Розробка технологічного і структурного забезпечення проектування високопродуктивних процесів і систем складання безперервної дії

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.02. 08 - Технологія машинобудування

УДК. 621.923

Розробка технологічного і структурного забезпечення проектування високопродуктивних процесів і систем складання безперервної дії

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Іщенко Олександр Львович

Донецьк 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті Міносвіти України

Захист відбудеться “30” червня 1999г. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.052. 04 при Донецькому державному технічному університеті за адресою 340000, м. Донецьк, вул. Артема 58, ДонДТУ, 6-ий навчальний корпус, ауд. 6.202.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ДонДТУ, 340000, м. Донецьк, вул. Артема 58, 2 навчальний корпус.

Автореферат розісланий “28” травня 1999г.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к. т. н., доцент Т. Г. Івченко

АННОТАЦИЯ

Ищенко А.Л. “Разработка технологического и структурного обеспечения проектирования высокопроизводительных процессов и систем сборки непрерывного действия”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1999.

Диссертация посвящена вопросам повышения производительности сборочных процессов, за счет использования технологических систем непрерывного действия. Разработаны модели: технологической системы непрерывного действия для сборочных процессов; технологического процесса сборки, которая позволяет определить наиболее рациональный с точки зрения использования материальных, энергетических и информационных потоков. Предложена иерархическая структура построения сборочных технологических систем непрерывного действия. Рассмотрены структуры сборочных технологических систем непрерывного действия. Установлено, что максимальную производительность обеспечивают технологические системы с параллельной структурой. Разработана универсальная кинематическая модель, позволяющая получить различные варианты кинематики функционирования сборочных систем. Аналитически определено движение сборочных компонент по позициям входного и выходных сборочных модулей. Разработан сборочный автомат непрерывного действия. Результаты диссертационной работы внедрены в производство и в учебный процесс.

Ключевые слова: сборка, технологические системы непрерывного действия, кинематика, многоциклические рекуррентные потоки.

ANNOTATION

A.L. Ishchenko. Development of the Technology and Structural Provision of the Design of Highly Productive Processes and Systems of Continuous Assembly. - Manuscript.

Candidate of Science Dissertation on the speciality 05.02.08- Machine-Building Technology.- Donetsk State Technical University, Donetsk, 1999 .

The dissertation deals with the problems of the assembly processes productivity increase made at the expense of continuous technology systems application.

The general methodology approach to design the automatic technology assembly systems used for assembly processes is proposed in the paper.

There are 6 sections in it.

The first one is devoted to the problem present state analysis. The goal and tasks of the investigation are identified. The aim of the dissertation is to develop the methods of continuous technology systems design methods applied to the assembly processes, which provide the productivity and manufacturing processes automation level raise achieved due to the application of qualitatively new structures and the continuos kinematically automatic technology systems.

To achieve the goal the following tasks were solved:

-the assembly technology process hypothetical models were developed;

-the multivariant continuous component and unit process mathematics model was developed;

-the automatic technology assembly system structure dependence on the assembly article structure was identified;

-the automatic technology assembly module functioning universal kinematic model was developed;

-the assembly components route parameters for one input and n number of output technology assembly modules were defined;

-the continuous automatic technology assembly systems functional structures were developed;

-the continuous automatic technology assembly systems design algorithm was developed;

-the continuous automatic technology assembly systems non-traditional variants were developed.

The second section is devoted to the modelling problems. The assembly process technology model based on the graph theory and influence of three main flows (energy, information, and material) on the assembly object was proposed. The model allows to minimise the technology assembly process both for each separate flow and all the flows in the whole.

The assembly technology systems structures are examined in the third section. The given type assembly system structure is stated to change from the consecutive to the parallel one. The system maximum productivity is achieved under the assembly system parallel structure.

The kinematics universal model of the assembly technology module functioning which allows to get the complete set of the variants of technology assembly modules kinematics is proposed in the fourth section. The continuous assembly technology systems structural in principle models obtaining is examined. It is possible to get the concrete variants of continuous assembly technology systems on their basis.

The fifth section is devoted to the problem of routing of the intermediate assembly components for divided flows (out input and n number of output assembly modules) for the first-class (rotor systems) technology systems. The analytical dependences were obtained. They allow to identify the following: the position of the intermediate assembly component at any time-moment, the general number of routes of the assembly components movement, and a number of routes of the complete kinematics cycle.

