Підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів при обмеженні різноманітності

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ АВТОМАТИЧНОГО СКЛАДАННЯ ПАКЕТІВ МАГНІТОПРОВОДІВ ПРИ ОБМЕЖЕННІ РІЗНОМАНІТНОСТІ

05.01.02 - Стандартизація та сертифікація

Григор'єва Наталія Сергіївна

Київ - 2003

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, ректор Луцького державного технічного університету Божидарнік Віктор Володимирович

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Арпентьєв Борис Михайлович, завідувач кафедри технології машинобудування Української інженерно-педагогічної академії (м. Харків)

- доктор технічних наук, професор Ступа Володимир Іванович, голова правління АТ “Хімтекстильмаш” Міністерства промислової політики України (м. Чернігів)

Провідна організація - Державний науково-дослідний інститут “Система”, Державного комітету України з питань технічного регулювання і споживчої політики м. Львів

Захист відбудеться 5 грудня 2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.01 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2, конференцзал, 3^-й поверх.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий 31 жовтня 2003р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук, доцент Г.І.Хімічева

АНОТАЦІЯ

Григор'єва Н.С. Підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів при обмеженні різноманітності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 - Стандартизація та сертифікація. Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2003.

Викладений розроблений механізм підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів при обмеженні різноманітності, що охоплює структурний аналіз і синтез процесів автоматичного складання, відпрацювання конструкцій виробів і автоматичного обладнання на технологічність, формування показників якості за допомогою віртуального проектування, застосування типових модульних технологічних процесів і конструкцій складального обладнання та спорядження. На основі одержаних результатів наукових, експериментальних і дослідно-промислових досліджень розроблені базові моделі складальних автоматів, які реалізують типовий модульний технологічний процес складання, виконані на рівні винаходів. Запропоновані напрямки підвищення рівня обмеження різноманітності, що дозволяють вдосконалити нормативну документацію, зменшити кількість типорозмірів автоматичного обладнання та спорядження, підвищити якість процесу автоматичного складання пакетів магнітопроводів.

Ключові слова: обмеження різноманітності, нормативна документація, показники якості, автоматизація, складання, структура, модульна технологія, конструкція.

АННОТАЦИЯ

Григорьева Н.С. Унификация и повышение качества автоматической сборки пакетов магнитопроводов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специаль-

ности 05.01.02 - Стандартизация и сертификация. Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2003.

Изложен разработанный механизм повышения качества автоматической сборки пакетов магнитопроводов, охватывающий структурный анализ и синтез процессов сборки, отработку конструкции изделий и оборудования на технологичность, формирование показателей качества с помощью виртуального проектирования, применение типовых модульных сборочных процессов и унифицированных конструкций оборудования и оснащения. На основе результатов научных, экспериментальных и опытно-промышленных исследований разработаны базовые модели конструкций сборочных автоматов и их оснащения, реализующие типизированный модульный технологический процесс сборки, которые выполненные на уровне изобретений. Предложены пути повышения уровня унификации, что позволяет усовершенствовать нормативную документацию, уменьшить количество типоразмеров автоматического оборудования и оснащения, повысить качество автоматической сборки пакетов магнитопроводов.

Ключевые слова: унификация, нормативная документация, показатели качества, автоматизация, сборка, структура, модульная технология, конструкция.

SUMMARY

Grigorieva N. Unification and refinement of automatic assembling a core-lamination stacks. - Manuscript.

Ph.D. thesis on competition of an academic degree the candidate of technical science on a specialty 05.01.02 - Standardization and certification. Kiev National University of Technologies and Design, Kiev, 2003.

