Повышение эффективности управления автоматизированной обработки торцов пружин подвижного состава железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Платов Сергей Александрович

• Платов Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Платов Сергей Александрович

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Обзор, информационная оценка, актуальность работы

1.2. Краткие сведения о процессе изготовления пружин

1.3. Методы навивки и способы обработки торцов пружин

1.4. Автоматизированное производство и цикл обработки торцов пружин методом плазменной резки

1.5. Выводы по первой главе

Глава 2. Исследование процесса обработки торцов пружин и разработка методов увеличения производительности и повышения качества

2.1. Увеличение производительности автоматизированного производства

2.2. Имитационное моделирование работы автоматизированного производства

2.2.1. Обзор и выбор программного обеспечения для проведения имитационного моделирования работы автоматизированного производства

2.2.2. Имитационное моделирование существующего и усовершенствованного процессов обработки торцов пружин

2.2.3. Разработка имитационных моделей автоматизированного производства, существующего и усовершенствованного

2.3. Повышение качества обрабатываемых деталей в условиях автоматизированного производства

2.3.1. Адаптивный процесс обработки торцов пружин

2.3.2. Математическая модель траектории движения пружины в процессе обработки

2.4. Выводы по второй главе

Глава 3. Экспериментальное исследование адаптивного процесса обработки торцов пружин

3.1. Поиск функции определения параметров процесса плазменной резки

3.2. Экспериментальное исследование модели расчета траектории перемещения пружины в процессе обработки

3.3. Исследование геометрических характеристик торцов пружин

3.4. Экспериментальное исследование адаптивного управления процесса обработки торцов пружин

3.5. Выводы по третьей главе

Глава 4. Практическое применение полученных результатов исследований

4.1 Техническое предложение на разработку автоматизированного производства

4.2 Разработка требований к автоматизированной системе управления усовершенствованного автоматизированного производства

4.2.1 Состав АСУ автоматизированного производства

4.2.2 Структурная схема аппаратной части АСУ

4.3. Особенности человеко-машинного интерфейса для управления автоматизированного производства

4.4. Разработка предложений по аппаратно-программному обеспечению АСУ автоматизированного производства

4.5. Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические характеристики робота Kawasaki FS20N

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Матрицы планирования экспериментов №2-№4

ПРИЛОЖЕНИЕ В Измерительная установка

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Состав оборудования АСУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Типы сигналов АСУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акты внедрения результатов диссертационного исследования

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Патент на изобретение

Введение

Транспортная инфраструктура является одной из важнейших частей экономики России. Отдельную нишу занимает железнодорожная отрасль, основной составляющей которой являются грузовые и пассажирские перевозки.

Ежегодное увеличение объемов грузопассажирских перевозок, а также общая глобализация рынка предопределяют причины создания новых инновационных грузовых и пассажирских вагонов - с повышенной грузоподъёмностью, увеличенной скоростью передвижения, расширенного температурного диапазона работы и более длительным сроком эксплуатации, что в свою очередь предъявляет дополнительные требования к качеству изготовления деталей и элементов подвижного состава, одним из которых является пружина [25].

Пружина - упругий элемент, назначение которого накопление или поглощение энергии [4,13]. Современный железнодорожный вагон может содержать до 80 крупногабаритных пружин. Востребованность изделий данного типа в среднем составляет до 20000 вагонокомлектов пружин в год, что составляет до 1600000 пружин, следовательно, автоматизация процесса изготовления, в том числе с применением роботов, является актуальной задачей, решение которой позволит увеличить эффективность существующих производств, несет экономические выгоды, минимизировать или полностью исключить человеческий труд, особенно на монотонных ручных операциях, а также организовать непрерывный процесс работы [41,55].

На современном предприятии по изготовлению цилиндрических пружин [52] одну из технологических операций - обработка торцов пружин обеспечивает автоматизированное производство, включающее в себя промышленный робот манипулятор [11,14], комплекс оборудования плазменной резки, поворотный стол, оснастка и другие компоненты. Назначение данной операции - обработка торцов пружин методом плазменной резки с последующей обработкой на шлифовальном оборудовании. Это необходимо для обеспечения надежного

прилегания опорных поверхностей пружины к рабочим элементов конструкции машин, передающих усилие на нее, что является одним из важных факторов долговечной работы машин и механизмов.

В результате анализа существующего процесса обработки торцов пружин, установлена возможность увеличения производительности

автоматизированного производства путем его автоматизации. Выявлен ряд факторов, оказывающих негативное влияние на процесс обработки торцов пружин, исключение которых обеспечит повышение качества обрабатываемых пружин, на данной технологической операции.

Таким образом, целью исследования является увеличение производительности автоматизированного производства обработки торцов пружин методом плазменной резки и повышение качества обрабатываемых изделий. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующего процесса обработки торцов пружин ЖД сегмента с целью выявления факторов, способствующих возникновению дефектов на обработанных изделиях и определении методов повышения эффективности автоматизированного производства;

2. Разработать усовершенствованный автоматизированный процесс обработки торцов пружин с применением адаптивного управления на основе зависимости качества обработанных изделий от технологических параметров процесса плазменной резки, обеспечивающий повышение качества обрабатываемых изделий;

3. Разработать техническое предложение на создание усовершенствованной автоматизированной системы управления обработкой торцов пружин с целью увеличения производительности и повышения качества управления процессом.

4. Провести экспериментальные исследования по автоматизированной обработке торцов пружин и на основе полученных результатов проверить

теоретические положения и определить зависимость качества обработанных изделий от технологических параметров процесса плазменной резки.

Область исследования. Диссертационная работа соответствует формуле научной специальности 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки) в соответствии с п. 1. автоматизация производства заготовок, изготовления деталей и сборки, п. 4. теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация.

Объект исследования: автоматизированное производство обработки торцов пружин методом плазменной резки.

Предмет исследования: процесс обработки торцов пружин методом плазменной резки.

Научная новизна работы заключается в:

- разработанной математической модели, обеспечивающей расчет координат точек, образующих траекторию перемещения обрабатываемой пружины относительно режущего инструмента, отличающейся тем, что учитываются индивидуальные особенности объекта обработки - диаметр, высота, положение опорных витков пружины;

- разработанном алгоритме управления автоматизированной обработки торцов пружин с учетом отклонения в пределах допуска исходной заготовки геометрических размеров и оперативным контролем продукции, отличающемся тем, что автоматически учитывается индивидуально для каждой пружины обработка торцов пружин методом плазменной резки;

- разработанной методике поиска функции расчета технологических параметров процесса плазменной резки при автоматизированной обработке пружинной стали круглого сечения, не имеющая аналогов, и позволяющая на основе проведения экспериментального исследования получить значения данных технологических параметров.

Практической ценностью обладают следующие результаты:

- разработанный технологический процесс обработки торцов пружин, обеспечивающий увеличение производительности и повышение качества обработки изделий, что подтверждено результатами имитационного моделирования и проведенного экспериментального исследования по обработке торцов пружин;

- техническое предложение на создание автоматизированного производства, обеспечивающее увеличение производительности более чем в 2 раза;

- изготовленный экспериментальный образец автоматизированной системы управления (АСУ), с помощью которого была проведена апробация работы алгоритмов управления процессом плазменной резки созданных на основе разработанных математических моделей, а также экспериментальное исследование по уточнению параметров процесса плазменной резки для прутков их пружинной стали.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель адаптивного процесса обработки торца пружины, обеспечивающая расчет значений координат точек, образующих траекторию её перемещения при обработке, и технологических параметров процесса плазменной резки в режиме реального времени с учетом геометрических характеристики обрабатываемого изделия. Работоспособность модели проверена экспериментально, при этом отмечено уменьшение допуска на последующую обработку (операция «Шлифование») в 1,5-3 раза меньше, чем при использовании существующего процесса (соответствует п.4. Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др.);

2. Структурная модель и техническое предложение на создание автоматизированной системы управления производством, позволяющая реализовать усовершенствованный процесс обработки торцов пружин методом плазменной резки, в обеспечение увеличения производительности и повышения

качества обрабатываемых изделий, подтвержденных полученными результаты имитационного моделирования работы автоматизированного производства с применением робота-манипулятора (соответствует п.1. Автоматизация производства заготовок, изготовления деталей и сборки);

3. Методика расчета технологических параметров процесса плазменной резки при автоматизированной обработке пружинной стали круглого сечения, обеспечивающая для выполнение предъявляемых требований по качеству и производительности обработки. Проведена апробация данной методики для прутка диаметром 25 мм из пружинной стали и получены положительные результаты (соответствует п.1. Автоматизация производства заготовок, изготовления деталей и сборки).

