Оценка эффективности технологического процесса шлифования рельсов в пути

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

2007
691. 795. 2
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ШЛИФОВАНИЯ РЕЛЬСОВ В ПУТИ
Д-р техн. наук, проф. В. А. АКСЕНОВ, канд. техн. наук, доц. A.C. ИЛЬИНЫХ
Представлена новая методика оценки эффективности технологического прогресса шлифования рельсов в пути с учетом эксплуатационных свойств обработанной поверхности.
The new technique of efficiency estimation of a technological process in rails grinding in view of operation properties of the treated surface is presented.
Шлифование — современный технологический процесс восстановления служебных свойств рельсов в пути. Данный вид обработки рельсов применяется для удаления дефектов на поверхности головки рельсов и формирования требуемой геометрии профиля. При этом рельсошлифовальный поезд делает несколько проходов по одному участку пути. Стремление снизить число проходов объясняет существующий подход к выбору режимов шлифования и параметров абразивного инструмента, основанный на повышении производительности технологического процесса.
Эффективность технологического процесса должна определяться не только производительностью, но и эксплуатационными свойствами поверхности катания рельсов после механической обработки. Долговечность рельсов в значительной степени зависит от качества поверхности после шлифования. В свою очередь, параметры используемого абразивного инструмента и режимы механической обработки влияют на показатели качества обрабатываемой поверхности. Таким образом, оптимальные параметры абразивного инструмента и режимы его работы необходимо выбирать с учетом эксплуатационных свойств поверхности головки рельсов после шлифования. Выбранный инструмент и режимы его работы должны обеспечивать оптимальное сочетание производительности шлифования, величины эксплуатационного ресурса рельсов и затрат на эксплуатацию рельсошлифовального поезда.
Определение оптимального режима обработки рельсов на рельсошлифовальных поездах типа РШП-48 состоит в том, чтобы на основе физического состояния рельсов на момент их восстановления, параметров режущего инструмента, физических законов их взаимодействия в процессе обработки, кинематических и динамических возможностей оборудования, на котором будет производиться обработка, назначить такие глубину резания и подачу, которые обеспечат формообразование поверхности катания рельса в соответствии с техническими условиями и его эксплуатационными характеристиками. При этом частота вращения шлифовального круга принимается постоянной.
Функциональные связи между параметрами и показателями технологической операции являются техническими ограничениями режима резания и в совокупности
№ 1
составляют математическую модель оптимального режима обработки. Некоторые из технических ограничений снижают эффективность процесса обработки, поэтому их необходимо устранять путем внедрения различных технологических, конструктивных
и организационно-производственных мероприятий. Ограничения, влияние которых на
режимы торцового шлифования в настоящее время недостаточно изучено, не включаются в математическую модель, а учитываются при экспериментальной проверке запроек тированных режимов,
Ниже рассмотрены более подробно технические ограничения, влияющие на режимы обработки при шлифовании, в которых учтены и результаты исследований по влиянию качественных показателей обработанной поверхности на эксплуатационные свойства рельсов.
Ограничение 1. Устанавливает взаимосвязь расчетной величины подачи с подачей, допускаемой кинематикой рельсошлифовального поезда. Расчетная величина подачи не может быть меньше, чем минимальная подача поезда, и больше, чем максимальная подача, т. е. должны выполняться условия
^ * 51ШП,
«и
& quot- - щах'-
12)
Ограничение 2. Устанавливает взаимосвязь расчетных величин подачи, частоты вращения шлифовального круга и припуска на обработку с режимами, допускаемыми требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности. Поэтому имеет место условие
Я7 & gt-КУ>- Ку

(4)
где Яг — шероховатость обработанной поверхности,
гг0,888. 0,402
Я? ~ 840,951 0-» ,
п'-
здесь 5 — подача (скорость поезда), / - глубина резания, п — частота вращения шлифовального круга.
Подставив (4) в неравенство (3) и решив его относительно параметров режима шлифования, получим выражения, ограничивающие процесс механической обработки по шероховатости поверхности,
?0,8880, 402 & lt-гвцч П
840,95
?0,8880, 402 & gt- п
840,95
(5)
(б)
Максимальное и минимальное значения шероховатости поверхности /?. устанавливаются в соответствии с требованиями к эксплуатационным характеристикам Ореши-но стойко сть, износостойкость, контактно-усталостная прочность) рельсов с проведенными испытаниями и нормативно-техническими требованиями.
Ограничение 3. Устанавливает взаимосвязь расчетных величин подачи, частоты вращения шлифовального круга и припуска на обоаботку с пежимями гтпт^™^. !*". -т…
2007
бованиями, предъявляемыми к степени упрочнения поверхностного слоя обработанного металла, Это ограничение отражается неравенством
ТТтах у тт & gt- ггтт 12 200 — 11 200 ~ п 200 & gt-
(7)
где Н — микротвердость поверхностного слоя,
^0,9870, 02 ?. 0,0159
Ы _ 1 ТАГ) _
•°200 ~~ 0 0185 '-5
П '-
(8)
где Н200н — исходная микротвердость поверхности рельса.
Подставив в неравенство (7) значение Нш из (8) и решив его относительно элементов режима резания / и получим выражения для третьего технического ограничения
Яшах 0,0185 & lt- 200 П
1,369'-
(9)
ггтт 0,0185 ?10,01590, 02 & gt- 200
1, зб9я5-'-
(10)
Пороговые значения микротвердостей в неравенствах (9) и (10) определяются также в соответствии с требованиями к эксплуатационным характеристикам рельсов.
Ограничение 4. Устанавливает взаимосвязь между режимами шлифования и мощностью двигателя привода шлифовального круга. Мощность шлифования не должна превышать номинальную мощность двигателя N с учетом коэффициента полезного действия привода г|, т. е. допустимая мощность шлифования будет

