3126

11

1.4. Содержание отчета

1. Критерии оценки надежности металлических конструкций промышленных изделий.

2.Основные направления повышения надежности металлоконструкции.

3.Методы совершенствования методов прочностных расчетов.

Практическое занятие № 5 Изучение работоспособности шарнирных узлов лесных

манипуляторов с новыми конструкционными материалами

Учебные вопросы

1.Причины отказов шарнирных соединений манипуляторов.

2.Конструктивные особенности современных шарнирных соединений манипуляторов.

3.Отработка технологического процесса изготовления и конструкции втулок из полиамида.

4.Методика оценки работоспособности шарнирных соединений манипуляторов

Методические указания по подготовке к практическим занятиям. Причиной отказов шарнирных соединений манипуляторов является износ, который зависит от множества факторов: нагрузки, скорости относительных перемещений, материала трущейся пары, состояния поверхности, температуры, т.е. износ является случайным процессом. С другой стороны, износ пропорционален времени. Увеличение зазоров в шарнирах из-за износа элементов трущейся пары приводит к большим динамическим нагрузкам и ударам, особенно при изменении направления действия нагрузки.

Традиционно в шарнирных сочленениях звеньев манипуляторов, как и в шарнирных узлах грузоподъемных кранов, устанавливаются стальные втулки и оси, имеющие различную твердость. При небольших скоростях (в грузоподъемных кранах) такое решение оправдано даже при малой твердости сопрягаемых деталей. В связи с относительно большими скоростями движения звеньев манипуляторов, даже при различных вариантах твердости сопрягаемых деталей, образуются задиры значительной глубины, оси интенсивно изнашиваются, что может привести к их поломке.

Замена стальных втулок бронзовыми позволяет исключить задиры и интенсивный износ осей. Среднее давление В шарнирах превышает на 30% допустимое для бронзы, однако произведение среднего значения давления на скорость значительно меньше допустимого, а ресурсные испытания подтвердили высокую надежность узлов с бронзовыми втулками. Существенными

12

недостатками этих узлов являются: высокая себестоимость бронзовых втулок, необходимость устройства в осях и втулках каналов для смазки и трудоемкость их обслуживания в эксплуатации.

Сочленение задних крышек и проушин гидроцилиндров со звеньями манипулятора обычно выполняется с использованием сферических подшипников типа ШС. Хотя сферические подшипники позволяют компенсировать непараллельность осей звеньев манипулятора и обеспечивают нормальную собираемость изделия, многочисленные испытания на стендах и в условиях эксплуатации показали их низкую надежность (заклинивание, износ осей). Технологические процессы, обеспечивающие соосность осей отверстий в звеньях манипулятора в пределах, требуемых конструкцией, позволяют взамен подшипников ШС применять бронзовые втулки. Устранить недостатки шарнирных соединений с бронзовыми втулками позволяет применение пластмассовых втулок.

Из пластмасс наиболее полно отвечают требованиям сегодняшнего дня по технологическим свойствам и механическим характеристикам угленаполненные полиамиды ПА-66-1-Л-У40 по ТУ 6-06-25-06 и УПА 6-40 по ТУ 6-13-31-654-89.

Полиамид ПA-66-1Л-У40 рекомендуется применять для шарнирных соединений манипуляторов при удельном давлении до 36 МПа и произведении среднего значения давления на скорость (P V) до 0,5 МПа м/с.

Для проверки работоспособности полиамида в условиях отрицательных температур было изготовлено специальное устройство к стенду СИ-16. Испытания подтвердили работоспособность полиамида ПА-66-1Л-У40 при температурах до минус 40°С.

Отработка технологического процесса изготовления и конструкции втулок из полиамида является важнейшим этапом их внедрения. Установлено, что при толщине стенок втулок до 4 мм материал после прессования имеет равномерную структуру, его механические характеристики соответствуют, указанным в технических условиях.