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием традиционных методов математического анализа, линейной алгебры, классических методов теории управления и подтверждается согласованностью теоретических выводов с результатами, полученными при моделировании и путем экспериментальных исследований, а также положительным опытом внедрения, что не противоречит результатам, полученным ранее другими авторами

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: II Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием "Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке", 2013 год, Ижевск, 23rdInternational Conference in Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, 2014, Smolenice Castle, Slovakia, III Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием, "Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке", 2015 год, Ижевск, 25rd International Conference in Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, 2016, Belgrade, Serbia.

Публикации. По тематике диссертации автором опубликовано 10 печатных трудов, из них 5 работ опубликовано в журналах из перечня ВАК РФ,

2 работы представлены на Российских конференциях и 2 работы на Международных, из перечня SCOPUS. Получен 1 патент на изобретение.

Структура и объём работы.

Диссертация общим объемом 118 страниц состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка сокращений, списка использованных источников из 102 наименований и 5 приложений. Основной текст изложен на 107 страницах, включает 21 рисунок и 15 таблиц.

Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задач

исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности управления автоматизированной обработки торцов пружин подвижного состава железнодорожного транспорта»

1.1.Обзор, информационная оценка, актуальность работы

Пружины являются распространенным деталями общего назначения. В зависимости от конструкций и качества изготовления пружин зависит работоспособность и долговечность различных машин и механизмов там, где они применяются.

Пружины имеют широкий спектр по назначению, но в основном их применяют:

- для создания заданных постоянных сил - начального сжатия или натяжения в передачах трением, фрикционных муфтах, тормозах, предохранительных устройствах, подшипниках; а также для уравновешивания сил тяжести и других сил [12,17,30];

- для силового замыкания кинематических пар, в основном в кулачковых, чтобы исключить влияние зазоров на точность перемещений или упростить конструкции [12,33,34,40];

- для виброизоляции в транспортных машинах - автомобилях, вагонах, в приборах, в виброизоляционных опорах машин и т. д. Механизм виброизоляции удобно наблюдать, например, при езде автомобиля; колеса автомобиля, следуя за рельефом дороги, совершают резкие колебания, которые почти не передаются кузову автомобиля [12,33,34];

- для восприятия энергии удара - буферные пружины, применяемые в подвижном железнодорожном составе, артиллерийских орудиях и т. д. Благодаря упругим элементам, энергия удара поглощается на больших перемещениях, и сила удара соответственно уменьшается. Буферные и виброизоляционные пружины в отличие от предыдущих аккумулируют не полезную, а вредную для работы машины энергию [12,33,34,40,23,24];

В качестве примера применения пружин данного назначения можно привести пружины, используемые в составе железнодорожной колесной пары и рассмотренные в экспериментальной части представленного диссертационного исследования.

12 Э 4

Рисунок 1.1-Тележка вагонная: 1- колесная пара; 2- боковая рама; 3- над рессорная балка; 4- пружины подвешивания; 5- тормозной башмак

Условия эксплуатации пружин рассмотрим на примере грузовых вагонов. В них применяют тележки (см. рисунок 1.1) с одним рессорным подвешиванием, т.е. с одной системой упругих элементов, передающих нагрузку колесным парам от кузова вагона. В таких системах пружины располагают между боковой рамой тележки и над рессорной балкой [12,49]. Статическая деформация пружин в вертикальном направлении осуществляется в пределах свободной высоты, соответствующей статической нагрузке веса кузова [12,49]. Во время движения вагона колебания обрессоренных частей происходят относительно статического положения пружин, при этом ограничения на полное сжатие отсутствуют, т.е. возможно сжатие до соприкосновения витков [12,49,50]. Горизонтальные боковые перемещения кузова вагона происходят в пределах деформации пружин в поперечном направлении. Поперечные деформации пружин ограниченны конструктивно и в наиболее распространенных тележках не превышает 10 мм. Деформация пружин в горизонтальном продольном направлении практически отсутствует.

Таким образом, в системе одинарного рессорного подвешивания пружины тележки грузового вагона опираются на ее боковую раму, получают нагрузку от надрессорной балки, деформируясь в указанных пределах. Возможны некоторые взаимные перекосы плоскостей пружин при соответствующих смещениях надрессорной балки. Вертикальные и горизонтальные колебания пружин под воздействием случайных неровностей пути, по которому катится колесо, зависят от параметров вагона как динамической системы. Указанные процессы колебаний и определяют режим нагруженности пружин, который необходимо учитывать при их расчете на прочность [4,14,92,97]. В соответствии с требованиями стандарта, циклическая долговечность пружин подвижного состава должна обеспечивать срок их службы не менее 16 лет. Контроль циклической долговечности является обязательным для данных изделий при периодических испытаниях [5].

Тяжелые условия работы пружин [50,90,93] требуют поиска и постоянного совершенствования технологии производства с целью повышения их служебных свойств.

1.2.Краткие сведения о процессе изготовления пружин

Изготовление цилиндрических винтовых пружин, на современном предприятии, производится по процессу производства (рисунок 1.2), включающий в себя технологические операции:

- контроль прутков из пружинной стали перед выдачей в производство;

- мерная резка прутков;

- нагрев, навивка и закалка;

- термический отпуск;

- обработка торцов;

- обжатие для снятия остаточной деформации;

- поверхностное упрочнение;

- контрольная проверка;

- окрашивание с последующей сушкой;

- сдача продукции на склад.

Контроль прутков

Л V

Мерная резка прутков

Нагрев, навивка и закалка пружины

Терми-

ческии Обжатие

отпуск

Обработка Обработка

методом методом

плазменной шлифова-

резки ния

Обработка торцов пружины

Поверхностное упрочнение

Сдача

Окраска, Л пси Л продукции

У сушка У У на склад

Рисунок 1.2- Схема процесса производства пружин

Пружинную сталь перед выдачей в производство выборочно контролируют по длине прутков (в случае поставки прутков требуемой длины), диаметру и состоянию поверхности и в случае необходимости проводиться не разрушающий контроль.

Мерная резка прутков из пружинной стали осуществляется на специализированном оборудовании требуемого назначения, обработка которых производится в холодном состоянии. Навивка пружины осуществляется методом горячей навивки (МГН), который состоит из следующей последовательности действий: нагрев прутка до температуры 1000 градусов, осуществляемый индукционным методом, навивка нагретого прутка на оправку, закалка пружины. Данный процесс обеспечивает специализированное оборудование, созданное коллективом сотрудников на современном предприятии по производству пружин. Следует отметить, что на данный способ изготовления пружин и на агрегат для его воплощения, получен патент на изобретение, одним из соавторов которого является автор данного диссертационного исследования. Обработка торцов пружин осуществляется в два этапа: 1. Обработка торцов методом плазменной резки;

2. Обработка торцов методом резки шлифованием (финишная обработка).

