Siekiant išspręsti apdirbimo problemas, susijusias su silpnu rūdos poveržlės plonasienio būgno tvirtumu-ypač jo jautrumu deformacijai ir trūkinėjimui suspaudimo ir apdirbimo metu, o tai kenkia paviršiaus kokybei, -baigtinių elementų analizė buvo naudojama siekiant optimizuoti racionalaus, efektyvaus palaikymo{{3} konstrukciją. Ši iniciatyva pagerino plonasienių būgno-gamybos procesą, padidino apdirbimo efektyvumą ir efektyviai sumažino gamybos sąnaudas.
01
Įvadas
Rūdos plovimo mašina yra gyvybiškai svarbi mineralų apdirbimo įranga, paprastai naudojama parengiamuoju etapu-prieš smulkinimą, magnetinį atskyrimą ir flotaciją-, norint iš rūdos išplauti molio gabalėlius ar žvyrą. Šiame projekte naudojama 2,1 m × 4,5 m rūdos poveržlė buvo suprojektuota ir pagaminta užsienio klientams. Jo konstrukciją sudaro keli pagrindiniai komponentai, įskaitant padavimo sekciją, būgno sekciją, pavaros mazgą, atraminio ritinėlio mazgą, traukos ritinėlio mazgą ir pavaros korpusą; pats būgnas yra pagrindinė mašinos dalis. Pagrindinė šio būgno konstrukcinė charakteristika yra plona sienelė, kurios storis yra tik 12 mm, todėl jis klasifikuojamas kaip plonasienis, mažo tvirtumo būgnas, palyginti su standartiniais būgno{13} tipo komponentais. Pagrindinis iššūkis apdirbant tokius mažo{15}standžio būgnus yra jų standumo stoka, todėl deformacijos kontrolė yra labai svarbi [1, 2]. Suspaudimo ir apdirbimo metu būgnas yra linkęs burbuliuoti, todėl gali atsirasti matmenų ir geometrinių tolerancijos nuokrypių [3] ir pablogėti paviršiaus kokybė. Be to, yra neatitikimų tarp būgno būsenos apdirbimo metu ir jo būsenos tikrojo veikimo metu: nors suspaudimas apima galų tvirtinimą, būgnas yra palaikomas dviem važiuojančiais žiedais (padangomis).
Įprasti mažo{0}standžio būgnų apdirbimo sprendimai yra skirti standumui didinti, kad būtų sumažinta deformacija, kurią sukelia mašinos suspaudimo ir pjovimo jėgos. Mūsų įmonė anksčiau gamino panašios konstrukcijos rūdos poveržlę 1995 m.; tačiau dėl to meto technologinių apribojimų plonasienio būgno standumo analizė daugiausia rėmėsi ankstesne patirtimi ir apsiribojo kokybiniu vertinimu. Tuo metu proceso planas apėmė atraminio tvirtinimo sukūrimą, kad sustiprintų būgno standumą; Šiame įtaise buvo panaudota spaustuva{5}}panaši konstrukcija, pritvirtinta aplink išorinį perimetrą abiejuose būgno galuose, papildyta ašinėmis atramomis, pritvirtintomis prie vidinės sienos. Šių įrankių pagalba buvo padidintas cilindro standumas, todėl apdirbimo ir gamybos procesas buvo sėkmingai užbaigtas. Tačiau įrankiai svėrė 2 035 kg{10}}beveik tiek pat, kiek ir pats rūdos plovimo cilindras (2 813 kg),{13}}todėl prastas ekonominis efektyvumas.
02
Plonasienio{0}}rūdos plovimo cilindro konstrukcija
Cilindras yra pagrindinis rūdos poveržlės mazgo komponentas, turintis integruotą suvirintą konstrukciją, kurioje cilindro sienelė privirinama prie galinių dangtelių. Dviejų galų vidinės briaunelės struktūros skiriasi: padavimo galas turi didesnę angą, didesnį briaunų skaičių ir santykinai sudėtingą struktūrą; išleidimo galas turi mažesnę angą, mažiau briaunų ir paprastesnę struktūrą. Cilindro sienelė pagaminta iš Q345B plieno, kurio storis 12 mm, maksimalus išorinis skersmuo – 2124 mm, ilgis – 4819 mm, o vidinis skersmuo – 2100 mm; jis sveria 2 813 kg. Sritys, kurias reikia apdirbti, apima du išorinius cilindrinius paviršius (1 išorinis skersmuo ir 2 išorinis skersmuo), kurie jungiasi su važiuojančiais žiedais, taip pat flanšo paviršius padavimo gale (žr. 1 pav.). 1 ir 2 išorinių skersmenų matmenys yra Φ2 124 mm, statmena galiniam paviršiui 0,025 mm, koaksialumas Φ0,15 mm, o paviršiaus šiurkštumas Ra=3.2 μm.