The continuous assembly automaton design aimed to make the assembly of O-ring seals with cylindrical articles (fig. 7) is considered in the sixth section of the dissertation. These articles have been widely adopted in the units of hydraulic and pneumatic equipment. The investigations on the influence of geometry parametres on the assembly process productivity and reliability were carried out as applied to this automaton. The continuous technology assembly systems algorithm based on the proposed theory was developed. The recommendations on the further development of the systems of this type are proposed. The dissertation results are introduced into the manufacturing and the academic process.

Key words: assembly, continuous technology systems, kinematics, multicyclic recurrent flows.

АНОТАЦІЯ

Іщенко О. Л. “Розробка технологічного і структурного забезпечення проектування високопродуктивних процесів і систем складання безперервної дії”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.02. 08 - Технологія машинобудування. - Донецький державний технічний університет, Донецьк, 1999.

Дисертація присвячена питанням підвищення продуктивності складальних процесів, за рахунок використання технологічних систем безперервної дії. Розроблені моделі: технологічної системи безперервної дії для складальних процесів; технологічного процесу складання, що дозволяє визначити найбільш раціональний з точки зору використання матеріальних, енергетичних і інформаційних потоків. Запропонована ієрархічна структура побудови складальних технологічних систем безперервної дії. Розглянуті структури складальних технологічних систем безперервної дії. Встановлено, що максимальну продуктивність забезпечують технологічні системи з паралельною структурою. Розроблена універсальна кінематична модель, що дозволить отримати різноманітні варіанти кінематики функціонування складальних систем. Аналітично визначен рух складальних компонент по позиціям вхідного і вихідних складальних модулей. Розроблен складальний автомат безперервної дії. Результати дисертаційної роботи впроваджені у виробництво і в навчальний процес.

Ключові слова: складання, технологічні системи безперервної дії, кінематика, багатоциклічні рекурентні потоки.

подетальний автоматичний маршрутизація

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У дійсний час автоматизація виробничих процесів є одним з найважливіших напрямків науково-технічного прогресу, що забезпечує інтенсифікацію виробництва. Автоматизація складальних процесів досягла високого рівня. Однак аналіз сучасного стану цього питання показує відставання у розвитку складальних процесів від заготівельних і механооброблювачих операцій. В загальній структурі трудомісткості виготовлення машин складання містить 25... 40%, у приладобудівництві - 40... 70%. У машинобудуванні механізоване 25... 30%, в приладобудівництві 12... 15% складальних операцій, а автоматизоване - не більш 5... 6%.

Більша частка затрат часу на складальні роботи в загальній трудомісткості виготовлення машин і тривалість загального виробничого циклу складання роблять особливо актуальною проблему автоматизації складальних робіт. Значення рішення цієї проблеми визначається не тільки задачами підвищення якості продукції, економічності її виробництва і підвищення продуктивності праці, але зв'язане також з рішенням найважливішої соціальної задачі - зменшення, а після цього і ліквідації утомливої фізичної ручної праці, що досягає в складальних процесах 60-80%.

Великі можливості в рішенні проблеми інтенсифікації і автоматизації виробничих процесів складання забезпечує застосування технологічних систем безперервної дії, виконаних на базі роторних і роторно-конвеєрних машин.

Більшість складальних операцій за своїм характером і технологічною суттєвістю простіше багатьох операцій механічної обробки.

Однак, до дійсного часу ще не вивчені питання створення і функціонування автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії для складальних процесів. Не виконан аналіз загальних структурно-функціональних параметрів автоматичних технологічних систем безперервної дії для складальних процесів зі складною просторовою структурою технологічних елементів. Відсутні загальні принципи компоновки і проектування технологічних систем зі складною просторовою структурою і кінематикою функціонування технологічних елементів.

Виходячи з викладеного вище, розробка методів проектування автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії для складальних процесів є надто актуальною науковою задачею, і направлена на комплексне рішення задач по створенню автоматичних технологічних систем безперервної дії для складальних процесів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана у відповідності з тематичними планами науково-дослідних робіт кафедри “Технологія машинобудування” Донецького державного технічного університету (держбюджетні теми: 0193U027070 “Розробка методів компоновки і проектування високоефективних поточно-просторових технологічних систем безперервної дії для складальних процесів вугільного машинобудування”, 0197U008205 “Розробка теоретичних основ підвищення ефективності методів обробки виробів на базі поточно-просторових технологічних систем безперервної дії”), затверджених Міністерством Освіти України.