Термический отпуск изготовленных пружин осуществляется в термических печах. При этом используют печи проходного или тупикового типов. В качестве источника нагрева используют электрические тэны или газ. В процессе эксплуатации оборудования, автором отмечена высокая производительность печей проходного типа, которые имеют более стабильные характеристики заданного температурного режима относительно печей тупикового типа.

Поверхностное упрочнение пружин осуществляется с использованием специализированного оборудования - дробеметной установки. Данный процесс используется на протяжении более 80-ти лет и является стандартной технологической операцией.

Обжатие пружин осуществляется на специализированном оборудовании. Количество обжатий, метод (до заданного значения длины, до заданного значения усилия), а также значения параметров обжатий определяются нормативно - технической документацией (НТД) на изготавливаемое изделие.

Контрольная проверка изготовленной продукции осуществляется с использованием контрольно- измерительных приборов, инструментов, оснастки и приспособлений, отвечающих НТД и поверенных в соответствии с требуемыми интервалами поверки на каждую единицу. Поверка осуществляется на основании разработанных методик, утвержденных соответствующими службами предприятия в соответствии с заданными интервалами времени.

Окрашивание пружин осуществляется на линии порошковой окраски, в состав которой входят манипуляторы, обеспечивающие нанесение порошкового полимерного покрытия на поверхность пружины, и проходные печи, обеспечивающие полимеризацию покрытия. Перемещение пружин осуществляется на подвесах, по конвейеру. Изготовленная и проверенная продукция сдается на склад, откуда она потом отгружается потребителям.

В основном пружины изготавливаются по представленному технологическому процессу, но отдельно хотелось бы отметить различные

методы навивки пружины и обработки их торцов, которые представлены в следующем разделе.

1.3.Методы навивки и способы обработки торцов пружин

Существует два основных метода навивки цилиндрических пружин при их изготовлении из прутков круглого сечения. В случае применении прутка диаметром менее 16 мм, пружины изготавливают методом холодной навивки (МХН) на специальных навивочных станках без оправочным способом [6,35]. Второй метод горячей навивки (МГН) [68,69] применяют при использовании прутка большего диаметра. Сам процесс навивки осуществляется на оправку. Известны примеры изготовления пружин из прутка, диаметром 70 мм в России [52], а в мировой практике в Японии [66]. Для обеспечения данного метода изготовления пружин используются специальные навивочные станки.

На основании НТД на пружины, к её торцам предъявляются требования по обработке. Как было отмечено выше, выполнение этих требований необходимо для обеспечения надежного прилегания торцов пружины к рабочим поверхностям элементов конструкции механизмов. Существует несколько технологических решений в обеспечение данного требования нормативно-технической документации:

1. Использование вальцованных прутков [59]. Данная технология подразумевает использование в качестве исходной заготовки для навивки пружин, прутка с вальцованными (оттянутыми) концами, которые представляют из себя переход из круглого сечения в прямоугольное, уменьшающееся в сечении к торцам прутка (рисунок 1.3). Процесс оттяжки концов представляет следующую последовательность действий: нагрев концов прутка до температуры 1000±50Со и их формирование (в прямоугольное сечение) на молотах, кузнечных прессах или ковочных вальцах. Данный процесс представляет определенную сложность в части его автоматизации, и на

пружинных производствах чаще всего является ручной операцией либо с применением вспомогательного оборудования. Навивка пружины из вальцованного прутка также имеет сложности, а именно первый конец прутка должен быть ориентирован таким образом, чтобы широкая плоская его часть была перпендикулярна оси изготавливаемой пружины, а второй конец, его плоская часть, ориентирована относительно первого (в процессе вальцовки) таким образом, чтобы после навивки плоская часть была также перпендикулярна оси пружины.

Рисунок 1.3 - Пруток с вальцованными концами прутка

2. Резка торцов пружин шлифованием. Обработка пружины производиться после её навивки и закалки, на шлифовальных станках [96]. Принцип работы заключается в циклическом перемещении зафиксированных пружин, при помощи устройства подачи, относительно вращающегося шлифовального круга, (рисунок 1.4), при этом за один цикл происходит обработка торца пружины на толщину, заданную технологическими параметрами оборудования, в зависимости от режущего инструмента (шлифовальный круг) и материала, из которого изготовлена пружина. Количество циклов перемещения пружины определяется в зависимости от заданной толщины обрабатываемого торца. Данный метод является оптимальным для обработки пружин, изготовленных из прутка диаметром менее 14 мм. При обработке пружин из прутка большего диаметра повышается время обработки и увеличивается расход режущего инструмента.

/

Рисунок 1.4 - Упрощенное представление конструкции станка, обеспечивающего шлифование торцов пружин: 1 - станина; 2 - устройство подачи; 3 - призма для пружин с устройством фиксации; 4 - обрабатываемая пружина; 5 - шлифовальный круг

3. Резка торцов пружин методом гидроабразивной резки (рисунок 1.5). Данный метод представляет собой обработку требуемого материала водяной струей под высоким давлением, в которую включены абразивные частицы, а именно гранатовый песок заданной фракцией. В ходе проведенного эксперимента по резке пружинной стали методом гидроабразивной резки, были получены положительные результаты, при этом геометрические характеристики обработанной детали и шероховатость обработанных поверхностей, были сопоставимы с соответствующими характеристиками, полученными путем обработки торцов пружин методом шлифованием. Однако исходя из экономических расчетов, данный метод имеет значительные затраты и низкую производительность из расчета на единицу оборудования [44, 58].

Рисунок 1.5 - Инструмент гидроабразивной резки: 1 - канал подачи воды; 2 - канал подачи абразива; 3 - смесительная камера; 4 - канал подачи смеси воды с абразивом; 5 -

4. Резка торцов пружин методом плазменной резки. Плазма - это четвертое состояние вещества, имеющее температуру, измеряемую десятками тысяч градусов. Резка торцов пружин методом плазменной резки является еще одним из эффективных альтернативных способов обработки [3]. Принцип работы состоит в том, что образуется плазменная дуга в воздушном потоке формируемой режущим инструментом (рисунок 1.6), которой и осуществляется резка обрабатываемой детали.

Рисунок 1.6 - Режущий инструмент оборудования плазменной резки: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - плазменная струя; 3 - колпачок сопла; 4 - охладитель сопла; 5 - завихритель воздуха; 6 - охладитель катода; 7 - катод

обрабатываемая деталь

5 4 3

2 1

7 6

Основными преимуществами данного способа являются высокая скорость обработки, по сравнению с механическими видами обработки, а также качество поверхностей деталей после обработки, шероховатость которых может достигать Ra25 [7], но при этом необходимо учитывать зону термического влияния, которая образуется на обработанных поверхностях в процессе плазменной резки [1]. Толщина обрабатываемых материалов методом плазменной резки, может достигать 90 мм [76], что применительно к пружинам позволят обрабатывать изделия, изготовленные из прутков, максимальным диаметром 70 мм (нет информации о пружинах, изготовленных из прутков большего диаметра). Однако, для получения хороших результатов, в данном случае требуемых характеристик поверхностей торцов пружин, полученных в процессе обработки, необходимо обеспечить оптимальные параметры процесса плазменной резки в зависимости от геометрических характеристик и типа обрабатываемого материала, из которого изготовлена пружина. Следует отметить, что методом плазменной резки можно обрабатывать только металлические материалы.

На основании вышеизложенного, а также технико-экономических показателей представленных способов изготовления торцов пружин нужно отметить, что метод плазменной резки является одним из высокопроизводительных, и имеет низкую себестоимость способов. Также следует отметить, что данный способ может быть автоматизирован с наименьшими затратами, относительно вышеперечисленных.

