Статистический анализ размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе моделирования настроенной размерной обработки их деталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Бугаевский, Михаил Анатольевич

• Бугаевский, Михаил Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бугаевский, Михаил Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 .АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1 .Особенности конструкции, производства, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин.

1.2.Первичные погрешности исполнения деталей ротационных агрегатов и способы их описания.

1.3.Методы расчета размерных цепей.

1 АВыводы по обзору литературы. Постановка научных задач исследования.

2.МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ НАСТРОЕННОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬХОЗМАШИН.

2.1.Описательное содержание модели настроенной размерной обработки.

2.2.Математическая модель точности настроенной размерной обработки.

2.3.Анализ математической модели точности настроенной размерной обработки.

2.3.1 .Полнота распределения.

2.3.2.Математическое ожидание.

2.3.3. Дисперсия.

2.3.4.Асимметрия распределения.

2.3.5.Вероятность попадания случайного размера в заданный интервал значений.

2.3.6.Сравнение модели (2.7) с нормальным распределением.

2.3.7.Сравнение динамической модели процесса с композиционным законом распределения.

2.4.0боснование значения критического износа и стойкости инструмента.

2.4.1.Обработка охватываемой размерной поверхности.

2.4.2.0бработка охватывающей размерной поверхности.

2.4.3 .Обобщение и анализ результатов, формализация расчетов.

2.5.Идентификация параметров модели точности при настроенной обработке размерной поверхности.

2.6.Числовые характеристики рассеивания размеров генеральной совокупности кондиционного множества изделий, прошедших настроенную размерную обработку.

2.7.Практическая апробация методики.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

3.СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИНЕРЦИОННОЙ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ РОТАЦИОННОГО АГРЕГАТА.

3.1 .Постановка задачи.

3.2.Ротационный агрегат сборной конструкции.

3.3.Анализ локальной инерционной размерной цепи ротора.

3.4.0бщее уравнение инерционной размерной цепи ротора сельскохозяйственной машины.

3.5.Алгоритм анализа инерционной размерной цепи ротора на ЭВМ.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

4.АНАЛИЗ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ РОТОРА.

4.1 .Постановка задач.

4.2.Уравнение размерной цепи геометрии ]-й передачи ротационного агрегата.

4.3.Уравнение размерных цепей геометрии полного множества передач ротора.

4.4.Статистическая модель комплексной размерной цепи ротора.

4.5.Формализация расчетов при анализе размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин.

4.6.Примеры расчетов, анализ результатов.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Статистический анализ размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе моделирования настроенной размерной обработки их деталей»

Качество продукции - наиболее актуальная проблема экономики России, которая стояла как в доперестроечные времена (безуспешно завершенная пятилетка качества), так и в настоящее время, характеризующееся вытеснением отечественных производителей с рынков (не только внешнего, но и внутреннего), свертыванием и ликвидацией производств, не выдерживающих конкуренции в сбыте своей продукции по причине её низкого качества.

Изложенное справедливо для продукции любого назначения, в том числе и для продукции сельхозмашиностроения. Последняя в условиях нашей страны, имеющей значительный сектор сельскохозяйственного производства, характеризуется наиболее массовым спросом и потреблением, и именно поэтому современный кризис отечественного производства сельскохозяйственной техники наиболее ощутим для экономики как отдельных регионов, так и страны в целом. Так, бывший гигант отечественного комбайностроения - завод Ростсельмаш - в настоящее время только начинает выходить из кризиса, и наш рынок зерноуборочных комбайнов и другой сельхозтехники свободен для интервенции зарубежных производителей. Последние не только расширяют сбыт своей продукции в РФ, но и активно создают у нас сборочные производства техники для сельского хозяйства. Примеры тому -комбайновые заводы в г.Шахты и г.Краснодаре, построенные совместно с финской и немецкой фирмами, которые уже сейчас, когда только начато производство, создают серьезную конкуренцию заводу Ростсельмаш, обеспечивая выпуск более качественной продукции.

Достоверно установлено, что точность исполнения и монтажа на машине её агрегатов является превалирующим фактором, определяющим практически все показатели качества её функционирования. Ещё на заре становления серийного и массового производства машин их качество связывалось с точностью исполнения деталей, точностью их сопряжений в агрегатах, точностью монтажа агрегатов на машине, отчего принято считать началом постановки и решения проблемы качества машин введение в 1905г. принципа Ф.Тейлора, положенного в основу управления качеством продукции промышленности и используемого и по сей день. Ф.Тейлор выдвинул идею использования не одной, а двух моделей, которые определяли бы пределы допустимого качества. Для графических моделей (чертежей) это свелось к понятиям нижней и верхней границ допусков, а для моделей «в металле» (шаблонов) - к появлению двух типов калибров: пропускных и непропускных. Им, по существу, был разработан механизм, включающий три функции управления: техническое нормирование качества, контроль за соблюдением норм и административное (экономическое) принуждение к их соблюдению. Нормирование качества осуществлялось конструктором и затем реализовывалось технологами; технический контроль - соответствующими отделами (ОТК); административное принуждение - администрацией и службами, определяющими размеры заработной платы, штрафов и удержаний.