Одной из важнейших технологических проблем является получение втулок с требуемой точностью без механической обработки. Решение этой проблемы позволяет, во-первых, снизить трудоемкость, во-вторых, исключить удаление наиболее прочного поверхностного слоя пластмассы. Для определения оптимальных режимов стабилизационной термической обработки проведены дополнительные исследования по определению влагопоглащения и влияния температуры среды на стабилизацию размеров втулок из полиамида ПА-66-1-Л-

У40.

Испытания биметаллических втулок со вставкой бронзового листа БрАЖ-9- 4 показали высокую износостойкость в течение 6000 часов машинного времени износ составил 0,32 мм, что в 3 раза меньше допустимого значения.

Содержание отчета

1.Дать характеристику причин отказов шарнирных соединений манипуляторов.

2.Назовите конструктивные особенности современных шарнирных соединений манипуляторов.

3.Методика отработки технологического процесса изготовления и

13

конструкции втулок из полиамида.

4.Методика оценки работоспособности шарнирных соединений манипуляторов, дать описание лабораторного стенда для ресурсных испытаний.

Практическое занятие № 6

Методология разработки комплексной конструкторско -технологической документации на изделия машиностроительного производства

Учебные вопросы:

1.Предпроектный этап.

2.Этап проектирования.

3.Этап разработки рабочей документации.

4.Этап разработки и испытаний (предварительных и приемочных) опытных образцов изделий.

5.Этап постановки изделия на серийное производство.

Принцип параллельной разработки изделий ТС и технологии их производства заключается в параллельных разработке, отработке и реализации технологических решений по производству изделий на основе использования информационной базы данных о типовых прогрессивных КТР. Параллельно с разработкой конструкции изделий ТС решаются следующие задачи разработки технологии их производства.

На предпроектном этапе создается опережающий научно-технический задел по перспективным технологиям в обеспечении создания новых изделий. При этом разрабатываются новые (на новых физических и химических принципах) технологические методы и средства технологического оснащения на основе выполнения фундаментальных, поисковых и прикладных научноисследовательских и опытно-технологических работ; формируются (пополняются, обновляются) массивы (фонды) типовых КТР.

На этапе проектирования изделий формируются предварительные (на этапе технического предложения) и окончательные (на этапе эскизного проекта) принципиальные (определяющие) решения по технологическим проблемам создания и производства новых изделий. В рамках этой задачи осуществляются следующие мероприятия:

—решаются технологические проблемы создания изделий, не решенные на предпроектной стадии и возникшие в процессе проектирования, на основе выполнения прикладных научно-исследовательских и опытно-технологических работ;

—разрабатывается предварительная (на этапе технического предложения) и окончательная (на этапе эскизного проекта) директивная (проектная)

14

технологическая документация, содержащая определяющие (принципиальные) проектные решения по технологии производства создаваемых изделий;

—формируются укрупненные планы основных мероприятий по технологической подготовке производства создаваемых изделий.

На этапе разработки рабочей документации на изделия формируются программы экспериментальной отработки новых технологических решений и планы технологической подготовки опытного производства. На данном этапе:

—выявляют и решают технологические проблемы изготовления критичных элементов изделий;

—разрабатывают программы экспериментальной отработки новых технологических решений в составе комплексных программ экспериментальной отработки изделий;

—формируют планы технологической подготовки производства к изготовлению и заводским испытаниям опытных образцов изделий на основе ранее разработанных планов основных мероприятий по технологической подготовке производства.

На этапах изготовления и испытаний (предварительных и приемочных)

опытных образцов изделий разрабатывают, отрабатывают и осваивают рабочую технологию изготовления и испытаний опытных образцов изделий, а также начинают разработку и отработку наиболее сложных и трудоемких элементов технологий производства серийных изделий. На этих этапах:

—разрабатывают и корректируют по результатам изготовления и испытаний опытных образцов изделий рабочую технологическую документацию на процессы изготовления и испытаний с учетом директивной технологической документации и с использованием базы данных на основе КТР;

—определяют критичные (специальные) технологические процессы, выполняемые только в управляемых условиях;

—определяют особо важные (ответственные) операции, выполняемые только аттестованными исполнителями и в дневное время;

—отрабатывают новые технологические процессы и средства технологического оснащения в соответствии с программами экспериментальной отработки для условий опытного и серийного производства изделий;