1.4. Автоматизированное производство и цикл обработки торцов пружин методом плазменной резки

Автоматизированное производство (рисунок 1.7), созданное на основе функциональной схемы (рисунок 1.8), предназначено для обработки торцов

пружин по заданному процессу, (рисунок 1.9), изготовленных методом горячей навивки из прутков диаметром от 14 до 70 мм.

2 9 7 4 5 6 10 3 1

Рисунок 1.7 - Автоматизированное производство обработки торцов пружин: 1 -робот; 2 - оборудование плазменной резки; 3 - резак; 4 - зажимное устройство; 5 - поворотный стол; 6 - защитный экран; 7 - лазерный барьер; 8 - вентиляционная установка; 9 - шкаф управления

робота; 10 - обрабатываемая пружина; 11 - пульт

Рисунок 1.8 - Функциональная схема существующего автоматизированного производства обработки торцов пружин

Рисунок 1.9 - Схема процесса обработки торцов пружин

Основным компонентом автоматизированного производства является

промышленный робот 1 типа Kawasaki FS20N, функцией которого является

обеспечение перемещения режущего инструмента по траектории в зависимости

от типа обрабатываемой пружины 10. Другим, не менее важным компонентом

является оборудование плазменной резки типа Kjellberg HiFocus 360+ в составе:

силовая установка 2 и резак 3 (являющийся режущим инструментом),

обеспечивающее процесс плазменной резки. Базирование и фиксация

обрабатываемой пружины осуществляется в зажимном устройстве 4.

Поворотный стол оригинальной конструкции 5 с защитным экраном 6,

обеспечивает перемещение пружины в зону резки и обеспечивает пассивную

защиту от продуктов процесса плазменной резки. Обеспечение безопасной

работы, а именно - контроль присутствия человека в опасной зоне (зоне

обработки торцов пружин), осуществляется при помощи лазерного светового

барьера 7. Поддержание санитарно-гигиенических условий труда, а также

заданных технологических условий для функционирования технологического

процесса в производственных помещениях обеспечивает принудительная

вентиляция 8. Обеспечение процесса обработки торцов пружины, включающим

в себя управление вышеперечисленными компонентами по заданному алгоритму

и в соответствии с технологическими параметрами, а также его безопасной

работой, является основной функцией системы управления 9. Ручное управление

роботом, его программирование и осуществление визуального контроля за

22

выполнением программы, а также задания скорости обработки осуществляется при помощи пульта ручного управления 11.

Цикл обработки одного торца пружины, обеспечиваемый автоматизированным производством, представленным выше, состоит из нескольких этапов: в зоне загрузки-выгрузки пружина устанавливается в зажимное устройство, производится её ориентация при помощи механического упора и фиксируется. Следующим этапом осуществляется её перемещение в зону резки, при помощи поворотного стола. Далее следует обработка торца пружины режущим инструментом, перемещение которого, по заранее запрограммированной траектории движения производит робот. Завершающим этапом является перемещение пружины из зоны резки в зону погрузки-разгрузки также при помощи поворотного стола, где и осуществляется выгрузка обработанной пружины и загрузка необработанной, затем цикл повторяется. Длительность этапов работы комплекса, составляющих полный цикл обработки пружины типа 006, представлена на диаграмме (рисунок 1.10).

№ г>п Наименование Значение Ед.изм.

01 Загрузка и базирование пружины 4,3 сек. / и

0? Перемещение в зону обработки 5,3 сек. / н

03 Обработка торш 192 сек. 1 / и

04 Перемещение из зоны обработки 5,3 сек. / 1 и

05 Поворот и базирование пружины 3,5 сек.

06 Перемещение в зону обработки 5,3 сек. 1 / я

07 Обработка торф 19,2 сек. / 1 / ч

оа Перемещение из зоны обработки 5,3 сек. / -1

09 Выгрузка пружины 2,0 сек. / -г

Рисунок 1.10 - Временная диаграмма цикла обработки пружины на автоматизированном производстве: 1 - порядковый номер обрабатываемой пружины

С целью объективного расчета затрат времени на обработку одной пружины, было учтено суммарное время этапов, необходимых для обработки

одной пружины, без учета их последовательного выполнения (01-03, 05, 07 и 09), и составляет 53,5 секунды.

Также в результате проведенного анализа процесса обработки торцов пружин выявлены факторы, оказывающие негативное влияние, которые можно условно разбить на три группы:

1. Факторы, оказывающие влияние на работу автоматизированного производства:

- Ручное программирование робота, для обеспечения движения режущего инструмента по траектории, необходимой для обработки пружины. Данная операция должна быть выполнена один раз, при постановке на производство нового изделия и должна быть выполнена квалифицированным специалистом, имеющим базовые знания в области робототехнике и обладающий достаточными навыками программирования робота. Не корректное программирование робота может привести к дефектам обработки торцов пружин, выходу из строя и последующему ремонту режущего инструмента.

- Загрузка, позиционирование и выгрузка пружины являются ручными операциями, что требует участие человека (оператора), а также дополнительных его навыков при позиционировании. Позиционирование пружины является одной из важных задач в процессе обработки и осуществляется при помощи механического упора. В случае ошибки человека процесс обработки не начнется по причине того, что не будет образована плазменная дуга (режущий инструмент будет находиться на расстоянии от торца пружины, который является отрицательным электродом для плазменной дуги), в другом случае обработка торца начнется не с торца прутка, а с какой-либо другой точки, находящейся на траектории движения режущего инструмента, что приводит к изготовлению бракованной продукции.

- Ручная очистка контейнера отходов процесса плазменной резки. В процессе обработки торцов пружин отрезанная часть торца пружины попадает в контейнер. В зависимости от типа обрабатываемых пружин возникает необходимость от одного до трех раз в смену, а также в конце смены перемещать

контейнер отходов из зоны резки, производить с помощью ручных приспособлений его очистку, и перемещение обратно на место. Это приводит к внеплановому простою автоматизированного производства.

- Используемый в конструкции поворотного стола, подвижный электрический контакт требует регулярного технического обслуживания (ТО), что приводит к дополнительному плановому простою и дополнительным материальным затратам на расходные материалы. Не своевременное и/или не качественное проведение ТО приводит к возникновению бракованной продукции на данной технологической операции и поломкам оборудования плазменной резки.

2. Факторы, способствующие образованию дефектов пружин в процессе обработки:

- Обработка пружин при фиксированной траектории перемещения режущего инструмента, при их различных геометрических характеристиках;

- Управление процессом обработки торца пружины осуществляется при постоянных параметрах процесса плазменной резки, к примеру ток реза задан в соответствии с диаметром прутка, из которого изготовлена пружина. При этом в процессе реза опорного витка торца пружины, толщина обрабатываемого материала (прутка) изменяется от значения равного диаметру прутка, до 0 мм в конце обработки. В результате это приводит к изменению ширины реза, и как следствие обработанный торец пружины имеет отклонение от плоскостности, доработка которого к заданным требованиям НТД осуществляется дальнейшей операцией - шлифования.

- Отсутствует учет времени работы расходных материалов, входящих в комплект режущего инструмента оборудования плазменной резки. В случае их не своевременной замены ухудшается качество реза, что ведет к повышению уровня дефектной продукции и существует возможность выхода из строя оборудования плазменной резки.

