попилова, А.Н. Резникова, Н.В. Соловьевой, Ю.М. Соломенцева, Л.Э.

Шварцбурга, М.Ю. Худошиной и др., направленные на повышение уровня технологического оборудования, его автоматизация, качество технологических процессов при обработке резанием, экологическое моделирование технологической среды.

Выделены основные технологические характеристики процесса размерной ультразвуковой обработки и параметры технологических процессов, через которые можно автоматизировано управлять качеством процесса ультразвуковой обработки, сделаны выводы о достоинствах и недостатках ультразвуковых методов обработки труднообрабатываемых материалов.

Определено направление исследований, поставлена цель и сформулированы задачи работы, а также обоснована их новизна и практическая значимость.

Во второй главе проведены исследования зависимости экологических показателей от технологических параметров ультразвукового оборудования и вида материала обрабатываемых изделий.

Были исследованы зависимости характеристик электромагнитных отходов от подачи инструмента. Точки съема информации расположили в соответствии со схемой на рисунке 1.Точки расположены таким образом, чтобы обеспечить наибольшее покрытие зоны присутствия оператора ультразвуковой установки.

На рисунках 2 а,б,в представлены соответственно итоговые уровни напряженности электрического поля и плотности магнитного потока от обрабатываемого материала в низком и высоком диапазонах частот, построенные для различных точек съема информации.

По экспериментальным данным установлено, что наибольшее воздействие на плотность магнитного потока оказывает концентратор и генератор.

Изменения при обработке различных материалов плотности магнитного потока на низких частотах практически не происходило, но при уменьшении нагрузки значение плотности магнитного потока в высоких частотах снижается в среднем от 7до19%.

Рис.1. Схема расположения точек забора информации.

хол. Ход Кварцевое Кварцевое Стекло Стекло Чараит Чараит стекло стекло подача 1,6 подача 1,3 подача1,6 подача 1,подача 1,6 подача 1,а. Напряженность эклектического поля (низкие частоты) 0,0,0,0,0,3 0,25 0,0,0,0,хол. Ход Кварцевое Кварцевое Стекло 1,6 Стекло 1,3 Чараит 1,6 Чараит 1,стекло 1,6 стекло 1,б. Плотность магнитного потока (низкие частоты) 15 хол. Ход Кварцевое Кварцевое Стекло 1,6 Стекло 1,3 Чараит 1,6 Чараит 1,стекло 1,6 стекло 1,в. Плотность магнитного потока (высокие частоты) Рис. 2. Уровни зависимости напряженности электрического поля и плотности магнитного потока от обрабатываемых материалов.

Увеличение напряженности на низких частотах показывает, что источником электрического поля является пьезовибратор. В результате смены нагрузки четкой закономерности выявлено не было. Было замечено превышение ПДУ в 16 раз. В данном случае мы можем предположить, что основным источником высоких частот является генератор. На холостом ходу максимальное значение напряженности электрического поля достигается в нижней части станка, на уровне стола.

Были также проведены исследования тепловых отходов, формируемых концентратором и пьезовибратором, которые показали, что их температура имеет линейную зависимость нагрева со скоростью около 2,1С /мин. (Рис. 3) Концентратор Пьезовибратор 1 2 Рис.3. Зависимость температуры концентратора и пьезовибратора от времени.

Повышение температуры концентратора оказывает существенное влияние на стабильность работы генератора, т.к. из-за нагрева наблюдается понижение резонансной частоты колебательной системы и система автоподстройки частоты не обеспечивает слежение за ней при изменении более чем на 0,25 кГц от первоначально установленной частоты. Это влечет за собой увеличение уровня экологических показателей таких как шум и вибрация.

Кроме того, были проведены исследования шумов создаваемых ультразвуковым оборудованием. Полученные данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Суммарный уровень шума создаваемый ультразвуковым оборудованием.

Частота, кГц 12,5 16 20 25 31,Уровень Доуст. 80 90 100 105 звукового давленияа, Факт. 45 65 86 64 дБ Фактически уровни звукового давления ниже нормативных, по которым на частоте 12,5 кГц допустимо 75 дБ.

Были также проведены исследования виброскорости и виброускорения, на рабочей частоте ультразвукового станка – 22 кГц. Получена зависимость этих параметров от расстояния. (Рисунок 3) Виброскорость Виброускорение 1 2 точки Рис. 3 Изменение виброскорости и виброускорения.

Из кривой видно, что значение виброускорения превышает ПДУ в точке 1.

В остальных точках значение виброскорости и виброускорение находится в пределах нормы. Повышенный уровень виброускорения в этой точке можно объяснить непосредственной близостью к пьезовибратору. По рисунку 3 видно, что виброускорение снижается путем удаления от пьезовибратора.

На базе проведенных исследований было установлено, что в качестве управляющих параметров с точки зрения уменьшения экологических показате Значение, дБ лей необходимо выбрать частоту и мощность ультразвуковых колебаний, и подачу инструмента.

В третьей главе описывается методика контроля экологических показателей технологической среды. Визуализация подтверждает полученные во второй главе зависимости экологических показателей от технологических параметров ультразвукового оборудования. Для решения проблемы визуализации была выбрана программа графической обработки экспериментальных данных – OriginPro 7.5. В качестве примера был выбран цех ультразвуковых установок на ОАО «Лианозовский электромеханический завод», в качестве контролируемого параметра была выбрана характеристика электромагнитного поля — напряженность электрического поля. Применение такого метода контроля позволяет получить псевдо-трехмерные поверхности (Рис. 4). Которые отражают интенсивность экологического показателя в каждой точке плоскости цеха.

Эти поверхности позволяют выявить пространственное расположение источников загрязнения окружающей среды. Наложение этих поверхностей на планировку цеха дает возможность определить потенциально опасные зоны, в которых нежелательно нахождение человека (рис. 5).

Рисунок 5 с достаточной степенью наглядности отражает реальную картину экологической обстановки в цеху ультразвуковых станков ОАО «Лианозовский электромеханический завод». Пики приходятся на два генератора ультразвуковых колебаний, отмечены красным цветом.

Рис 4. Трехмерная поверхность распределения электрического поля в цехе.

Рис 5. Наложение поверхности на планировку цеха.

Далее вдоль стены находится три ультразвуковых станка, которые отмечены на планировке зеленым цветом.

После установки новой системы заземления поле приняло следующий вид (Рисунок 6) Рис 6. Трехмерная поверхность распределения электрического поля в цехе после установки новой системы заземления.

По рисунку 4 и 6 наглядно видно изменение экологического показателя — напряженности электрического поля в лучшую сторону. На протяжение всего цеха экологический показатель – напряженность электрического поля не превышает предельно допустимый уровень.

Данная методика визуализированного контроля экологических показателей была успешно внедрена на ОАО «Лианозовский электромеханический завод».

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмов минимизации электромагнитных отходов при ультразвуковой обработке, показаны наиболее эффективные методы реализации алгоритмов управления, интерактивная система для принятия решения по минимизации электромагнитных отходов при ультразвуковой обработке.

Разработанный алгоритм управляет частотой и мощностью ультразвуковых колебаний инструмента и его подачей. Структурная схема алгоритма представлена на рис. 7.

Выбор варианта управления Воздействие на окружающую среду Изменение мощности УЗ колебаний Мониторинг ЭМИ Изменение Окончательное частоты УЗ решение Определение колебаний Определение уровня уровня для цеха для УЗ установки Изменение подачи Уровень < ПДУ Рис. 7 Алгоритм выбора варианта управления.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.