(11)
где
8,06(Л + г) 0& lt-87 ы ог о, 5е (12)
2 К (Я-г) р д д
здесь 5 — площадь контакта круга с обрабатываемой деталью (определяется в зависимости от угла наклона шлифовального круга) — V — скорость шлифовального круга на перефирии- У3 — объем содержания зерна в шлифовальном круге, К. — объем содержания связки в шлифовальном круге, %- & lt-2Д — интенсивность шлифования.
2л = лв,
(13)
(В- ширина дорожки шлифования).
Решая неравенство (11) относительно режимов шлифования I и с учетом (12) и (13)
получим четвертое техническое ограничение


в. ОбСЛ + О^'-^-^ду& quot-^0−5
(14)
Ограничение 5. Устанавливает взаимосвязь по жесткости привода шлифовального круга. Проверка по условию жесткости осуществляется через допустимую нормальную составляющую силы резания Р, величина которой в виде максимально допустимой осевой нагрузки указывается в паспорте.
№ 1
2007
р & lt-р
* у — пасп?
(15)
Р^ЗШ^У^Ж^- (16)
Подставив (16) в неравенство (15) и решив относительно параметров режима шлифования, получим неравенство, ограничивающее процесс шлифования по жесткости привода,
Р
. 0,22 гг0,22 ^_* пасп__/ | *7
з г с Д кр
Ограничение 6. Устанавливает зависимость размерного износа круга от режимов шлифования, а также геометрических и структурных параметров шлифовального круга, т. е. имеет место неравенство
8 & lt-8
а доп
(18)
Интенсивность износа шлифовального круга [мкм/мин] описывается выражением
8
5430^
в п (К2-г2)У^]9Ус2,76'-
(19)
Подставив в неравенство (18) значение 8д из (19) и решив его относительно режимов резания, получим выражение для шестого технического ограничения в следующем виде:
0,19Т/2,76
с
'- 8 — 543у0'-09?!'-42 • (20)
кр
На основе рассмотренных неравенств и уравнений должен быть выбран рациональный режим обработки в рамках заданных ограничений.
Для правильного выбора рационального режима обработки большое значение имеет выбор критерия оптимальности, т. е. того показателя, на основании которого оценивается принятое решение, В качестве такого показателя в наибольшей степени подходит производительность обработки, а за оценочную функцию можно принять уравнение машинного времени на единицу длины резания
1
/
0 Я
(21)
функции (21)
ведение будет наибольшим. Задача сводится к тому, что необходимо найти такие числа глубины резания (и подачи которые отвечали бы всем без исключения неравенствам технических ограничений и произведение которых было бы максимальным. Для решения этой задачи применим метод линейного программирования.
Для анализа математической модели процесса механической обработки с использованием метода линейного программирования необходимо все неравенства технических ограничений и уравнение оценочной функции преобразовать в линейные формы.
Преобразовав неравенства технических ограничений (1), (2), (5), (6), (9), (10), (14),
функцию (21) в линейные формы, получим
следующего
№ 1
2007
х2 & gt- 6, х2 & lt-Ь2
0,402х, + 0,888×2 & lt-Ъ. 0,402х, +0,888×2 0,02х, — 0,01 59×2 ъ, 0,02^-0,0159*2 & gt-Ъ (0,5х, + 0, 5×2 & lt- Ь7
0,22х, + 0,22×2 & lt- 68
1,42х, +1,42х, & lt-к
(22)
/о ~ ^)
тах
(23)
Решение системы линейных неравенств (22) совместно с оценочной функцией (23) позволяет рассчитать уточненные, оптимальные режимы шлифования, обеспечив требуе-
мый уровень шероховатости поверхности и микротвердости поверхностного слоя головки рельса, а следовательно, повышенные эксплуатационные характеристики,
Полученная математическая модель (22) представляет собой универсальную модель процесса резания металлов для всех схем плоского шлифования торцом круга и может быть использована для расчета режимов шлифования и их оптимизации, а также позволяет управлять уровнем эксплуатационных свойств рельсов в ходе их ремонта.
Для оценки эффективности процесса шлифования рельсов предложен критерий, связывающий долговечность рельсов после шлифования с режимами обработки и параметрами абразивного круга, который имеет следующий вид-
т
(. к
N