3. Факторы, ограничивающие функциональные возможности управления:

- Человеко-машинный интерфейс СУ разработан на основе ручного пульта управления робота, при этом он обладает ограниченными функциональными возможностями и позволяет вести обмен информационными сообщениями с оператором только на английском языке, что предъявляет требования, к знанию иностранного языка работающего персонала (оператора);

- Отсутствует аппаратно-программная возможность подключения системы управления автоматизированного производства к автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУТП) предприятия, что позволяет иметь следующие функциональные возможности: осуществление мониторинга работы производства в режиме реального времени, визуализация на экране панели оператора состояния и положения элементов автоматизированного производства, что представляет следующие функциональные возможности: контроль состояния автоматизированного производства (бездействие, в работе, в ремонте, проведение ТО), а также оперативное представление данной информации в систему верхнего уровня предприятия [2,21,54,64,63,71]. Идентификация работника и его полномочия на рабочем месте. Это позволяет определить уровень функционального доступа к автоматизированному производству индивидуально для работника соответствующей службы. К примеру, работник службы «Главного технолога» имеет возможность контролировать и задавать параметры технологического процесса обработки изделия, и управлять комплексом в целом. Оператор может только управлять комплексом и выполнять автоматизированную работу с технологической картой партии. Данная функциональная возможность позволяет минимизировать ошибки, которые может допустить работник при задании параметров технологического процесса обработки изделий. На основе идентификации карты партии по штрих-коду с помощью разработанного на предприятии ПО АСУТП, требуемые параметры могут быть представлены работнику службы «Главного технолога» в любом удобном для него виде, в том числе могут быть переданы в автоматизированную систему управления автоматизированного производства;

- Низкий коэффициент использования робота. Под данным термином подразумевается отношение активной работы робота-манипулятора к общему времени цикла обработки торца пружин, и который составляет 0,48. Увеличение данного показателя позволит поднять эффективность использования робота-манипулятора.

Некоторые из представленных выше факторов, в процессе производства способствуют возникновению дефектов пружин:

1. Дефект «неплоскостность» - величина зазора между опорной поверхностью торца пружины и плоскостью прилегания больше допустимого НТД (рисунок 1.11), /1 -отклонение от плоскостности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Платов Сергей Александрович, 2022 год

Список литературы

1. Анахов С.В. Принципы и методы проектирования в электроплазменных и сварочных технологиях. Екатеринбург: РГППУ, 2014. 144с.

2. Аверченков В.И., Казаков Ю.М. Автоматизация проектирования технологических процессов: учеб. пособие. М.: Флинта, 2011. 229 с.

3. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. М.: Атомиздат, 1966.

200 с.

4. Баталов М.В., Петров Н.В. Пружины. Ленинград: Машиностроение, 1968. - 149 с.

5. Белков Е.Г. Исследование напряжённо-деформированного состояния при формообразовании винтовых цилиндрических пружин с витком круглого сечения // Изв. ВУЗов. Машиностроение, 1988.

6. Белков Е.Г. Холодная навивка пружин. Иркутск: Изд-во Иркут. Ун-та, 1987. 96 с.

7. Беляев В.М. Плазменная резка. М.: Машиностроение, 1987.

8. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992. 519 с.

9. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1965. 135 с.

10. Гасов В.М. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ. Кн.1: Инженерно-психологическое проектирование взаимодействия человека с техническими средствами: практ. пособие / В.М. Гасов, Л.А. Соломонов: под ред. В.Н. Четверикова. М.: Высшая школа, 1990. 127 с.

11. ГОСТ 12.2.072—98 Роботизированные технологические комплексы. Требования безопасности и методы испытаний. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.

12. ГОСТ 13764—86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1987.

13. ГОСТ 1452—2011 Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2011.

14. ГОСТ Р 60.0.0.1—2016 Роботы и робототехнические устройства. М.: Стандартинформ, 2016.

15. ГОСТ 14955—77 Сталь качественная круглая со специальной отделкой поверхности. Технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004.

16. ГОСТ 14959—79 Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2006.

17. ГОСТ 16118—70 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2005.

18. ГОСТ Р МЭК 60073—2000 Интерфейс человекомашинный. Маркировка и обозначения органов управления и контрольных устройств. Правила кодирования информации. М.: ГОССТАНДАРТ РОССИИ, 2000.

19. Губинский А.И. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: Справочник / Под общ. ред. А.И. Губинского и В.Г. Евграфова. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.

20. Гуц А.К. Математическая логика и теория алгоритмов: Учебное пособие. Омск: Наследие. Диалог-Сибирь, 2003. 108 с.

21. Демченко В.А. Автоматизация и моделирование технологических процессов АЭС и ТЭС. Одесса: Астропринт, 2001. 305 с.

22. Денинг В., Эссиг Г., Маас С. Диалоговые системы «Человек - ЭВМ». Адаптация к требованиям пользователя. М.: Мир, 1984. 112 с.

23. Землянушнова Н.Ю. Расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Монография. Ставрополь: АГРУС, 2008. 136 с.

24. Землянушнова Н.Ю., Тебенко Ю.М. Анализ методов улучшения качества пружин // Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России. 2005. № 2. С. 20-26.

25. Землянушнова Н.Ю., Тебенко Ю.М. Повышение качества пружин. Монография. Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. 92 с.

26. Зюбин В.Е. Программирование ПЛК: языки МЭК 61131-3 и возможные альтернативы // Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. № 11. С. 31—35.

27. Имитационное моделирование [Электронный ресурс] // https://ru.wikipedia.org: Свободная энциклопедия Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Имитационное_моделирование&oldid= 76310264 (дата обращения: 12.04.2016).

28. Имитационное моделирование систем. Теория и практика. [Электронный ресурс] // ИММОД. 2001. URL: http://gpss.ru (дата обращения: 10.04.2016).

29. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970. 109 с.

30. Конструирование и технология изготовления пружин: межвузовский сборник научных трудов. Устинов: УМИ, 1986. 180 с.

31. Коутс Р., Влеймник И. Интерфейс «человек - компьютер». М.: Мир, 1990. 225 с.

32. Козырев Ю.Г. Захватные устройства и инструменты для промышленных роботов. М.: КНОРУС, 2010. 312 с.

33. Лузгин Н.П. Изготовление пружин. М.: Высшая школа, 1980. 144 с.

34. Лузгин Н.П. Изготовление пружин: учебник для подготовки рабочих на производстве. М.: Высшая школа, 1980. 144 с.

35. Малинин Н.Н. Холодная навивка цилиндрических пружин. / Новые методы расчёта пружин: под ред. С.Д. Пономарёва. М.: Машигиз, 1946. С. 5—10.

36. Минаси М. Графический интерфейс пользователя: секреты проектирования. М.: Мир, 1996. 159 с.

37. Миронов Э.Г. Методы и средства измерений. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. 463 с.

38. Монмоллен М. Системы человек и машина. М.: Мир, 1973. 249 с.

39. Мухачев А.В. Планирование и обработка результатов эксперимента: учебное пособие. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. 118 с.

40. Олейник Н.В., Кычин В.П., Луговской А.Л. Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин. Киев: Техшка, 1984. 151 с.

41. Остроумов В.П., Карпунин В.А. Повышение динамической прочности пружин. М.: Машгиз, 1961. 112 с.

42. Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. М.: Бином, 2007. 517 с.

43. Плазменно-дуговая резка в машиностроении // ВНИИавтогенмаш, Руководящие материалы, выпуск 24, ЦИНТИхимнефтемаш. Москва. 1967.

44. Платов С.А., Турыгин Ю.В. Исследование и повышение эффективности РТК подрезки торцов пружин / Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке: электронное научное издание: сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием, Ижевск, 23-25 апреля 2013 года. Ижевск: ИжГТУ им. М.Т.Калашникова, 2013. С. 316—381.

45. Платов С.А., Турыгин Ю.В. Обработка торцов пружин методом плазменной резки вагонных тележек // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 2 (22). Ижевск: ИжГТУ им. М.Т.Калашникова, 2013. С. 96—100.

46. Турыгин Ю.В., Платов С.А. Расширение функциональных возможностей системы управления роботизированным комплексом за счет использования промышленного контролера // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23, N0 3 (85). С.122-128

47. Плисов Б.В. Плазменная резка: технические советы, как лучше ее выполнить // Сварочные технологии и оборудование. Беларусь. № 1,2. 2004.

48. Половко А.М., Бутусов П.Н. Интерполяция. Методы и компьютерные технологии их реализации. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. С. 23—24.

49. Пономарёв С.Д. Пружины, их расчёт и конструирование. М.: МАШГИЗ, 1954. 184 с.

50. Пономарев С.Д. и др. Расчеты на прочность в машиностроении. Том 1: Теоретические основы и экспериментальные методы. Расчеты стержневых элементов конструкций при статической нагрузке. М.: Машгиз, 1956. 884 с.

51. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета MathCAD: учебное пособие. М.: Горячая линия -Телеком, 2002. 251 с.

52. Продукция производства пружин [Электронный ресурс] // www.npc-springs.ru: портал ООО НПЦ Пружина. 2010. URL: www.npc-springs.ru/products (дата обращения: 02.11.2016).

53. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1982. 400 с.

54. Руководство по решениям в автоматизации. Практические аспекты систем управления технологическими процессами. Париж: Шнайдер электрик, 2011. 323 с.

55. Рынок транспортных услуг [Электронный ресурс] // РБК. URL: http://marketing.rbc.ru/reviews/transport2013/chapter_2_1.shtml (дата обращения: 02.10.2014). ЭЦЦ^^^т

56. Системы оптической оцифровки, измерения ATOS [Электронный ресурс] // http://www.mcp.by: портал MCP Technology Center. 2007. URL: http://www.mcp.by/equipment?id=28 (дата обращения: 01.06.2015).

57. Слухоцкий А.Е. Индукторы: под ред. Шамова А.Н. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1989. 69 с.

58. Соколов А.П., Лычагин А.Д. Плазменная резка: методические указания к практическим занятиям. Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2012. 24 с.

59. Технология горячей навивки пружин [Электронный ресурс] // http://www.chelmash.com: сайт Пружинно-навивочного завода. URL: http://www.chelmash.com/files/pressa/30.htm (дата обращения: 21.10.2014).

60. Турыгин, Ю.В. Разработка человеко - машинного интерфейса на базе рабочего места оператора роботизированного комплекса / Ю.В. Турыгин, А.И. Нистюк, С.А. Платов // Вестник ИжГТУ. - 2018. - № 4. - С. 43-51.

61. Тузов В.А. Языки представления знаний: учебное пособие. Л.: Издательство ЛГУ, 1990. 120 с.

62. Уаттс Р. ЭВМ и непрофессиональные пользователи. Организация взаимодействия. М.: Радио и связь, 1989. 96 с.

63. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: проектирование и разработка. М.: Инфра-Инженерия, 2008. 928 с.

64. Фишер-Криппс А.С. Интерфейсы измерительных систем. Справочное руководство. - М.: Издательский дом «Технологии», 2006. 336 с.

65. Фокин Ю.Г. Оператор - технические средства: обеспечение надежности. М.: Воениздат, 1985. 192 с.

66. Храмыцких Н.Ю., Белков Е.Г., Соломатов М.Г. Упрочнение крупных пружин, закаливаемых после навивки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. № 1(9). С. 50-53.

67. Человеко-машинный интерфейс. Понятия, подходы, принципы [Электронный ресурс] // http://www.4stud.info: Учебно-методические материалы для студентов кафедры АСОИУ. 2007. URL: http://www.4stud.info/user-interfaces/ui-design-intro.html (дата обращения: 02.12.2016).

68. Шаврин О.И. Редькин Л.М. Влияние ВТМО на повышение долговечности жестких винтовых пружин // Сб. докладов «Современные материалы и методы упрочнения пружин и упругих элементов машин и приборов». М.: ЦНИИнформация, 1978. С. 41—43.

69. Шаврин О.И., Редькин Л.М., Игнатьев В.В. Высокотемпературная термомеханическая обработка пружин. // Производственно-технический бюллетень (ПТБ). 1974. № 11. С. 15—17.

70. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1987. 192 с.

71. Шишмарев В.Ю. Автоматизация технологических процессов: учебное пособие. М.: Академия, 2005. 352 с.

72. Юревич Е.И. Управление роботами и робототехническими системами. Санкт-Петербург, 2010.

73. AnyLogic. Многоподходное имитационное моделирование [Электронный ресурс] // http://www.anylogic.ru: платформа для имитационного моделирования бизнес-процессов. URL: http://www.anylogic.ru/overview_(дата обращения: 10.04.2016).

74. Bolton W. Programmable logic controllers. Fifth edition. Newnes, 2009.

416p.

75. Brad A. Myers User Interface Software Tools // ACM Transactions on Computer-Human Interaction (TOCHI). March 1995. Vol. 2. Issue 1. P. 64—103.

76. Cutting data manual. Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH,

2010.

77. Hugh Jack. Automating Manufacturing Systems with PLCs. Lulu.com, 2010. 644 p.

78. ISO 9241-110:2006 Эргономические требования, связанные с использованием видеотерминалов для учрежденческих работ. Часть 110. Принципы диалога.

79. ISO 9241-129:2010 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 129. Руководство по программному обеспечению.

80. ISO 9241-143:2012 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 143. Формы.

81. ISO 9241-151:2008 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 151. Руководство по пользовательскому интерфейсу Всемирной паутины.

82. ISO 9241-154: 2013 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 154. Применение интерактивного речевого взаимодействия (IVR).

83. ISO 9241-171:2008 Эргономика взаимодействия человека и системы. Часть 171. Руководство по доступности программного обеспечения.

84. ISO 9241-210:2010 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 210. Сконцентрированное на человеке конструирование интерактивных систем.

85. ISO/TR 9241-100:2010 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 100. Введение в стандарты на эргономику программного обеспечения.

86. Kawasaki robot controller D-series. AS Language reference manual. Kawasaki Heavy Industries, Ltd, 2002. 90209-1017DEB.

87. Kawasaki robot controller D-series. Host communication. Kawasaki Heavy Industries, Ltd, 2003. 90210-1177DEA.

88. Kawasaki robot controller D-series. Manual external input/output. Kawasaki Heavy Industries, Ltd, 2003. 90209-1017DED.

89. Laser Displacement Sensors CMOS Type ZX2 Series. User's manual. Tokyo: Omron corporation, 2010. Cat. No. Z310-E1-02.

90. Latshaw E. Stresses in Heavy Helical Springs // Journal of the Franklin Institute. 1930. № 6. P. 791—880.

91. Machines for the wire industry [Электронный ресурс] // http://www.omdspa.it: сайт компании OMD. URL: http://www.omdspa.it/ru/index.asp (дата обращения: 10.10.2016).

92. Marin J. Mechanical behavior of engineering materials. Prentice-Hall, 1962.

502 p.

93. Redkin L.M. The unity of design and technical solutions in the basis of the quality range control at the spring manufacture // MATK «Motauto'97». Болгария, Russe, 1997. Vol.1. P. 202—206.

94. Sidney L. Smith, Jane N. Mosier. Guidelines for Designing User Interface Software. Bedford: MITRE Corporation, 1986. ESD-TR-83-122.

95. Siemens PLM Software [Электронный ресурс] // https://www.plm.automation.siemens.com/global/ru: сайт компании Siemens PLM Software URL: https: //www.plm.automation.siemens .com/global/ru/products/tecnomatix (дата обращения: 01.03.2016).

96. Spring end grinding machines [Электронный ресурс] // http://www.omdspa.it: сайт компании OMD. URL: http://www.omdspa.it/en/index.asp?name=Products (дата обращения: 09.09.2014).

97. Taylor G.J., Quinney H. The plastic distortion of metals // Philosophical transactions of the Royal Society: London A, 230. 1931. P. 323—362.

98. Turygin Y., Platov S. Railtruck Robotic Spring End Process Operating System: conference. Smolenice: IEEE Service Center, 2014. P. 127—132.

99. User manual. AC servomotors/servo drives. Omron Electronics LLC, 2009. Cat. No. I571-E1-04.

100. User's Manual laser sensor. Laser Displacement Sensors CMOS Type. Omron Electronics LLC, 2011. Cat. No Z 310-E1-03.

101. Wiring diagram HiFocus 360i/CNC Interface. Kjellberg Finsterwalde,

2007.

102. Yaskawa AC Drive A1000. Technical manual. Yaskawa electric, 2008. Manual no. SIEP C710616 27C.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические характеристики робота Kawasaki FS20N

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Матрицы планирования экспериментов №2-№4

аблица Б.1 - Матрица планирования эксперимента №2

№ тфп Факторы в кодированных единицах Вспомогательные графы Результат, Ширина реза, мм

0 X X X 3 X Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1Х2Х3 У1 У

01 + - - - + + + - 1,50 1,60 1,55 1,65 1,60 1,58

02 + + - - - - + + 1,90 2,05 2,05 1,95 1,95 1,98

03 + - + - - + - + 1,55 1,60 1,75 1,70 1,65 1,65

04 + + + - + - - - 1,70 1,85 1,70 1,75 1,80 1,75

05 + - - + + - - + 1,95 1,85 2,00 1,90 2,00 1,94

06 + + - + - + - - 1,80 1,90 2,00 2,00 1,90 1,92

07 + - + + - - + - 1,60 1,65 1,80 1,80 1,65 1,70

08 + + + + + + + + 2,10 2,25 2,15 2,25 2,25 2,20

аблица Б.2 - Матрица планирования эксперимента №3

№ тфп Факторы в кодированных единицах Вспомогательные графы Результат, Ширина реза, мм

0 X X 2 X 3 X Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1Х2Х3 У1 У

01 + - - - + + + - 1,70 1,80 1,85 1,85 1,85 1,81

02 + + - - - - + + 1,95 2,10 2,00 2,00 2,00 2,01

03 + - + - - + - + 1,70 1,70 1,85 1,80 1,70 1,75

04 + + + - + - - - 1,80 1,90 1,80 1,85 2,00 1,87

05 + - - + + - - + 1,90 2,00 1,95 1,90 2,00 1,95

06 + + - + - + - - 2,00 2,15 2,10 2,10 2,20 2,11

07 + - + + - - + - 1,90 2,10 2,00 1,95 2,00 1,99

08 + + + + + + + + 2,10 2,25 2,2 2,30 2,30 2,23

Таблица Б.3 - Матрица планирования эксперимента №4

№ тфп Факторы в кодированных единицах Вспомогательные графы Результат, Ширина реза, мм

0 X X 2 X 3 X Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1Х2Х3 У1 У

01 + - - - + + + - 1,30 1,40 1,45 1,40 1,40 1,39

02 + + - - - - + + 1,50 1,55 1,55 1,65 1,50 1,55

03 + - + - - + - + 1,05 1,10 1,25 1,10 1,20 1,14

04 + + + - + - - - 1,30 1,30 1,35 1,40 1,40 1,35

05 + - - + + - - + 1,70 1,90 1,75 1,70 1,70 1,75

06 + + - + - + - - 1,70 1,90 1,75 1,80 1,80 1,79

07 + - + + - - + - 1,50 1,70 1,60 1,70 1,55 1,61

08 + + + + + + + + 1,80 1,95 1,95 1,90 1,80 1,88

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Измерительная установка Для проведения экспериментальных исследований, была разработана и изготовлена измерительная установка (см. рисунок 5.1) имеющая следующие технические характеристики:

Рисунок 5 - Установка для измерения торцов пружины: 1 - измеряемая пружина, 2 - лоток

транспортной системы, лента конвейерной системы, 4 - сервопривод для управления перемещением лазерного измерительного датчика, 5 - измерительный датчик 1-го опорного витка пружины, 6 - измерительный датчик 2-го опорного витка пружины, 7 - сервопривод для управления перемещением лазерного измерительного датчика, 8 - основание

измерительной установки.

Объект измерения устанавливается на ложемент, где обеспечивается совмещение оси пружины и центра вращения измерительных датчиков 5 и 6. Движением датчиков управляют серводвигатели 4 и 7, которые установлены на боковых стенках измерительной системы. Работу компонентов измерительной системы обеспечивает система управления. За один цикл измерения роторы серводвигателей 4 и 7 производят один оборот, при этом лазерные датчики 5 и 6 производят измерение расстояния до поверхности пружины с одновременным сохранением полученных данных для дальнейшей обработки.

Длина измеряемой пружины Диаметр измеряемой пружины Относительная погрешность измерения

240±50 мм; 140 мм; ± 0,06 мм

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Состав оборудования АСУ

Таблица Г.1 - Состав оборудования АСУ

№ пп Функциональные характеристики Тип модуля Примечание

01 Модуль процессора CJ1M-CPU13-ENT Контроллер CJ1, 20К шагов прогр., 32К слов данных, макс.1 стойка расшир. (20 модулей, 640 I/O )

02 Модуль цифровых входов CJ1W-ID261-CHN Модуль расширения для CJ1, 64 входа, 24VDC

03 Модуль цифровых выходов CJ1W-OD261-CHN Модуль расширения для CJ1, 64 выхода (NPN), 24VDC, 0.3А

04 Модуль аналоговых входов CJ1W- AD081-V1- NL Модуль расширения для CJ1, 8 аналоговых входов:1-5В, 0-5В, 010В, -10-+10В, 4-20мА, разрешение 1:4000

05 Модуль аналоговых выходов CJ1W-DA08C Модуль расширения для CJ1, 8 аналоговых выходов: 4-20мА, разрешение 1:4000/8000

06 Модуль последовательного интерфейса CJ1W-SCU31-V1 Коммуникационный модуль последовательной связи для CJ1, 2 порта RS-422/485: Protocol Macro, Host Link

07 Модуль управления сервоприводами CJ1W-DCM11-E Модуль расширения для CJ1, управление 24VDC-мотором, ШИМ, ном. 4А, макс. 10А, вх. энкодера

08 Панель оператора NS15-TX01SV2 сенсорный программируемый терминал, диагональ 15", TFT, 256 цветов

