PREREQUISITES FOR CREATING AN AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR THE PROCESS OF THERMAL ASSEMBLY OF OVERSIZED COMPOSITE GEAR WHEELS

Abstract

The intensity of the dynamic loads of large composite gear wheels during their operation makes high demands on the quality of the processing and assembly of such parts. These requirements are maintained during the subsequent restoration of the product. Large-sized products include gear wheels with a diameter of more than 3250 mm, and heavy ones – starting from 25 tons and above. The technological processes during the machining of such parts have a number of peculiarities, which are associated with the dimensions and weight of the parts, as well as with the conditions of their manufacture. Therefore, improving the quality of the assembly process due to automated control of measurements of the parameters of a large gear ring when it is heated is an urgent task. The article analyzes the technological features of the assembly of gears, which is carried out by heating the embracing part. With the overall dimensions of the wheel, which do not allow heating operations to be performed on standard technological equipment, this process is to be carried out from individual heating elements stationary or on a rotary platform. It has been found that to control the body temperature of the part and change its bore diameter during heating, it is necessary to interrupt the process. In this case, the parameters are to be measured by two operators manually. To ensure automation of the measurement process and the subsequent control of these parameters, the application of modern methods and means of remote measurement of temperature and linear parameters of the covering part has been considered. This will allow measurements to be taken without interrupting the process. Investigations were made of the heating process of the covering part in order to obtain information about the behavior of the measured parameters. Analysis of product heating was performed by modeling the gear ring heating process in SolidWorks Simulation. A measuring system has been developed for collecting, converting data received from temperature and linear displacement sensors, as well as for subsequent data transfer to a computer at the operator’s workplace for processing in a user program. The developed software involves the dynamic control of the heating of the gear ring using the scheduling process. To ensure high-quality performance of the process of heating the gear ring, an algorithm has been created for the program in case of unplanned failures of sensors, equipment or a violation of the technological process. Experimental studies were carried out, which consisted of physical modeling of the process of thermal expansion while heating the ring gear for assembly in the temperature range starting from 20 ° C to 300° C. Modeling of the process was carried out on an installation with a model of the workpiece in a scale of 1:10. The results of experimental studies allow us to lay foundations of the basic prerequisites for automating the assembly process of composite wheels by developing and creating an intelligent complex to control the parameters of the gear ring during the heating process.

Інтенсивність динамічних навантажень великогабаритних складених зубчастих коліс при їх експлуатації пред'являє високі вимоги до якості процесу обробки та складання таких деталей. Ці вимоги зберігаються і при наступному відновленні виробів. До великогабаритних виробів відносяться зубчасті колеса діаметром більше 3250 мм, а до великовагових – від 25 т і вище. Технологічні процеси при обробці таких деталей мають ряд особливостей, що пов'язано з габаритами і масою деталей, а також з умовами їх виготовлення. Тому підвищення якості процесу складання за рахунок автоматизованого контролю вимірювань параметрів великогабаритного зубчастого вінця при його нагріванні є актуальним завданням. В роботі проведено аналіз технологічних особливостей складання зубчастих коліс, яке здійснюється шляхом нагрівання вінця колеса. При габаритних розмірах колеса, що не дозволяють проводити операції нагріву на типовому технологічному обладнанні, цей процес виконується від окремих нагрівальних елементів стаціонарно або на поворотній платформі. Встановлено, що для контролю температури тіла деталі і зміни його посадкового діаметра при нагріванні необхідно переривання технологічного процесу. При цьому вимірювання параметрів проводиться двома операторами вручну. Для забезпечення автоматизації процесу вимірювань і подальшого контролю цих параметрів розглянуто застосування сучасних методів і засобів дистанційного вимірювання температури і лінійних параметрів вінця колеса. Це дозволить проводити вимірювання без переривання технологічного процесу. Проведено дослідження процесу нагрівання вінця колеса з метою отримання інформації про поведінку вимірюваних параметрів. Аналіз нагріву виробу виконано шляхом моделювання процесу нагрівання вінця в SolidWorks Simulation. Розроблено вимірювальну систему для збору, перетворення даних, прийнятих від датчиків температури і лінійного переміщення, а також для подальшої передачі даних в комп'ютер на робочому місці оператора для обробки в призначеній для користувача програмі. Розроблене програмне забезпечення передбачає динамічний контроль ведення нагріву вінця за допомогою диспетчеризації процесу. Для забезпечення якісного проведення процесу нагріву зубчастого вінця створено алгоритм роботи програми при непланових збоях датчиків, обладнання або порушення технологічного процесу. Проведено експериментальні дослідження, які полягали у фізичному моделюванні процесу термічного розширення при нагріванні зубчастого вінця під збірку в діапазоні температур від 20 °С до 300 °С. Моделювання процесу проводилося на установці з моделлю заготовки в масштабі 1:10. Результати експериментальних досліджень дозволяють закласти основні передумови для автоматизації процесу складання складених коліс шляхом розробки і створення інтелектуального комплексу з контролю параметрів вінця в процесі нагрівання.