к

ЭФ
ш
1ткм /=1
(24)
гд$К
N
коэффициент увеличения долговечности рельсов после шлифования- С
сто-
имость капитального ремонта 1 км пути- т
число воздействий на рельсы шлифованием
км
за время эксплуатации от укладки в путь до смены- - время, приходящееся на шлифование одного километра для /-го воздействия с учетом подготовительно-заключительных работ и перенастройки оборудования между проходами-
К
N
шл
у
N
N
(25)
(мг
количество циклов до смены рельса по причине усталостного разрушения, N
количество циклов до смены рельсов без применения шлифования) — С — себестоимость
1 часа обработки рельсов в пути шлифованием для /-го воздействия
С
/
и


]
(26)

работы рельсошлифовального
ко-
личество элементов затрат).
№ 1
2007
При решении практических задач некоторая часть из слагаемых элементов себестоимости шлифования рельсов в пути для различных вариантов не изменяется. Переменная часть себестоимости определяется по формуле

Сп=Ск,(^ + (*-1)^)/тш, (27)
II] & quot- Ш
где Скр — стоимость единицы объема шлифовального круга- к — требуемое количество технологических проходов на одном обрабатываемом участке- {)} - объем снимаемого металла соответственно на последнем и предварительных проходах- Кт, Кщ -средний коэффициент шлифования соответственно на последнем и предварительных проходах, равный отношению объемов снятого металла к объему израсходованного абразивного материала,
к = {(. «-1)1 Iй
(28)
(/ - величина припуска обработки головки рельса шлифованием- I — припуск, снимаемый на последнем проходе рельсошлифовального поезда- [п- припуск, снимаемый на предварительных проходах),
Величина / принимается в зависимости от толщины наклепанного слоя головки рельса и требуемой геометрии ремонтного профиля. Толщина наклепанного слоя зависит от наработки рельса после последнего воздействия шлифованием. Ремонтный профиль
выбирается в зависимости от износа, А рельса
п- -

(29)
где N- число циклов после последнего воздействия- Ын — число циклов до износа на 1 мм-
тш=т /I,
(30)
здесь т — время «окна», Ь — длина участка, обрабатываемого за время окна,
1 1
^ = Тшлиф +
v v
(31)
где у, Vй-скорость поезда соответственно на последнем и предварительных проходах, тшлиф -время, затрачиваемое на процесс шлифования.
Тшлиф
& quot-"-(Тпод + Тпром (^~1)+Тзак)5 (32)
льных работ рельсошлифовального поезда на перегоне (транспортировка к месту работ, приведение машины в рабочее положение, настройка рабочего оборудования) — т — продолжительность работы, связанной с подготовкой рельсошлифовального поезда в промежутке между технологическими переходами (перена-
здесь т
под

стройка рабочего оборудования) — т,.
ЗПК
работ рельсошлифоваль
поезда на перегоне (приведение машины в транспортное положение, выезд с перегона).
Таким образом, для оценки эффективности процесса шлифования рельсов важна связь между режимами резания (скорости поезда V мощности резания Р, частоты вращения шлифовального круга п) и величиной снимаемого припуска, коэффициентом шлифова-
т:
Ж
ш
т
т т
ч: /
№ 1 2007
ния, количеством циклов до усталостного разрушения рельсов и до износа рельсов на 1 мм. Шлифование рельсов проводится во время «окна» в движении поездов, когда нельзя заменить изношенный абразивный инструмент. Чтобы определить, нужно ли заменить шлифовальный круг до выезда рельсошлифовального поезда к участку работ в «окно», необходимо иметь связь стойкости инструмента Т с режимами механической обработки и параметрами абразивного инструмента, Также исходными данными к расчету является график шлифования рельсов в пути, время «окна» в движении поездов.
Разработаны методика и алгоритм расчета оптимальных режимов шлифования рельсов в мути на основе полученных зависимостей с целью обеспечения повышенной эффективности технологического процесса (рис. 1).
да
о
пи
ьд
гИ^Р. п)
г'--и^к-1)
БД
ТНТУ, Р, п)
К"и=Г (УДп) Т& gt-Г{\Р, п)

'--т м"'- т '-
111'- т
Г& lt-1т)
^ т* «и К)(
К^Г (Куш)
К, ДГШ1К,)
к=к+1
Формирование тех пол отчее ко го процесса шлифования рельсов с составлением технологической
документации
Рис. 1. Алгоритм расчета оптимальных режимов шлифования на основе обеспечения повышенной
эффективности технологического процесса
№ 1
2007
Данная методика позволяет рассчитать максимальный коэффициент эффективности А& quot-ЭФ для каждого из предложенных шлифовальных кругов. После этого выбирается инструмент, параметры которого обеспечили максимальное значение
Предложенная методика оценки эффективности технологического процесса шлифования рельсов в пути создает основу для разработки рекомендаций по выбору режимов механической обработки и параметров инструмента с учетом эксплуатационных свойств поверхности катания рельсов после механической обработки.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой