Оптимальное управление процессом вакуумной цементации деталей буровых долот

• Автор: Деревянов, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 212 с. : ил.

1 Химико-термическая обработка как объект управления

1.1 Технология цементации

1.2 Особенности вакуумной цементации как объекта управления

1.3 . Автоматизированные системы управления

1.4 Проблемно-ориентированные математические модели

1.5 Методы оптимизации объектов с распределенными параметрами

Выводы

2 Математическое моделирование процесса цементации

2.1 Структурная модель цементации

2.2 Конструктивная математическая модель массопереноса

2.3 Анализ существующих конструктивных математических моделей

цементации
2.4 Математическая модель вакуумной цементации
Выводы
3 Идентификация математической модели вакуумной цементации
3.1 Постановка задачи идентификации
3.2 Идентификация углеродного потенциала внутри печи <д(г)
3.3 Идентификация коэффициентов массопереноса /?(г) и диффузии I)
3.4 Методика экспериментального определения коэффициентов массопереноса, диффузии и углеродного потенциала атмосферы
Выводы
4 Оптимальное управление процессом вакуумной цементации
■ 4.1 Постановка задачи оптимального управления
4.2 Обоснование метода решения оптимальных задач
4.3 Параметризация задачи оптимального управления процессом вакуумной
цементации
4.4 Альтернансный метод оптимизации
4.5 Влияние фазовых ограничений на оптимальное управление
4.6 Инженерная методика расчета оптимального управления процессом
вакуумной цементации
4.7 Автоматизированная система оптимального управления процессом
вакуумной цементации
Выводы
5 Анализ результатов
5.1 Влияние параметров технологического процесса на оптимальные режимы вакуумной цементации
5.2 Влияние режимов вакуумной цементации на механические свойства шарошек буровых долот
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение А - Результаты расчётов
Приложение Б - Реализация разработанной инженерной методики поиска
оптимального управления с помощью математического пакета МаШСАО
Приложение В - Акт внедрения результатов диссертационной работы

Работа посвящена разработке алгоритмов оптимального управления процессом вакуумной цементации.
Актуальность проблемы. Одной из главных задач современной промышленности является интенсификация производства на базе научно-технического прогресса. При этом максимальное использование таких резервов, как снижение материалоемкости, себестоимости, улучшение качества продукции, является актуальной задачей по повышению эффективности производства.
Повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции в машиностроении неразрывно связано с полным использованием возможностей, заложенных в конструкционных материалах, из которых изготавливаются детали, и технологиях обработки этих материалов.
Проблема повышения эксплуатационной надежности деталей является комплексной и предполагает привлечение современных методов химико-термической обработки. Одним из наиболее востребованных видов химико-термической обработки является цементация. Свойства цементованного слоя и определяемый им ресурс работы детали в большой степени зависят от профиля распределения углерода по толщине слоя. Современные конкурентные отношения в промышленности и требования международного стандарта качества ИСО 9000 диктуют необходимость создания автоматизированного и легко перестраиваемого оборудования для цементации деталей с целью получения регулируемого, в соответствии с эксплуатационными требованиями, профиля распределения углерода по толщине цементованного слоя.
Работами А.Г. Бутковского, А.И. Егорова, Ю.В. Егорова, Ж.Л. Лионса, К.А. Лурье, Т.К. Сиразетдинова, М.Д. Климовицкого, Ю.Н. Андреева, Э.Я. Рапопорта в области оптимального проектирования и управления объектами с распределенными параметрами вообще, и

При этом число ударяющихся молекул vyд в единицу времени прямо пропорционально скорости образования свободных атомов углерода уо6 на поверхности металла, определяемой константой равновесия реакции (2.18).
На втором этапе происходит активная диффузия атомов углерода с поверхности вглубь изделия.
Диффузия углерода в стали, согласно второму закону Фика описывается уравнением:
—= £гай?(С)), (2.22)
где В - коэффициент диффузии, м/с2; С(х,г) - текущее распределение концентрации углерода, %С.
Предполагая равномерное перемешивание насыщающей атмосферы и учитывая незначительную глубину цементации (00008-0.0017м) по сравнению с размерами обрабатываемого изделия, уравнение (2.22) обычно сводится к одномерному:
дС(х,т) _ д дт дх
в{с,т, г)^М

(2.23)
Полагая, что коэффициент диффузии в малой степени меняется в процессе насыщения при постоянной температуре (такие допущения часто принимаются в практических расчетах), уравнение диффузии (2.23) можно представить в виде:
гс(х£=0'?с(х г) (224)
дт дх
Перенос углерода из газовой фазы на поверхность металла в формализованном виде описывается соотношением [32]:
8С[х,т)

=Д(г)-[^{г)-С(х. 4__0], (2.25)