Методы проектирования систем применения смазочно-охлаждающих жидкостей на операциях шлифования. Математическая модель процесса очистки СОЖ от механических примесей в фильтрах и баках-отстойниках. Исследование движения жидкости и механических примесей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в механообрабатывающих производствах определяется не только оптимальным компонентным составом СОЖ, но и рациональной организацией систем ее эксплуатации вспомогательными службами цехов и заводов машиностроительных отраслей. Ни одно машиностроительное предприятие не обходится без службы СОЖ, выполняющей соответствующие процессно-аппаратурные функции приготовления и активации рабочих растворов, подготовки оборудования, систем циркуляции, транспортирования, очистки, регенерации, утилизации и обезвреживания отработанных жидкостей.

Проектирование службы СОЖ невозможно без научного обоснования процессов, связанных с эксплуатацией жидкости. Однако значение СОЖ и рациональной организации систем их применения до сих пор еще часто недооценивается. В теории резания превалирует механогеометрический подход, поэтому следует развивать физико-химические представления о процессах составляющих резание. В основных отделениях заводской службы по эксплуатации СОЖ осуществляются физико-химические, гидромеханические и массообменные процессы, широко используемые в химической технологии, а аппараты и оборудование, в которых они реализуются, - в химических производствах. Поэтому научное обоснование повышения эффективности систем эксплуатации СОЖ и оптимизации технологических процессов, протекающих в них должно базироваться на системном анализе физико-химических и химико-технологических основ конкретных процессов и аппаратов для функционирования СОЖ, в которых учтена специфика механообрабатывающих производств. Такой подход необходимо использовать при разработке методов и моделей для автоматизированного проектирования систем эксплуатации СОЖ.

Выбор СОЖ и рациональная организация систем их эксплуатации - часть проектирования общей системы резания. Создание гибких автоматизированных производств (ГАП), роботизация и внедрение безлюдной технологии выдвигают новые требования к структуре систем эксплуатации СОЖ и методам их проектирования. Для ускорения проектных работ используют САПР. Использование ЭВМ обусловливает изменение традиционного подхода к процессу проектирования систем эксплуатации СОЖ. Так, необходимо осуществить математическую формулировку задач и построение математических моделей отдельных стадий и процессов эксплуатации СОЖ, а также моделей, описывающих интерактивные взаимодействия между ними. Для автоматизации проектирования службы СОЖ необходима разработка соответствующего программно-математического обеспечения (ПМО), включающего алгоритмы, программы и т. д. Математические модели отдельных стадий и процессов эксплуатации СОЖ являются основой построения САПР-СОЖ. Особенно возрастает роль, САПР-СОЖ при проектировании ГПС, когда необходимо соблюдение принципа системного подхода к проектированию различных подсистем ГПС, в т. ч. и вспомогательных, к которым относится система применения СОЖ. В этом случае САПР-СОЖ является одной из подсистем САПР ГПС.

В этой работе сделана попытка решить проблему проектирования систем применения СОЖ, применив ЭВМ и систему ANSYS, что позволило сократить время расчета систем применения и перебрать большое количество комбинаций, что очень облегчает проектирование систем применения в производстве и позволяет получить зависимость шероховатости изделия от любого параметра системы.

Проведены исследования системы применения СОЖ, с помощью полученных математических моделей. Получены результаты, которые позволяют давать рекомендации при разработке систем применения, а именно какие размеры должны быть у бака, трубопровода, какой насос и фильтр должны находиться в системе, как они должны быть расположены, какой расход СОЖ выбрать, чтобы получить нужную нам шероховатость изделия и чтобы примеси в системе осели в баке, а не в трубопроводе.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СОЖ НА ОПЕРАЦИЯХ ШЛИФОВАНИЯ

Выбор типа системы эксплуатации СОЖ и ее проектирование зависят от конкретных условий производства и экономических расчетов эффективности применения систем.

Системы применения СОЖ разделяют на индивидуальные, групповые и централизованные. Индивидуальные системы обеспечивают возможность быстрого перехода на эксплуатацию новой СОЖ и перепланировки оборудования. Групповые и централизованные системы эффективны в условиях серийного и массового производства и допускают возможность полной автоматизации и применения безотходной и малоотходной технологии [6].