Не останавливаясь на последних двух функциях управления качеством, заметим, что требование нормирования точности конструкций при проектировании и реализация этих требований в производстве машин дали толчок бурному развитию теории точности, отдельным разделом которой стала теория расчета размерных цепей, получившая широкое использование в практике создания (проектирование и производство) машин серийного и массового изготовления как средство управления их качеством.

Отечественные ученые внесли весомый вклад в становление и развитие теории точности. Работы Н.А.Бородачева, Н.Г.Бруевича, В.И.Сергеева, В.М.Кован, А.Б.Яхина заложили фундамент этой теории, широко использованный в различных отраслях машиностроения как при конструировании, так и в производстве машин. В отрасли сельхозмашиностроения, имеющей особенности и традиции конструирования и производства машин и их различного рода агрегатов (эти особенности отдельно рассмотрены в п.1.1.), необходимо отметить разработки П.Ф.Дунаева, Б.Д.Дюсенова, П.В.Полещенко и Г.Г.Чернова. Начиная с 80-х годов 20 в., учение о точности получило развитие в разработках О.А.Полушкина, Г.И.Каныгина и других ученых Донского государственного технического университета, которые создали в нем новое направление - исследование точности ротационных агрегатов машин.

Ротационные агрегаты - объекты настоящего исследования -наиболее широко используются в конструкциях машин вообще и в сельхозмашинах, в частности. Объясняется это не только соображениями непрерывности технологических процессов, но и их высоким КПД, относительно низкой стоимостью механизмов трансформации энергии и другими достоинствами передач вращения. Именно поэтому в конструкции зерноуборочного комбайна в качестве молотильных агрегатов, битеров, шнеков и других исполнительных органов используются агрегаты ротационного принципа действия (роторы). Это имеет место и в конструкциях других машин, не только сельскохозяйственного назначения.

Работа ротационных агрегатов связана с генерацией значительных по уровням вибраций, что особо заметно у современных сельхозмашин и зерноуборочных комбайнов, поскольку тенденция роста производительности этих машин привела к росту скоростей вращения их роторов. Наряду с погрешностями привода, одним из наиболее существенных источников этих вибраций является неуравновешенность роторов, устранение которой производится при производстве машин балансировкой.

Как обязательная для роторов зерноуборочных комбайнов технологическая операция балансировки стала лишь в начале 60-х годов прошлого века. На заводе Ростсельмаш по предложенным НИИтракторосельхозмаш технологии и оборудованию была введена операция балансировки молотильного барабана комбайна СК-4 и ряда его шкивов. В настоящее время все ротационные агрегаты зерноуборочных комбайнов СК-5, Дон-1500 и его модификаций проходят балансировку в условиях производства. Все это стало возможным благодаря тому, что исследования динамики ротационных агрегатов сельхозмашин и решение связанных с ними вопросов балансировки за отмеченное время претерпели качественный скачок. Результаты этих исследований, которые производились и в РИСХМе (ДГТУ), легли в основу создания как Государственного /12/, так и отраслевых /27,28/ стандартов, использование которых в практике регламентировало не только использование балансировки для ротационных агрегатов сельхозмашин, но и разработку нормативов точности этой операции при решении вопросов конструирования и производства сельскохозяйственной техники.

Отмеченные исследования, как и созданные на их основе нормативные материалы, позволили решать вопросы точности балансировки в отрыве от рассмотрения и учета погрешностей геометрии привода, которые не только влияют на неуравновешенность ротора, но и являются самостоятельным источником вибраций, определяя тем самым уровни показателей качества работы ротационного агрегата сельскохозяйственной машины. Этот недостаток проистекает из того, что современная теория точности предлагает методы анализа и синтеза лишь скалярных (одномерных) размерных цепей, имеющих одно замыкающее звено, определяемое конечным множеством составляющих звеньев. Лишь отдельные исследователи ставят (но не решают) задачу расчета векторных (многомерных) цепей с конечным множеством замыкающих звеньев, каждое из которых определяется конечным множеством составляющих звеньев.