Мета і задачі досліджень. Мета дисертаційної роботи - розробка методів проектування технологічних систем безперервної дії для складальних процесів, що забезпечують підвищення продуктивності і рівня автоматизації виробничих процесів за рахунок використання якісно нових структур і особливостей кінематики автоматичних технологічних систем безперервної дії.

Для досягнення поставленої мети, вирішені наступні задачі:

- розроблені гіпотетичні моделі технологічного процесу складання;

- розроблена математична модель багатоваріантного безперервного процесу подетального і вузлового складання;

- визначена залежність структури автоматичної технологічної складальної системи від структури складального виробу;

- розроблена універсальна кінематична модель функціонування автоматичного технологічного складального модуля;

- визначені параметри маршрутизації складальних компонент для однієї вхідної і n-ої кількості вихідних технологічних складальних модулей;

- розроблені функціональні структури автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії;

- розроблен алгоритм проектування автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії;

- розроблені нетрадиційні варіанти автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Розроблена методологія системного підходу синтезу високопродуктивних складальних процесів і технологічних систем безперервної дії на основі суміщення транспортних і технологічних рухів.

2. Розроблена гіпотетична модель технологічного процесу подетального і вузлового складання виробів, що враховує параметри матеріальних, енергетичних та інформаційних потоків, що дозволяє мінімізувати технологічний процес на кожному потоці окремо і вирішувати задачі пов'язані зі створенням нових схем технологічного впливу.

3. Розроблена математична модель подетального і вузлового складання виробів, котра дозволяє узагальнити вплив автоматичної технологічної складальної системи безперервної дії (упорядкована множина) на складальний вироб (точічна неупорядкована множина).

4. Розроблений метод синтезу множини структур технологічних систем безперервної дії для складання виробів, що засновується на теорії структур, що дозволить вести направлений пошук заданих технологічних систем.

5. Встановлена залежність параметрів структури технологічної системи складання, що має один вхідний складальний модуль і декілька вихідних модулей і параметрів маршрутизації виробів в технологічних процесах складання. Розроблені основи теорії маршрутизації для однієї вхідної і п-ої кількості вихідних роторів, на базі алгебри груп (рекурентні двухциклічні групи). Визначені параметри маршрутизації в залежності від співвідношення кількості позицій вхідного і вихідних модулей. Це дозволяє визначити положення складальної компоненти в будь-який момент часу по складальним роторам і їхнім позиціям.

6. Розроблені нетрадиційні варіанти технологічних систем безперервної дії для складання кільцевих гумових ущільнень з циліндричними виробами з кільцевою проточкою, для складання деталей типу “вал-втулка” з гарантованим зазором, основані на суміщенні транспортних і технологічних рухів.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені методи синтезу дозволяють створювати конкретні варіанти високоефективних автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії, котрі забезпечують високу продуктивність складання виробів, безперервність функціонування процесу складання виробів, мінімальну компактованість автоматичної технологічної складальної системи у просторі на базі принципу суміщення транспортних і технологічних рухів, що дає можливість створення простих конструкцій.

Розроблені нетрадиційні варіанти складання виробів дозволяють підвищити продуктивність складальних процесів у 3 - 7 разів, зменшити виробничі площі в 3 - 5 разів, виключити людину з монотонної циклічної праці, що повторюється, і яка призводить до психофізичного втомлення.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в виробництво (на Рутченківському заводі АТ “Гормаш” впроваджений автомат для складання кільцевих гумових ущільнень і циліндричних виробів, що мають кільцеву проточку) і в навчальний процес (в Херсонському індустріальному інституті на кафедрі “Технологія машинобудування” впроваджена “Методика синтезу технологічних систем безперервної дії з суміщенням транспортних і технологічних функцій для складальних процесів”).

Виготовлені експериментальні зразки для складання натурних виробів. Виготовлені комп'ютерні і фізичні моделі.

Апробація результатів роботи. Результати дисертаційної роботи розглядалися на науково-технічних семінарах кафедр “Технологія машинобудування”, “Металорізальні верстати і системи” та розширеному засіданні механічного факультету ДонДТУ. Результати дисертаційної роботи доповідалися на науково-технічних конференціях у м. Києві 1993р. “Оснастка - 94”, м. Донецьку 1998р. “Торгівля і ринок України” і на п'яти міжнародних науково-технічних конференціях у м. Севастополі: 1995р. “Прогресивна техніка і технології машинобудування”; 1996р. “Сучасні проблеми машинобудування і технічний прогрес”; 1997р. “Прогресивні технології машинобудування і сучасність”; 1998р. “Машинобудування і техносфера на рубежі XXI сторіччя”.