—проектируют и изготовляют специальные средства технологического оснащения (оборудование и оснастка) с использованием баз данных КТР;

—формируют предварительный план технологической подготовки производства серийных изделий на основе ранее разработанных укрупненных планов и планов технологической подготовки производства опытных образцов

15

изделий;

—начинают наиболее трудоемкие (по срокам и ресурсам) и сложные работы по технологической подготовке производства серийных изделий, в том числе: проектируют сложное и уникальное специальное оборудование с использованием баз данных типовых КТР; разрабатывают рабочую технологию на наиболее сложные процессы изготовления и испытаний изделий с использованием баз данных типовых КТР и т. д.

На этапе постановки изделия на серийное производство завершается разработка рабочей технологии изготовления серийных изделий. На данном этапе:

—изготовителю серийных изделий передают: уточненную директивную технологическую документацию и элементы рабочих технологий изготовления опытных образцов изделий, пригодных для использования в серийном производстве (технологическую документацию; конструкторскую документацию на однотипное специальное оборудование и оснастку; управляющие программы; однотипное оборудование и оснастку);

—уточняют план технологической подготовки производства серийных

изделий;

—завершают разработку (корректировку) рабочей технологической документации на процессы изготовления серийных изделий с учетом директивной технологической документации, рабочей технологии изготовления опытных образцов изделий;

—уточняют состав критичных (специальных) технологических процессов и особо важных (ответственных) операций для условий серийного производства;

—завершают отработку новых технологических процессов для условий серийного производства в соответствии с программой отработки, если она не была завершена на предыдущем этапе;

—завершается проектирование, изготовление и внедрение специального технологического оборудования и оснастки.

Принцип параллельной разработки изделий и технологии применяется в процессе разработки всех составляющих элементов ТС — от отдельных деталей до агрегатов, сборочных единиц и изделия в целом.

Параллельная разработка изделий ТС и технологий их производства способствовала ускорению работ по подготовке производства до проектного этапа создания изделий и сокращению цикла подготовки производства изделий в

1,5 раза.

16

Содержание отчета

1.Предпроектный этап.

2.Этап проектирования.

3.Этап разработки рабочей документации.

4.Этап разработки и испытаний (предварительных и приемочных) опытных образцов изделий.

5.Этап постановки изделия на серийное производство.

Практическое занятие № 7 Теоретическая оптимизация параметров промышленной продукции

Учебные вопросы:

1.Требования к методам оптимизации.

2.Теоретическая оптимизация.

3.Математическая модель функционирования объекта лесопромышленной продукции.

Методические указания по подготовке к практическим занятиям 1. Оптимизация проводится с целью улучшения эффективности

использования промышленной продукции (ПП) на основе повышения ее научнотехнического уровня и технических условий за счет приближения значений текущих параметров к оптимальным.

Параметры характеризуют физические, химические, технические, эргономические, эстетические и другие свойства объекта ПП. В методических и нормативно-технических документах, в чертежах и технических описаниях при помощи параметров выражают количественные требования (нормы), формируют показатели качества продукции. Оптимизация ПОС заключается в установлении таких значений этих параметров и такого их изменения во времени, при которых достигается максимально возможная в определенных условиях эффективность.

Максимальная эффективность в зависимости от конкретных условий означает максимальный эффект (результат) при заданных затратах, или заданный эффект при минимальных затратах, или максимальное значение отношения эффекта к затратам, т. е. максимум эффекта, приходящегося на единицу затрат. Под эффектом (результатом) понимается достижение определенных экономических, технических и социальных целей. К затратам относятся расход материальных, трудовых и природных ресурсов, а также потери, обусловленные появлением побочных и отрицательных эффектов.

2. Рассматриваются методы, при которых оптимизация производится в два этапа. Вначале по модели более высокой ступени иерархии оптимизируются значения нормативов, а затем по модели более низкой ступени иерархии по уже установленным нормативам определяются искомые оптимальные значения параметров объектов.

К теоретическим методам оптимизации с формализацией цели и

17

ограничений относят методы, в которых при оптимизации детально учитываются все существующие факторы и описываются необходимые зависимости с полной реализацией общей схемы оптимизации (см. рис. 7.4).