Хотя подробный анализ работ - как отмеченных выше авторов, так и других разработчиков различных аспектов теории точности - предоставлен ниже (п.1), здесь отметим, что основной проблемой, с которой сталкиваются все исследователи, конструкторы и технологи, является низкая надежность и достоверность точностных расчетов агрегатов машин и технологических процессов их изготовления, обеспечиваемая существующими методами анализа и синтеза размерных цепей. Особо остро эта проблема стоит при расчетах размерных цепей ротационных агрегатов машин, которые с совместным учетом как геометрических погрешностей элементов привода ротора, так и инерционных погрешностей, определяющих характеристики его неуравновешенности, становятся сложными многосвязными векторными цепями, методы исследования которых не разработаны.

Изложенное выше обусловило постановку научной цели настоящей работы - разработка и совершенствование методов контроля и управления качеством и эффективностью создания и работы технических средств мехнизации сельского хозяйства путем обеспечкния надежности и достоверности проектных расчетов векторных многосвязных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе развития и уточнения существующих теоретических основ этих расчетов. Достижение этой цели является крайне актуальным для решения проблемы управления качеством и конкурентоспособностью этих машин в необходимых для России условиях их серийного и массового производства.

На защиту выносятся полученные результаты решения таких новых научных задач как:

- обоснования нового негауссового закона распределения значений размеров деталей сельхозмашин на основе моделирования точности и управления качеством настроенной размерной обработки этих деталей;

- анализ инерционных размерных цепей роторов с конечным числом локальных дисбалансов, что характерно для сборных конструкий роторов сельхозмашины;

- анализ векторной многосвязной размерной цепи ротационного агрегата сельхозмашины с учетом геометрических и инерционных погрешностей, которые в совокупности можно характеризовать как дальнейшее развитие современной теории точности.

Работа выполнялась в рамках научно-технической Программы П.Т. «Ресурсосберегающие технологии автомобильного и тракторного машиностроения», раздел 2: «Энерго- и ресурсосберегающие технологии мобильной сельскохозяйственной техники» Минобразования России в 1998-99 гг. и в рамках научно-технической Программы «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий», раздел: «Механика в машино- и приборостроении» Минобразования России в 2000г. Отдельные из представленных здесь результатов получены при выполнении НИР по грантам ТОО-6.1-Ю44, Т02-06.09-260 Минобразования РФ, выделенным ДГТУ для проведения фундаментальных исследований в области технических наук на 2001.2004гг. Тематика работы вкладывается в такие приоритетные направления научных исследований ДГТУ как «Управление качеством изготовления изделий машиностроительного комплекса» и «Проблемы создания машин и технологических процессов агропромышленного комплекса».

Автор приносит большую благодарность коллективу кафедры «Теория механизмов и машин» ДГТУ за помощь и содействие в выполнении исследований и оформлении диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Бугаевский, Михаил Анатольевич

10. Результаты исследования, гарантированно обеспечивая выполнение существующих нормативов точности исполнения ротационных агрегатов создаваемых сельхозмашин, служат одной из основ подъема эффективности использования этих машин в сельском хозяйстве.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бугаевский, Михаил Анатольевич, 2007 год

1. Абдрашитов P.M., Гребенников Н.И., Райбман Н.С. Точностные расчеты в общем машиностроении. - М.: Машгиз, 1961.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988

3. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.

4. Бородачев H.A. Обоснования методики расчета допусков и ошибок кинематических цепей. 4.1 М.: Изд-во АН СССР, 1943.

5. Бородачев H.A. Анализ качества и точности производства. М.: ОНТИ, 1946.

6. Бородачев H.A., Журавлев А.Н. Статистические методы анализа и контроля качества продукции, хода технологического процесса и состояния производственного оборудования. ЭСМ. т. 15 - М.: Машгиз, 1950.

7. Бородачев H.A. Основные вопросы теории точности производства. -М.: Изд-во АН СССР, 1950.

8. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М. - Л.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1946.

9. ГОСТ Р 22061. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения.

10. ГОСТ Р 50642. Шкивы для клиноременных передач (система, основанная на исходной ширине). Геометрическая проверка канавок.

11. ГОСТ Р 19534. Балансировка вращающихся тел. Термины.

12. Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию в 2-х кн. Под ред. Н.С.Ачеркана, кн.1. М.: Машгиз, 1953.

13. Дунаев П.Ф. Размерные цепи. М.: Машгиз, 1963.

14. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. М.: Машиностроение, 1981.

15. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении. М.: Машгиз, 1953.

16. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1965.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974.

18. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 1974.

19. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. -Л.: Машиностроение, 1970.

20. МС ИСО 1940. Качество балансировки вращающихся деталей. М.: Изд-во стандартов, 1970.