1 pav. 3D cilindro modelis
03
Atraminių įrankių schemos optimizavimas plonasienei rūdos plovimo cilindrui{0}}
3.1 Cilindro įrankių schemos techninis požiūris
„Autodesk Inventor“ programinė įranga buvo naudojama cilindro baigtinių elementų analizei (FEA) atlikti, siekiant visapusiškai įvertinti jo standumą. Deformacijos modeliavimas buvo atliktas atsižvelgiant į cilindro savaiminio-svorio būseną ir būseną, kurioje jis yra prispaustas prie staklių. Remiantis deformacijų analizės rezultatais, buvo sudarytas gamybos proceso planas, optimizuota įrankių struktūra, sukurtas naujas cilindro atramos įrankių dizainas.
3.2 Cilindro baigtinių elementų kietųjų elementų modeliavimas
3D modelis buvo sukurtas naudojant „vidaus-išorės“ metodą, pagrįstą cilindro struktūrine konfigūracija. Modeliavimo metu buvo supaprastinta cilindro konstrukcija ir padarytos šios prielaidos:
1) Abiejuose cilindro galuose esančios atraminės dalys yra pakankamai tvirtos.
2) Neatsižvelgiama į tokius defektus kaip nepilnas sulydimas ar įtrūkimai cilindro suvirinimo siūlėse. 3) Neatsižvelgiama į medžiagų savybių pokyčius ties cilindro suvirinimo siūlėmis; daroma prielaida, kad suvirinimo medžiaga yra identiška pagrindinei medžiagai [4, 5].
3.3 Apkrovos apskaičiavimas ir ribinės sąlygos nustatymas
Skaičiavimo metu cilindrą veikiančios išorinės apkrovos pirmiausia susideda iš dviejų komponentų: paties cilindro konstrukcinio svorio ir staklių centro veikiamos suspaudimo jėgos. Remiantis komponentų parametrais ir staklių specifikacijomis-ir pasižiūrėjus į staklių vadovą-, centro suspaudimo jėga buvo nustatyta 20 kN.
Remiantis cilindrinių komponentų gamybos patirtimi, pjovimo gylis apdirbant yra minimalus, o pjovimo jėgų poveikis yra nereikšmingas; todėl pjovimo jėgų įtaka cilindro deformacijai neanalizuojama. Remiantis šia išsamia analize, cilindro ribinės sąlygos ir apkrovos nustatymai nustatomi taip:
(1) Cilindrų apkrovos: svarstomi du apkrovos atvejai. Pirma, statinėje būsenoje atsižvelgiama tik į paties cilindro svorį. Antra, kai mašina-prispausta, atsižvelgiama į suspaudimo jėgą nuo staklių centro ir sugriebimo jėgą iš griebtuvo nasrų; į visas kitas apkrovas neatsižvelgiama.
(2) Kraštinės sąlygos: esant statinei būsenai, vertikalus poslinkis abiejuose cilindro galuose yra apribotas, o ašinis poslinkis paliekamas laisvai apskaičiuoti cilindro savaiminę -deformaciją. Mašinos-užspaudimo būsenoje ašinis ir radialinis poslinkis yra apribotas viename gale, o vertikalus poslinkis yra apribotas, o radialinis judėjimas paliekamas laisvas kitame gale, imituojant apkrovos sąlygas, kai jis yra prispaustas staklėje.
3.4 Cilindro deformacijos baigtinių elementų analizė
(1) Deformacija statinėje būsenoje: cilindrui taikoma gravitacija, o baigtinių elementų analizė naudojama deformacijai išilgai X, Y ir Z ašių apskaičiuoti; detalės parodytos 2–4 paveiksluose.
Vaizdas
2 pav. Cilindro deformacija išilgai X-ašies statinėje būsenoje
Vaizdas
3 pav. Cilindro deformacija išilgai Y-ašies statinėje būsenoje
Vaizdas
4 pav. Cilindro deformacija išilgai Z-ašies statinėje būsenoje
(2) Įrenginio deformacija-prispaustoje būsenoje: cilindrui taikomos ašinės ir radialinės apkrovos, o baigtinių elementų analizė naudojama apskaičiuojant deformaciją išilgai X, Y ir Z ašių, kai jis yra įspaustas staklėje; detalės parodytos 5–7 paveiksluose
5 pav. Cilindro deformacija išilgai X-ašies, kai jis yra suspaustas
Paveikslas
6 pav. Cilindro deformacija išilgai Y-ašies, kai jis yra suspaustas
Paveikslas
7 pav. Cilindro deformacija išilgai Z-ašies, kai jis yra suspaustas
Baigtinių elementų analizės rezultatai cilindro modeliui-tiek jo statinėje būsenoje, tiek apdirbant suspaustą būseną-pateikti 1 lentelėje.
1 lentelė. Baliono baigtinių elementų analizės rezultatai skirtingomis sąlygomis (vienetas: mm)
Paveikslas
Duomenų analizė, palyginimas ir tyrimas leido padaryti tokias išvadas: cilindras minimaliai deformuojasi esant statinei būsenai, o apdirbimo spaustuve metu abiejuose cilindro galuose susidaro reikšminga lokalizuota deformacija.