Этап включает выбор вычислительного алгоритма, составление программы для ЭВМ с реализацией выбранного алгоритма, проведение вычислений на ЭВМ по составленным программам; проведение анализа результатов, сопоставление их с теоретическими прогнозами и данными натурного эксперимента. Из сопоставления выясняется, удачно ли выбраны математическая модель и вычислительный алгоритм. При необходимости они уточняются и вычисления повторяются на более совершенной основе.

Математическая модель оптимизации параметров ПП является формализованной научной абстракцией, описывающей процесс функционирования объекта в общем случае на всех этапах его существования таким образом, что при помощи ее можно рассчитывать оптимальные значения параметров данного объекта.

Возросшее влияние параметров, характеризующих свойства материалов, обусловливает необходимость в процессе технологической подготовки производства рассматривать во взаимосвязи и приводить в должное соответствие качественные показатели, возможности и особенности применения конструкторских и технологических решений, с учетом свойств используемых материалов. Трактовка понятия «конструкторско-технологическое решение» направлена на объединение усилий разных специалистов на создание сложных систем изделия: конструктора и проектировщика, конструктора и технолога. Отсутствие строгих или применение интуитивных определений затрудняет их взаимодействие.

В качестве примера приводится обоснование гидрокинематической схемы механизма поворота колонны манипулятора с пневмогидравлическим демпфером и его влияние на динамику гидропривода в рабочих процессах. Для воспроизведения в модели рабочего цикла манипулятора расчеты были организованы в виде компьютерного эксперимента. Он заключается последовательной комбинации следующих режимов: "поворот колонны влево" из начального положения на угол 30О; "остановка" и выдержка в течение нескольких секунд; "поворот колонны вправо" до исходного углового положения; "остановка". Остановка поворота колонны сопровождается резким запиранием питающей и сливной гидромагистралей. При этом на графиках PЛ(t) и PП(t) появляются всплески давления, а на графиках раскачивания груза lτ и lr появляются пики, которые сменяются затухающими колебаниями. Изменяя конструктивные параметры демпфера необходимо добиться сглаживания всплесков давления и уменьшения амплитуды колебания груза.

В ходе оптимизации необходимо минимизировать каждый из перечисленных величин. Для удобства анализа результатов оптимизации факторы были сгруппированы попарно. Соответственно были решены две

18

При оптимизации параметров демпфера каждый из четырех факторов варьировали на восьми уровнях:

-K от 0,70 до 3,00 с шагом 0,29;

-dП от 10,00 до 60,00 мм с шагом 6,25 мм;

-сП от 0,00 до 2,00 МН/м с шагом 0,25 МН/м;

-lП от 0,00 до 10,00 мм с шагом 1,25 мм;

Анализируя каждую из поверхностей отклика, представленную с помощью линий уровня, можно условно разделить факторное пространство на две области: благоприятную (затемнена), в которой критерий оптимизации принимает искомые минимальные значения, и неблагоприятную. Выбор границы между благоприятной и неблагоприятной областью производился экспертным путем. При этом руководствовались следующими правилами: благоприятная область должна содержать искомые минимальные значения функции, занимать значительную долю факторного пространства, и по возможности не включать области резкого изменения функции.

Содержание отчета

1.Требования к методам оптимизации.

2.Цель оптимизации.

3.Параметры оптимизации промышленной продукции.

4. Дать анализ математической модели функционирования объекта лесопромышленной продукции.

5.Целевые функции.

6. Дать анализ графиков теоретической оптимизации.

Практическое занятие № 8.

Экспериментальная оптимизация конструктивных параметров промышленной продукции

Учебные вопросы 1. Конструкция объекта оптимизации.

2.Методика проведения полнофакторного эксперимента.

3.Целевые функции.

4.Анализ графиков экспериментальной оптимизации.