21. МУ105-0-052-80. Оптимизация параметров точности сборочных единиц и деталей изделий. Киев: ВНИИживмаш, 1980.

22. ОСТ 105-449-77. Роторы жесткие. Нормирование точности балансировки. Требования к контролю остаточных дисбалансов. М.: Мин-во машиностр. для животноводства и кормопроизводства, 1978.

23. Полещенко П.В., Чернов Г.Г. Допуски и размерные цепи в сельскохозяйственных машинах. Справочное пособие. М.: Машгиз, 1963.

24. Полушкин O.A. Изыскание и разработка методики оптимального нормирования остаточного дисбаланса ротационных узлов зерноуборочных машин. Дисс.канд.техн.наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1968.

25. Полушкин O.A. К вопросу о нормировании точности роторов сельхозмашин. Сб. статей научн.-исслед. работ по созданию сельскохозяйственных машин и их рабочих органов. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1972.

26. Полушкин O.A. Анализ инерционных размерных цепей роторов сельскохозяйственных машин. В кн.: Труды III конф. молодых ученых и специалистов Ростовской обл. Сельскохозяйственные машины. - Сб. статей. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1973.

27. Полушкин O.A. Общее уравнение анализа функциональных погрешностей роторов сельхозмашин. Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Сб. ст. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1980.

28. Полушкин O.A. Статистический анализ неуравновешенности роторов. /РИСХМ, Ростов н/Д, 1980-Деп. в ЦНИИТЭ Итракторосельхозмаш 11.06.80, № 166.

29. Полушкин O.A. Научные основы нормирования точности исполнения агрегатов сельхозмашин на базе моделирования их динамики и процесссов функционирования. Дисс.д-ра техн. наук. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1983.

30. Полушкин O.A. Алгоритм статистического анализа неуравновешенности сборных конструкций жестких роторов на ЭЦВМ /РИСХМ, Ростов н/Д, 1988. Деп. во ВНИИТЭИагропром 25.04.88, № 285.

31. Полушкин O.A., Декамили J1.E. Определение характеристик неуравновешенности жесткого ротора на машине.-Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб.науч.тр- Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1989.

32. Полушкин O.A., Фокин В.А., Каныгин Г.И. Классификация роторов кормо- и зерноуборочных комбайнов как объектов балансировки. Динамика, прочность и надежность сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб. науч. тр. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1996.

33. Полушкин O.A., Полушкин О.О. Механика квазигибкой роторной системы.-Вестник Донского государственного технического университета. Серия «Вопросы машиноведения и конструирования машин». -Ростов н/Д, 1999.

34. Полушкин O.A., Каныгин Г.И., Василенко A.C. Математическая модель точности автоматизированной обработки изделия.-Вестник-Донского государственного технического университета. Том 1, №1(7), 2001.

35. Полушкин O.A., Бугаевский М.А. Обоснование настроечных параметров процесса автоматизированной размерной обработки изделия /ДГТУ, Ростов н/Д, 2005. Деп. в ВИНИТИ/01.07.2005, № 941 -В2005.

36. Бугаевский М.А., Полушкин О.О. Специфика ротационных агрегатов сельхозмашин и задачи их исследования как объектов управления качеством / ДГТУ, Ростов н/Д, 2005. Деп. в ВИНИТИ/01.07.2005, № 942 -В2005.

37. Сергеев В.И. К расчету точности приборов на стадиях их проектирования. /Труды института машиноведения. Семинар по точности в машиностроении и приборостроении. М.: Изд-во АН СССР, вып.10,1957.

38. Сергеев В.И. О влиянии производственных погрешностей на точность линейных динамических систем.-К кн.: Вопросы точности и надежности в машиностроении. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

39. Сергеев В.И. Корреляционные методы расчета точности механических цепей.-В кн.: О точности и надежности в автоматизированном производстве. -М.: Наука, 1965.

40. Соколовский А.П. Курс технологии машиностроения.-Л.:Машгиз, 4.1, 1947; ч.2,1949.

41. Справочник машиностроителя. В 6-и т. Т.5, кн.И-М.: Машиностроение, 1964.

42. Справочник по балансировке. -М.: Машиностроение, 1992.

43. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 4-х т.- М.: Машиностроение, т. 1-1967; т.2-1967; т.3-1969; т.4-1969.

44. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. А.Н.Гаврилова. -М.: Машиностроение, 1973.

45. Фридлендер И.Г. Критерии и методы оценки точности обработки деталей на станках-В кн.: Труды института машиноведения. Семинар по точности в машиностроении и приборостроении. М.: Изд-во АН СССР, вып.15,1961.