Наиболее перспективны групповые и централизованные системы, т. к. именно в них возможна полная автоматизация выполнения основных операций и управления ими. Централизованные системы представляют собой сложные комплексы, обеспечивающие решение всей совокупности задач рациональной эксплуатации СОЖ.

Решение вопроса организации систем применение СОЖ осуществляется в три этапа:

1)выбор номенклатуры и составов СОЖ;

2)проектирование, изготовление и эксплуатация технических средств;

3)организация систем контроля и управления процессом использования СОЖ.

К техническим средствам применения СОЖ относятся устройства для приготовления, очистки, регенерации и обезвреживание отработанных растворов, устройства для подачи СОЖ к оборудованию и в зону резания, насосы, трубопроводы, емкости для хранения и т. д. Проектирование систем применения СОЖ сводится, в основном, к выбору перечисленных технических средств и определению их конструктивных параметров.

При проектировании централизованных систем подачи СОЖ главной задачей является выбор основных параметров: количества циркулирующей СОЖ (производительности системы), сечения трубопроводов, мощности насосов, емкости резервуаров, числа фильтров и т. п. Оценка этих параметров проводится, как правило, по эмпирическим данным.

Для управления смазочным хозяйством, включающим службу СОЖ, рекомендуется использовать ЭВМ.

Следует отметить, что пока еще отсутствуют специализированные предприятия по выпуску оборудования для эксплуатации СОЖ, а в разрабатываемых проектах велик удельный вес нестандартного оборудования. Отсутствуют общие методические подходы к синтезу оптимальной структуры систем применения СОЖ, выбору и компоновке оборудования в автоматизированных комплексных системах, нахождению оптимальных режимов их работы конструкционных параметров. Не разработаны научные основы автоматизированного проектирования систем эксплуатации СОЖ с использованием ЭВМ.

Недостаточно широкое распространение автоматизированных систем эксплуатации СОЖ объясняется отсутствием соответствующего серийного оборудования, а также использованием традиционных, ручных методов проектирования, позволяющих выбирать лишь ограниченное число вариантов схем и оборудования.

Расширение выпуска гибких производственных модулей (ГПМ) и систем (ГПС), работающих в условиях ГАП и безлюдной технологии, выдвигает новые требования к решению вопросов проектирования систем эксплуатации СОЖ, в частности автоматизации процессов проектирования и эксплуатации СОЖ.

1.1 Методические подходы для автоматизированного проектирования систем применения СОЖ

В настоящее время наблюдается сближение процессов проектирования и производства различных изделий на базе создания единой интегрированной системы, предусматривающей автоматизацию процессов проектирования и производства и получившей название системы CAD/CАM . В таких системах осуществляется интеграция автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), проектирования (САПР), технологической подготовки производства (АСТПП), контроля (САК), управления (АСУ), производства (ГАП) на основе единой информационной базы данных (БД).

В интегрированной системе, описанной в работе , выбор системы СОЖ и ее проектирование осуществляются с помощью АСНИ и САПР путем предоставления необходимой информации из БД.

1.2 Основы проектирования систем применения СОЖ с помощью ЭВМ

Проектирование системы эксплуатации СОЖ начинается с выбора номенклатуры и состава жидкостей и проведения теоретических и экспериментальных исследований особенностей технологических процессов их эксплуатации.

Процесс проектирования включает две взаимосвязанные стадии - технологическое и конструкционное проектирование. Цель технологического (функционального) проектирования - разработка оптимальной технологической схемы функционирования СОЖ, определение оптимальных технологических параметров оборудования и технических средств применения СОЖ, a также выбор оптимальных технологических режимов, обеспечивающих повышение эффективности системы эксплуатации СОЖ. Кроме того, на стадии технологического проектирования разрабатываются принципы автоматизированной информационно-измерительной системы управления и аналитического контроля эксплуатации СОЖ.

Основные задачи конструкционного проектирования системы эксплуатации СОЖ: выбор оптимального объемно-планировочного решения (компоновки); выбор технологического оборудования; разработка технологических трубопроводов для подачи СОЖ в зону резания, удаления отработанных составов и циркуляции в остальном оборудовании.

При переходе к процессу автоматизированного проектирования систем эксплуатации СОЖ решение перечисленных задач осуществляется с помощью ЭВМ. При этом процесс проектирования рассматривается в виде системы сбора и переработки входной научно-технической информации в выходную информацию на осн...