Особенность экспериментальной оптимизации состоит в том, что конкретный вид зависимостей, формирующих множество допустимых значений параметров и условий функции, неизвестен, тогда как применение теоретических методов требует предварительных определений этих зависимостей. Экспериментальная оптимизация проводится на реальном изделии, макете или физической модели, в отличие от теоретической оптимизации, основу которой составляет исследование соответствующей математической модели. Для экспериментальной оптимизации параметров гидропривода механизма поворота

19

колонны используется серийный манипулятор ЛВ-210, с контрольноизмерительными приборами.

При проведении оптимизации экспериментальные работы осуществляют на основе математической теории планирования эксперимента. Планирование эксперимента представляет собой процедуру выбора условий проведения опытов и установления их количества, а также выбора методов статистической обработки результатов эксперимента и принятия решений.

Организация эксперимента на основе математической теории планирования эксперимента дает возможность оптимизировать процесс экспериментального исследования.

Содержание отчета

1.Цель экспериментальной оптимизации.

2.Дать описание объекта оптимизации.

3.Методика экспериментальной оптимизации.

4.Целевые функции.

5.Дать анализ графиков экспериментальной оптимизации.

Практическое занятие № 9.

Принятие решений и разработка рекомендаций по оптимизации параметров промышленной продукции

Учебные вопросы

1. Понятия следующих требований к методам оптимизации: точность, полнота, детальность, своевременность, наличие характеристик результатов.

2.Характеристика количественных методов оптимизации параметров

изделий.

3.Необходимость комплексности оптимизации.

Крезультатам оптимизации предъявляются следующие требования: точность, полнота, детальность, своевременность, наличие характеристик результатов.

Основное требование — требование к точности оптимизации, т. е. близости полученных расчетным (или экспериментальным) путем оптимальных показателей качества к действительно оптимальным. Мерой точности оптимизации могут быть отклонения найденных расчетным путем оптимальных показателей Роптз действительных оптимальных Ропт

Полнота результатов характеризует уровень охвата оптимизацией функциональных параметров объектов, отклонения которых существенно влияют на величину целевой функции. Детализация результатов заключается в доведении оптимизации до единичных параметров типа линейных размеров, механических

20

свойств материала, отклонений точности. Мерой полноты и детализации оптимизации могут служить погрешности величины целевой функции, вызванные тем, что часть параметров не охвачена оптимизацией, и тем, что оптимизация не доведена до единичных показателей.

Важным требованием к результатам оптимизации является своевременность их получения: чем раньше относительно некоторого характерного момента времени жизненного цикла изделия производится его оптимизация с данной точностью, детализацией и полнотой, тем больше может быть пользы от оптимизации, так как ее результаты могут использоваться на более ранних стадиях разработки. Поэтому есть некоторый оптимальный срок завершения оптимизации при данной точности, полноте и детализации.

Для удовлетворения указанных требований к результатам применяют количественные методы оптимизации параметров объектов. Количественные методы оптимизации базируются на теории и практике проектирования и разработки изделий, на методах исследования операций, теории сложных систем, теории принятия решений, методах моделирования при помощи ЭВМ.

В зависимости от характера преобладающих процедур методы оптимизации ПОС подразделяют на теоретические (преобладают вычислительные процедуры), экспериментальные (преобладают экспериментальные процедуры) и экспериментально-теоретические (существенную роль играют как вычислительные, так и экспериментальные процедуры).

Методы оптимизации должны обеспечить динамичность (опережаемость) и комплексность оптимизации, проведение оптимизации в условиях неопределенности, осуществление анализа соответствия принятой математической модели стоящей задаче и широкое внедрение оптимизации в управление качеством объекта.

Динамичность оптимизации заключается в том, что определенные параметры являются оптимальными не для периода проведения работ по оптимизации, а для будущего периода времени создания и функционирования объекта. Опережаемость оптимизации нужна для обеспечения точности и своевременности результатов.

Комплексность оптимизации заключается в учете взаимодействия элементов объектов и их параметров и взаимодействия этого объекта с другими. Комплексность оптимизации нужна для обеспечения точности результатов: чем больше комплексность, тем найденные при оптимизации показатели качества ближе к действительно оптимальным. Но при этом увеличивается трудоемкость и длительность процесса оптимизации. Конечно, учесть все связи при оптимизации