04
Palaikymo įrankių schema ir plonasienio rūdos plovimo cilindro{0}}patikrinimo procesas
4.1 Optimizuota įrankių schema
Remiantis mažomis{0}}cilindro standumo savybėmis, buvo sukurta nauja atraminių įrankių schema (žr. 8 ir 9 pav.). Šią įrankių schemą sudaro keturių žiedinių atramų rinkinys, sumontuotas mažiau standžiose cilindro vidinės sienelės dalyse. Žiedinių atramų išorinis skersmuo reguliuojamas, kad būtų lengviau montuoti, o įrankiai sveria 150 kg. Kiekviena žiedinė atrama sudaryta iš trijų lanko -formos plokščių segmentų, jungiamųjų plokščių, varžtų tvirtinimo detalių ir pleištų. Gretimi lanko segmentai sujungiami varžtais; išorinį skersmenį galima reguliuoti vietoje, keičiant atstumą tarp sujungimo angų. Sureguliuotas agregatas priveržiamas pleištais ir visiškai pritvirtinamas varžtais.
Paveikslas
8 pav. Cilindro atramos įrankiai
Paveikslas
9 pav. Cilindro atraminių įrankių montavimo schema
1-Stinklinė plokštė 2-Mašinos įrankio galinės atramos galas 3-Pakabos centras
4 - Žiediniai atraminiai įrankiai 5 - Darbiniai elementai 6 - Griebtuvo žandikaulis 7 - Mašinos įrankio galvutės galas
Siekiant užtikrinti, kad plonasienis rūdos plovimo cilindras apdirbant nesideformuotų, reikia imtis šių priemonių:
1) Suvirinant cilindro ruošinį, prie cilindro vidinės sienelės privirinami žiediniai atraminiai įrankiai; po suvirinimo proceso, cilindras-kartu su žiedinėmis atramomis-atkaitinamas įtempius- krosnyje. Kadangi žiedinė atrama prieš atkaitinimą yra privirinama prie cilindro korpuso, padidėja būdingas cilindro standumas, taip užkertant kelią deformacijai atkaitinimo įtempio atkaitinimo proceso metu.
2) Ant griebtuvo galinėje dalyje buvo sumontuotos keturios atraminės plokštės, kad būtų palaikomas cilindro galinis paviršius, užtikrinant, kad suspaudimo žandikauliai sugriebtų cilindro išorinį paviršių reikiamoje vietoje. Žiedinių atraminių tvirtinimo elementų rinkinys buvo sumontuotas ant vidinės sienos tiesiai prieš sąlyčio taškus tarp suspaudimo nasrų ir cilindro išorinio paviršiaus, kad būtų išvengta deformacijos, kurią sukelia suspaudimo jėga. Buvo sukurtas proceso blokas, skirtas sąsajai tarp ruošinio ir galinės dalies centro; šio bloko projektavimo reikalavimai buvo tokie, kad jo išoriniai matmenys turi atitikti centrinės skylės apdirbimą, o pati centrinė skylė turėjo būti nurodyta pagal staklių centro kampą ir ruošinio masę.
4.2 Patvirtinimo procesas
Įgyvendinus minėtas proceso priemones, cilindrą prispaudus prie staklių buvo atliktas bandomasis apdirbimas. Cilindro išbėgimui patikrinti buvo naudojami ciferblato indikatoriai; nustatyta, kad išlyginimo tikslumas yra mažesnis nei 1 mm, visiškai atitinkantis apdirbimo plano reikalavimus. Šis išlyginimo tikslumas iš esmės atitiko suvirinto cilindro ruošinio tikslumą, patvirtindamas, kad deformacija suspaudimo proceso metu buvo minimali. Cilindro apdirbimo procesas ir gatavas komponentas parodyti 10–12 paveiksluose.
Vaizdai
10 pav. Grubus ir galutinis cilindro apdirbimas
11 pav. Proceso blokas sąsajoje su staklių centru
12 pav. Baigtas cilindras
Pritaikius optimizuotą cilindro atramos įrankių schemą, buvo sėkmingai pagamintas{0}}plonasienis rūdos poveržlei skirtas cilindras. Patikrinimas patvirtino, kad visi tikslumo parametrai atitinka brėžinio specifikacijas. Optimizuota atramos schema buvo patvirtinta praktikoje, kuri taip pat patvirtino baliono baigtinių elementų analizės (FEA) rezultatų tikslumą.
05
Išvada
Atliekant baigtinių elementų analizę, rūdos poveržlės plonasienio -sienio cilindro standumo analizė buvo pakeista iš empirinio, kokybinio požiūrio į kiekybinį. Taip efektyviai pagerinta gamybos proceso dizaino kokybė ir sukurtas optimizuotas palaikymo įrankių sprendimas, kuris yra racionalus, ekonomiškas ir efektyvus. Praktinis patikrinimas rodo, kad šis metodas veiksmingai sumažina perdirbimo išlaidas ir sutrumpina gamybos ciklus; jis suteikia mokslinį pagrindą panašių gaminių gamybai ir yra vertinga kitų panašių prekių nuoroda.