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Типы сигналов АСУ

Таблица Д.1 - Типы сигналов АСУ

№ пп Наименование сигнала Тип сигнала Направление Примечание

Панель оператора

RS485, Modbus

01 Канал обмена последовательный двухсторонний RTU

Внешний пульт управления

02 Управление кнопкой ПУСК цифровой в ПЛК кнопка, норм. разомкнутый

03 Управление кнопкой АВАРИЙНЫЙ СТОП цифровой в ПЛК кнопка, норм. замкнутый

Световое и звуковое оповещение

04 Световой индикатор "Зеленый" цифровой из ПЛК

05 Световой индикатор "Желтый" цифровой из ПЛК

06 Световой индикатор "Красный" цифровой из ПЛК

07 Звуковое оповещение цифровой из ПЛК

Привод конвейера /Вход/

08 Команда "Вперед" цифровой в ПЛК

09 Команда "Назад" цифровой в ПЛК

10 Сигнал "Авария привода" цифровой из ПЛК

11 Команда "Внешняя авария" цифровой в ПЛК

12 Задание скорости аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

Измерительная установка

13 Лазерный датчик №1 аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

14 Привод перемещения датчика №1 цифровой из ПЛК PWM

15 Сигнал "Авария привода №1" цифровой в ПЛК

16 Лазерный датчик №2 аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

17 Привод перемещения датчика №2 цифровой из ПЛК PWM

18 Сигнал "Авария привода №2" цифровой в ПЛК

Интерфейс оборудования плазменной резки № 1

19 Команда "Зажечь дугу" цифровой из ПЛК

20 Сигнал "Дуга в норме" цифровой в ПЛК

Команда "Значение тока

21 реза" аналоговый из ПЛК токовый 4..20 ма

22 Сигнал "Авария" цифровой в ПЛК

23 Команда "Стоп" цифровой из ПЛК

Интерфейс робота-манипулятора №1

24 Команда "Робот в дом" цифровой из ПЛК

25 Команда "Работа" из ПЛК

26 Сигнал "Авария" в ПЛК

RS485, Modbus

27 Канал обмена последовательный двухсторонний RTU

Технологические

28 Команда "Стоп" цифровой из ПЛК параметры

Интерфейс оборудования плазменной резки №2

29 Команда "Зажечь дугу" цифровой из ПЛК

30 Сигнал "Дуга в норме" цифровой в ПЛК

Команда "Значение тока

31 реза" аналоговый из ПЛК токовый 4..20 ма

32 Сигнал "Авария" цифровой в ПЛК

33 Команда "Стоп" цифровой из ПЛК

Интерфейс робота-манипулятора №2

34 Команда "Робот в дом" цифровой из ПЛК

35 Команда "Работа" из ПЛК

36 Сигнал "Авария" в ПЛК

RS485, Modbus

37 Канал обмена последовательный двухсторонний RTU

Технологические

38 Команда "Стоп" цифровой из ПЛК параметры

Привод конвейера /Выход/

39 Команда "Вперед" цифровой в ПЛК

40 Команда "Назад" цифровой в ПЛК

41 Команда "Назад" цифровой в ПЛК

42 Сигнал "Авария привода" цифровой из ПЛК

43 Команда "Внешняя авария" цифровой в ПЛК

44 Задание скорости аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

Привод конвейера перемещения отходов №1

45 Команда "Вперед" цифровой в ПЛК

46 Команда "Назад" цифровой в ПЛК

47 Сигнал "Авария привода" цифровой из ПЛК

48 Команда "Внешняя авария" цифровой в ПЛК

49 Задание скорости аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

Привод конвейера перемещения отходов №2

50 Команда "Вперед" цифровой в ПЛК

51 Команда "Назад" цифровой в ПЛК

52 Сигнал "Авария привода" цифровой из ПЛК

53 Команда "Внешняя авария" цифровой в ПЛК

54 Задание скорости аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

Привод системы дымоудаления

55 Команда "Вперед" цифровой в ПЛК

56 Сигнал "Авария привода" цифровой из ПЛК

57 Команда "Внешняя авария" цифровой в ПЛК

58 Задание скорости аналоговый в ПЛК токовый 4..20 ма

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акты внедрения результатов диссертационного исследования

ООО центр

ш ДетнгОина. 2. >5Ч г.Иженск,

ИН1Ш:»СЮТ47, кгш 1аз:«]ио1 ОК1Ю ШОЗI СИ, ОГРН ]071 «32001 «И т.; +? (Й12) 230-415. 230-416* 230-414

Г 1

Чкт

ой 1гсип.'1кзч)наимн речи, л мать

. м-1р^&пн ГЬшпи Ссрр Александровича I I -I «МИ?)е8И1« уч^НРЙ СППШШ КйНЯН ;НГТ0 |1Й*Т(

11йС1тпя:икй Сфсгтаисй комиссией к СпСтаве: 11 резеда ],ель К|>мбхлжееа генсра ьный да рек I ор

Члени комиссии: К>-чу11м Д.А^фнваисйьыл директор

Кппып^н к'.А гланиьгй кжолаг 1\-мсрни(1й С.И . г.ч.шныи ия*:ен£|<5 Петухи 1 А.А., главный констр^кюр

1911: III II

Пружина

OOtT -j IbyiHQ¡pe ПЧ-&ОДctbiíh ныи цен t p

E * И ULA*

njiûÉ-y ны_Дер*6ннЁ, 2,^5, г. Иже не к,

Рпсск*

ЯНН i S32054T47. к: re : i а ÛKTEQ (}['РII 107Щ2ОО13ОЕ

[.: 7(Wl2) 2 Ш-41Я 230-416, 330-414 www npt-sp'in^s гп_ mía^npc-fipríMhjirU

Номер «У^ОЫИ/ЖШ^,

Ащп

ufl И tilt*. М. HJttÜIIJJ II pC.t;.lhlllOK

IHSïqïTaiDdOKtKjfi pilÖO-Ы îlliaïulia Ciipl'ïJ) AjlíKMiPfltlSH4J m coweram« y4íRí>t}CTCITÍHH ШДЦДЛ1 тохргччссуих fravn

НасТюйВДйЙ »TT сосщяен к^ги-иеиеА » состан:

П pCJL-L Lb, I J'l |J. 11 KpU.^ltbCCí C-ТО,, rtíJCflS-Thl 11 .!Í: Д)ф?К1 t^p

Ч.зсны Korruct HVi: Кузъмнй А.Д,, фнНик^аыА

KúiJJ.UOlí EY.A__ I JLJ.HKU fî I (.'AHULÍIM

CfMüpjiköä C.Fi. глшлщЙ ннженер Петухйн Л,л . гяяотмй конструктор

KutlHcClH paCtíifcrtpena pttyAbtaSf ниНерицИиШеий рабигй ГЕаЛтОни С, А. И liöBCTiTKpyei -с: icjçytt^Litf.-

PsûuMl/ïpÇHi СйВДККЫ ИУ ÓtHÜBC pcjyjEbíatU* mCCÍpr¿HrtííНЖТО ИчЛ'.^ШШМНЛ. И н-эпогивлемиля ¡штчакннсюваила* система унргш.киня {ACVi роботкзиршииншы компяскслм ЯП, t гпчл 4iitл* 5ргч5ВОИиMíivní pflíiíi4W víсто оператора;

Отнечш джвяпнкшик функииочалкш*: куиио* чостп «ндаттюЙ 1ь;п"г-и гл sn|y:.i-,;iiuriiii еккчы упревлонк* нда 1Т(гфянаиня fi пер* г opa н понтроли jbpj'ükj ■ÜIÜ И [шЕч'Тс ми данном обОруйоаакКи. лш лчимпнр^и.шмая ^дгэдйадц ^RewtniîrtxtJclOi |ОУрамстрс>в и LOOTtpïiTBitH с iuciom оСрэбдШЬяеь1иЙ м:ружм м ы. .....................im

пбсСИеЧШЙЮШИЙ ИнфирМЩКСВйИЙ OÔMttH Jd H HJ-.I ч и nu (jyetKflU AlUd)№b

зррояо!инчпйе juñü'ití mlctû oriepj r^pj, обеспеч^шлц^ удобную ir комфортную рябсл^- ва ^SfflíBtfpÚWrttHiM н или оке;

Ht Dt iiütahHit вшелфечлиьн нем ttMHCt ни I;ditut, Ч» ирввицяи ыс жроцрцми

ОО ВН(лроиинэ АСУ НЖ ЮТ îl I d ЧН V M ií ПОЛОЖИТ iЛЪНЫЙ Я Kllii, ■, Lia fU Mi^ L LH M релчрмл I мл ;

(ИМ} ;1ШЦ ЗГруллчна■: плакирует прнченить результаты исслсдоваин:! в АСУ j.ih ГТК2¿ро&птнадривинкые *омплскч:ъ:orfítaÉonm^гpWfcпротеин дагодг^ J LTa :чцн ■:и pvткн)

Ж

Презседяклшшкслв

ЧЛСЧЫ КДОПКСНЕГ

С Ю KftfÉCHUeeB Л.Л. К утьи и н к". Л. k"i41 i.r.ioH

^■C'.D. Семерикив Л. Л. tferyKOS

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Патент на изобретение