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 8 основних працях, з них 4 статті і 4 тези доповідей.

Структура і обсяг роботи. Робота містить: вступ, 6 розділів, висновок, список джерел, що використалися, додатки. Загальний обсяг: 205 сторінок, в тому числі: 53 рисунка, 5 таблиць, 112 бібліографічних назв.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У вступній частині роботи обгрунтована актуальність проблеми використання складальних автоматичних технологічних систем безперервної дії. Наведені: мета роботи і задачі досліджень; визначена наукова новизна роботи і отримані практичні результати; показаний зв'язок теми дисертаційної роботи з науковими програмами, темами, планами; інформація про апробацію роботи; основні публікації.

Розділ 1. В розділі наведений аналіз літератури по даному питанню. Аналіз проводився з точки зору структури побудови технологічних процесів складання в умовах автоматичного складання виробів і існуючих систем безперервної дії для складальних процесів. Встановлено, що досить повно розглянуті і досліджені питання базування складальних елементів, умови складаємості складальних компонент, орієнтації складальних компонент в просторі, структури технологічного процесу складання виробів, завантаження технологічних систем складальними компонентами. В основному, складанню виробів приділялася увага з використанням маніпуляторів.

Проведений аналітичний огляд з питання автоматизації складальних процесів дозволяє зробити наступні висновки:

- складальні процеси мають низький рівень автоматизації із-за великої номенклатури виробів;

- для підвищення техніко-економічних показників процесу складання перспективно застосування роторних і роторно-конвеєрних машин і ліній;

- застосування технологічних систем безперервної дії для складальних процесів обмежене із-за відсутності загальних принципів і методів проектування складних технологічних систем складання;

- роторні та роторно-конвеєрні машини, що застосовуються, мають складні конструкції, що обмежує їхнє використання і стримує їхнє застосування для складальних процесів;

- продуктивність і якість складання можна збільшити за рахунок використання автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії;

- існуючі методи проектування складальних технологічних систем безперервної дії не дозволяють створювати складальні системи даного типу;

- для спрощення конструкцій необхідно перейти до суміщення транспортних і технологічних функцій, що дозволить зменшити вартість складального обладнання, скоротити виробничі площі.

При аналізі літературних джерел по даному питанню були розглянуті матеріали таких відомих учених, що займаються питаннями автоматичного складання виробів, як: М. С. Лебедовського, В. Л. Вєйца, А. І. Фєдотова, Т. Є. Калде, К. Я. Муценека, Л. І. Буловського, А. А. Гусєва, В. В. Косилова, М. В. Захарова, І. А. Клусова, М. П. Новікова, П. І. Алексєєва, Л. М. Кошкіна, А. М. Рабіновіча, М. І. Шершевського, В. А. Яхимовича, У. Б. Хегінботама, Дж. Холлінгама, Дж. Мортімера, Б. Рукса, М. Іннеса, І. К. Бояджиєва та ін.

Вивчення питання показало помітне відставання використання автоматичних технологічних систем безперервної дії для складальних процесів. Недостатньо розроблені теоретичні основи автоматичного складання:

- недостатньо розглянуті питання побудови структур автоматичних технологічних складальних систем;

- не в повній мірі розглянуті методи проектування автоматичних технологічних складальних систем;

- не повністю розглянута кінематика рухів складальних компонент;

- не порушувалися питання маршрутизації проміжних складальних компонент для складальних процесів.

Розділ 2. Другий розділ роботи присвячений питанням методології проектування автоматичних технологічних складальних систем і технологічних процесів складання.

Для побудови загальної методики проектування складальних технологічних систем безперервної дії розроблена абстрактна модель автоматичної складальної системи (рис. 1).

Запропонована модель являє собою сукупність надсистеми, в якій показане, що шляхом технологічного впливу, здійснює вплив на систему процесу складання за допомогою трьох потоків (матеріального S, інформаційного I та енергетичного Е). Розроблена модель привизначена для розробки методології при проектуванні технічних систем безперервної дії для складальних процесів.

Для опису процесу функціонування технологічної складальної системи безперервної дії була розроблена модель технологічного процесу складання, що є розвитком теорії запропонованої М. С. Лебедовським, і заснована на практичному застосуванні теорії графів.

На рис. 2 наведений граф, узагальнюючий процес складання абстрактного складального виробу.

Тут кожна складальна компонента Xj описується кортежем (e, i, s), і складається з потоку енергії e, інформації i, та матерії s.

На першому етапі до елементу x1 приєднуються два елементи x2 і x3 в результаті чого одержується проміжна складальна одиниця x4*. На другому етапі до елементу x4* приєднуються елементи x6, x8 і, в результаті одержуємо проміжну складальну одиницю x7* (граф G2 (X2, U2)).

Аналогічно виконується для отримання кожної проміжної одиниці xj*, до отримання складального виробу xп*.

Загальна модель побудови структури технологічного процесу має наступний вид:

Gn(Xn,Un)=G1(X1,U1)UG2(X2,U2)U...UGn(Xn,Un).

Виходячи з цього:

Xn=X1UX2UX3U...UXkU...UXiU...UXn=

={(e1,i1,s1), (e2,i2,s2), (e3,i3,s3), (e4,i4,s4)*}U

U{(e4,i4,s4), (e5,i5,s5), (e6,i6,s6), (e7,i7,s7)*}U

U{(e7,i7,s7), (e8,i8,s8), (e9,i9,s9), (e10,i10,s10), (e11,i11,s11)*}U...U

U{(ek-1,ik-1,sk-1), (ek,ik,sk), (ek+1,i k+1,s k+1), (e k+2,i k+2,s k+2)*}U...U

U{(ei-2,ii-2,si-2), (e i-1,i i-1,s i-1), (ei,ii,si), (e i+1,i i+1,s i+1), (e i+2,i i+2,s i+2)*}U...U

U{(e n-1,i n-1,s n-1), (en,in,sn)*}, (1)

Un=U1UU2UU3U...UUkU...UUiU...UUn. (2)

Таким чином вирази (1) і (2), що описують складання узагальнюючого складального виробу, відбивають узагальнену інформаційну модель переходу (з'єднання і фіксація) основної операції технологічного процесу автоматичної складання. Вирази (1) і (2), а також самий граф легко дозволяють простежити всі зв'язки і вплив кожного кортежу на загальну характеристику моделі, а отже, і моделлю, що описує досліджуємий виріб. При використанні кодування для кожного потоку можна здійснити мінімізацію кожного потоку окремо і в цілому для всього складального виробу. При цьому велику вигоду дає використання матриць суміжності Mс і їхні основні властивості. Для повного подання складальних технологічних систем безперервної дії запропонована ієрархічна структура даних систем (рис. 3).

Розроблена ієрархічна структура включає в себе технологічні модулі (ТМ), контрольні модулі (КМ), блоки технологічного впливу і допоміжні блоки технологічного впливу (БТВ і ДБТВ), контрольні блоки (КБ). Запропонована ієрархічна структура не включає транспортні системи, припускається, що складальні компоненти повинні переміщатися між технологічними модулями без їхнього використання, що дозволить зменшити габарити складальної системи.

Запропонована математична модель, що описує процес складання виробу. В моделі складальний виріб розглядається як неупорядкована одноточічна множина. За рахунок впливу що складають автоматичну технологічну складальну систему на неупорядковану множину відбувається її упорядкованість за рахунок технологічної функції j. Запропонована модель дозволяє описувати процес складання будь-якого складального зўєднання.

Розроблені моделі є методологією системного підходу для створення складальних технологічних систем безперервної дії.

Розділ 3. Для реалізації технологічного процесу і функціонування складальних технологічних систем безперервної дії розроблені класи функцій що реалізуються в автоматичних технологічних системах безперервної дії (рис. 4).

Розглянуті варіанти структур складальних технологічних систем безперервної дії для складальних процесів. Встановлено, що найбільш ефективними, з точки зору максимальної продуктивності, є паралельні структури. Структури автоматичних технологічних складальних систем змінюються в межах від паралельних до послідовних структур. На основі цього отримані вирази для отримання структур побудови складальних систем безперервної дії для складальних процесів:

,

де X1 - паралельна структура; X2 - послідовна структура; i - максимально можливе число варіантів структур; n, k, p, m - проміжні числа варіантів структур, що повинні задовольняти наступним умовам: 0Ј nЈ i, 0Ј pЈ i, 0Ј kЈ i, 0Ј mЈ i.

Структура технологічної складальної системи описується виразом:

StrTCC=Strj Stri,

де Strj - структура, що відбиває безпосереднє з'єднання складальних компонент; Stri - структура, що відбиває подачу, орієнтацію, базування, транспортування, допоміжні і контрольні операції, що здійснюються в автоматичній технологічній складальній системі.

В розділі встановлено:

- структура автоматичної технологічної складальної системи є гомоморфною, що не дає чіткого подання про функціонування системи;

- верхня грань модифікації структур надає максимально можливу продуктивність складальної системи;

- розробка структури автоматичної складальної системи повинна починатися з визначення структури Strj, а після цього ведеться розробка структури всієї автоматичної технологічної складальної системи.

- найбільш раціональні структури складальних технологічних систем знаходяться в інтервалі від послідовної до паралельної структури.

Розділ 4. Після отримання структур автоматичних технологічних складальних систем, розробленого технологічного процесу і вибраних компонент складальної системи необхідно визначити кінематику функціонування складальної системи. Для цього розроблена універсальна кінематична модель функціонування складальної технологічної системи безперервної дії, що грунтується на логічному додаванні елементарних рухів (рис. 5). Отримано загальний вираз, що дозволяє генерувати всі можливі комбінації кінематики і на основі аналізу вибрати необхідне рішення.

Запропонована залежність має вид:

де Fi(t)- функція руху i-ої проміжної складальної компоненти; - функція руху i-го блоку технологічного впливу; - функція руху i-го допоміжного блоку технологічного впливу.

Після отриманої структури технологічної складальної системи і кінематики необхідно здійснити синтез цих двох складових частин для отримання принципово-структурних моделей. Принципово - структурна модель показує структуру елементів, підсистем і кінематики рухів, їх просторову компоновку і розташування. Отримання принципово-структурних моделей здійснюється на основних принципах композиції і декомпозиції.

На основі отриманих принципово-структурних моделей створюються конкретні варіанти складальних технологічних систем безперервної дії.

Розділ 5. Виконані дослідження показали, що при роботі автоматичної складальної технологічної системи безперервної дії вихідний потік (після першого або i-го складального технологічного модуля) проміжних складальних компонент поділяється наступними складальними технологічними модулями на постійне число маршрутів (каналів або струмів). Одна з головних особливостей полягає в тому, що структура маршрутизації є результатом функціонування p-мірных багатоциклічних груп блоків технологічного впливу в поточно- просторових технологічних системах безперервної дії. Складальний автоматичний технологічний модуль (це може бути перший або i-ий) передає проміжні складальні компоненти на n-у кількість наступних паралельно працюючих автоматичних технологічних складальних модулей (рис. 6). В цьому випадку виникає проблема визначення струмів, котрі складаються з автоматичних технологічних складальних модулей і їхніх позицій по яким відбувається рух складальної компоненти. Визначення технологічних струмів необхідно для підвищення надійності функціонування всієї складальної системи, т. т. в процесі роботи складальної системи може виникнути ситуація, коли необхідно виключити з технологічного циклу той або інший технологічний ланцюжок. Це призводить до необхідності детального дослідження питань маршрутизації проміжних складальних компонент в автоматичних технологічних складальних системах для забезпечення необхідної якості функціонування автоматичних технологічних складальних систем.

Отримані залежності, що дозволять визначити: положення проміжної складальної компоненти у будь-який момент часу, загальну кількість маршрутів руху складальних компонент.

Технологічну складальну систему розглянемо як безліч автоматичних технологічних складальних модулей першого класу (в подальшому пойменованими роторами) P={P1, P2}, де P1 - вхідний складальний ротор, складається з V1 кількості позицій, {P1}={1, 2,..., V1}; P2 - безліч, що описує загальну кількість вихідних роторів, P2={P21, P22,...,}, де, в свою чергу, P2i={1, 2,..., V2i} (рис. 6), що виконує комплекс операцій заданого технологічного процесу. Умовно назвемо ротор, що виконує i-у операцію технологічного процесу, вхідним ротором, а ротори, що виконають (i+1)-у операцію - вихідними роторами. При цьому кожний вихідний автоматичний технологічний складальний модуль має певну кількість позицій.

При дослідженні вирішені наступні задачі:

1. Визначення кількості різноманітних маршрутів руху проміжної складальної компоненти або виробу;

2. Визначення параметрів повного кінематичного циклу руху проміжної складальної компоненти або виробу;

Визначення, в якому номері маршруту беруть участь ті або інші позиції вхідного і вихідних автоматичних технологічних складальних модулей.

Використовуючи положення алгебри груп, кількість різноманітних маршрутів проміжної складальної компоненти або виробу визначиться по залежності

, (3)

де n2 - число маршрутів, що минають через кожний вихідний ротор, і визначається по залежності

, (4)

де V2 - кількість вихідних роторів;

N2 - число маршрутів, які приходяться на одну позицію вхідного ротору без врахування кількості маршрутів, що минають по позиціям вихідних роторів.

N2 визначається по формулі

, (5)

де V1 - кількість позицій вхідного ротора;

НОК - найменше загальне кратне між кількістю позицій вхідного ротора і кількістю вихідних роторів.

Сукупність залежностей (3), (4), (5) надає можливість знаходження загального числа різноманітних маршрутів руху проміжної складальної компоненти або виробу.

Параметри повного кінематичного циклу руху проміжної складальної компоненти або виробу визначаються по наступній залежності

. (6)

Тут - найменше загальне кратне і в даному випадку визначає кількість маршрутів, що потрібно на кожну позицію всіх вихідних роторів. Інші значення, що входять в формулу (6), аналогічні за своїм вмістом значенням виразу (3).

Положення проміжної складальної компоненти у залежності від номера маршруту в вхідному роторі визначається наступними залежностями:

(7)

де V0 - номер маршруту руху проміжної складальної компоненти; n1- число цілих циклів роботи вхідного ротору; r1- номер позиції вхідного ротору.

Визначення знаходження позиції проміжної складальної компоненти в вихідному роторі здійснюється за допомогою залежності:

Rk=V0 - nV2. (8)

де Rk - номер вихідного ротору; n- число цілих циклів роботи вихідного k-го ротору.

Визначення позиції знаходження проміжної складальної компоненти або виробу здійснюється на основі наступного вираження

(9)

з необхідними і достатніми умовами:

якщо Rk=0, mo Rkє rkў=V2; якщо Rk=т, то rkў=т;

якщо r2k=0, то r2k=V2k,

де n - ціле число циклів роботи k-го вихідного ротору; rk- проміжне значення позицій вихідного ротору; m-m-ая позиція вихідного ротору; V2k- загальна кількість позицій k-го вихідного ротору; r2k- позиція k-го вихідного ротора, відповідна V0 номеру маршруту руху проміжної складальної компоненти.

Запропоновані залежності дозволяють аналітично визначити знаходження складальної компоненти по всім позиціям технологічних модулей і на їхній основі можна визначати які позиції необхідно виключити з технологічного процесу складання в випадку їхнього виходу з ладу.

Розділ 6. В результаті виконаних досліджень розроблена загальна методика синтезу складальних технологічних систем безперервної дії. Розроблені конкретні варіанти складальних модулей.

Підтвердженням отриманих результатів теоретичних розробок є розроблений автомат безперервної дії для складання кільцевих гумових ущільнень з циліндричними деталями, що мають кільцеву проточку (рис. 7).

При розробці автомату безперервної дії для складання кільцевих гумових ущільнень з циліндричними виробами, що мають кільцеву проточку, використовувались розроблені теоретичні положення розділів 2, 3, 4, 5.

Було встановлене, що продуктивність даного автомату визначається по залежності

, (8)

де Р - імовірність складання виробів; D - початковий діаметр ротора; t - крок робочих позицій ротора по початковому колу; [n] - максимальна частота обертання ротору.

Встановлене, що максимальна частота обертання ротору визначається по залежності

; (9)

де t - крок робочих позицій ротора по початковому колу; d - діаметр циліндричних виробів; (H-h) - різниця між загальною висотою виробу і глибиною пазів ротору, т. т. висота частини циліндричного виробу, що виступає над ротором.

Для розробленого складального автомату проводилися дослідження по впливу на надійність процесу складання наступних основних параметрів: частоти обертання транспортного пристрою; куту подачі гумових кільцевих ущільнень відносно перпендикуляру до транспортного пристрою; величини зазору між нижнім торцем шторки і транспортним пристроєм (рис. 8, рис. 9, рис. 10, рис. 11).

На основі проведених експериментів встановлено, що найбільший вплив на надійність процесу складання виявляє кут подачі гумових кільцевих ущільнень і величина зазору між нижнім торцем механізму складання і транспортним пристроєм.

На основі теоретичних досліджень та розробленого складального автомату, розроблен алгоритм проектування автоматичних технологічних систем безперервної дії для складальних процесів. В алгоритмі відбиті всі теоретичні положення дисертаційної роботи і включені положення розроблені раніше іншими авторами.

В розділі також наведені перспективи розвитку складальних систем безперервної дії.

Розроблений автомат впроваджений на заводі АТ “Гормаш”, очікуваний річний економічний ефект від упровадження склав 15 тис. гривень за даними заводу.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

Підсумком роботи є наступні наукові і практичні результати:

1. Розроблена загальна методологія створення складальних систем на базі автоматичних технологічних систем безперервної дії, що базується на нових принципах побудови структур складальних систем, а також забезпеченні відповідної складної просторової кінематики їхнього функціонування.

2. Запропоновані моделі дозволяють вести синтез конкретних варіантів складальних технологічних систем безперервної дії, визначити найбільш раціональні варіанти технологічних складальних процесів, отримати найбільш раціональний варіант кінематики руху складальних компонент.

3. Показане, що автоматична технологічна складальна система є складною структурою, яка містить в собі певне число ієрархічних рівнів, розподіл яких дозволяє зробити простіше процес проектування.

4. Розроблена універсальна кінематична модель функціонування блоків технологічного впливу і допоміжних блоків технологічного впливу, а також розглянуті принципово-структурні моделі, котрі дозволяють генерувати і реалізувати повну безліч структур складальних систем.

5. Отримані математичні залежності, дозволяють визначити параметри маршрутизації проміжної складальної компоненти в будь-якому автоматичному технологічному складальному модулі, а також можливу кількість маршрутів руху для n-ої проміжної складальної компоненти. Встановлений взаємозв'язок структур автоматичних технологічних складальних систем від маршрутів руху проміжних складальних компонент по позиціям складальних модулей і просторового виду руху проміжних складальних компонент.

6. Розроблені нетрадиційні варіанти технологічних складальних модулей, що використають принцип суміщення транспортних і технологічних функцій, які дозволяють підвищити продуктивність процесу складання в 3 - 7 разів.

7. Результати промислового упровадження автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії на прикладі автомату для складання кільцевих гумових ущільнень з циліндричними виробами, що мають кільцеву проточку дозволили підтвердити ефективність використання даних систем в виробництві. Економічний ефект від упровадження склав 15 тис. гривень.

СПИСОК ПРАЦЬ, ЩО ОПУБЛІКОВАНО ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Михайлов А.Н., Ищенко А.Л. Автомат непрерывного действия для сборки резиновых кольцевых уплотнений с цилиндрическими изделиями // Оснастка - 94: Тезисы докладов междун. конф.- Киев: общество “Знание”, 1994. С. 83.

2. А.Н. Михайлов, А.Л. Ищенко, И.И. Малышко. Сборочный автомат // Международная научно-методическая конференция “Автоматизация конструирования и проектирования технологических процессов в машиностроении”. Тезисы докладов. Под редакцией проф. Н.В. Захарова, Ю.В. Тимофеева - Сумы: СГУ, 1994. С. 39.

3. Михайлов А.Н., Ищенко А.Л., Малышко И.И., Костюченко С.В. Элементы синтеза сборочных систем непрерывного действия с использованием методов моделирования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сб. научн. статей. - Донецк: ДонГТУ, 1995. Вып.2 С. 50-56.

4. Михайлов А.Н., Ищенко А.Л., Малышко И.И. Исследование взаимосвязи сборочных соединений и кинематики технологических движений // Прогрессивная техника и технологии машиностроения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. 12-15 сентября 1995 г. - Донецк: ДонГТУ, 1995. С. 171 - 172.

5. Михайлов А.Н., Ищенко А.Л. Математическая модель многовариантного процесса подетальной и узловой сборки // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сб. научн. статей. - Донецк: ДонГТУ, 1996. Вып. 3. С. 80-86.

6. Ищенко А.Л., Михайлов А.Н., Падалкин Р.В. Комплексная модель автоматического технологического процесса сборки // Современные проблемы машиностроения и технический прогресс. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. 10-13 сентября 1996 г. - Донецк: ДонГТУ, 1996. С. 99.

7. Ищенко А.Л. Закономерности формирования структур сборочных автоматических технологических систем непрерывного действия // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. научных трудов.- Донецк: ДонГТУ, 1997. Вып. 4. С. 61-65.

8. Ищенко А.Л., Михайлов А.Н., Кречин Д.Н. Проблемы маршрутизации изделий в роторных системах сборки с разветвляющимися потоками // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов.- Донецк: ДонГТУ, 1998. Вып. 5. С. 72-77.

Размещено на Allbest.ru

...