In Ph.D. thesis the actual problems of raising the quality of automatic assembling core-lamination stacks are reviewed. On the basis of analysis situation of unification and automation engineering process assembly of such stacks the purpose and research problem is formulated. Are generalized and the methods rising of the quality automatic assembly of core-lamination stacks which one envelop: selection of optimal process organization both arrangement of an assembly production equipment and rigging, improvement of constructions on manufacturability, shaping and ascertaining of a goal quality coefficients automatic assembling, usage of unification modular technological assemblies both automatic equipment and rigging. The theoretical evidence and experimental researches of basic quality coefficients of automatic assembling core-lamination stacks are analyzed. On the basis of the designed scheme of influence the input factors on quality coefficient of an assembly the way of their controlled shaping is circumscribed. The shaping is circumscribed by matrix equations. Researches of a status contact surfaces of laminas on modern gagging equipment of the corporation Taylor-Hobson displacement of the configuration functional surfaces of laminas and their displacement in the assembled bundles and others are for the first time obtainable. The analysis of common inaccuracies of automatic assembly core-lamination stacks is represented in the theoretical and experimental chart record of inaccuracies. The reliability of process automatic assembly packages is examined. For an integrated coefficient of technical usage of the assembly automaton the prognostication of its variation is made during 16 months. At production start up an automaton this coefficient was a little increase and after year of working has achieved a mean value 0,85 and further diminished. The prediction has shown that the most precise forecast is ensured with methods: iterative, quadratic and linear Braun's (mistake in limits 2,5-3,7 %) which one can recommend to usage. The aged methods of control circuit a reliability of assembling are reduced at designing, manufacture and technical service of assembly automaton. On the basis of obtained results of theoretical, experimental and trial researches are designed high-performance reprogrammable assembly automaton with their equipping for assembly of core-lamination stacks stators executed on a level of the inventions. The methods increase of a level unification are offered that allows improving normative documentation, to diminish an amount of type sizes of self-acting inventory and equipment to improve the quality of self-acting assembly of core-lamination stacks.

Key words: unification, normative documentation, automation, assembly, structure, quality index, modular technology, construction.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Підвищення якості продукції електромашинобудування є актуальною задачею в період вступу України в ЕС. Тому оцінка та забезпечення якості за ДСТУ 3230-1995 при конструкційній та технологічній розробці виробів і засобів виробництва при обмеженні їх різноманітності за ДСТУ 1.1- 2001, до яких відносяться і електродвигуни, є однією з найактуальніших сучасних проблем електромашинобудування. Обмеження різноманітності виробів дозволяє зменшити число типових технологій, автоматичного обладнання та спорядження, що створює додатковий економічний ефект.

Електродвигуни широко застосовуються в усіх галузях народного господарства і є невід'ємними частинами технологічних, транспортних, допоміжних і побутових машин. В електродвигунах магнітопроводи виконані у вигляді пакетів пластин з електротехнічної сталі, автоматичне складання яких має відомі труднощі. Для забезпечення зростаючого випуску електродвигунів, виготовлення пакетів магнітопроводів повинно бути високопродуктивним при обмеженні різноманітності самих виробів і особливо засобів їх виробництва.

Навіть у стандартизованих електродвигунах використовуються різні пакети магнітопроводів за формою пластин і способами їх скріплення в пакетах. Відома ще більша різноманітність в обладнанні та спорядженні, особливо складальному, де більшість різноманітних процесів виконується в більшості випадків вручну. Це приводить до зниження якості пакетів магнітопроводів, збільшення затрат виготовлення, ускладнення процесів, створення додаткових труднощів їх автоматизації.

В зв'язку з цим, особливої актуальності набуває вирішення питань, пов'язаних з підвищенням якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів, а саме: формуванням показників якості пакетів: точності, надійності та продуктивності процесу автоматичного складання, їх дослідженням та застосуванням методів і засобів проектування високоефективного автоматичного технологічного обладнання та спорядження при обмеженні різноманітності виробів, технології та обладнання.

Зв'язок роботи з науковими планами. Дисертаційна робота відповідає науковому напрямку досліджень Луцького державного технічного університету на тему „Дослідження взаємодії механізмів машин” (держ. регіс. № 0100000258).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розроблення та дослідження механізму підвищення якості пакетів магнітопроводів, технологічного обладнання та спорядження при обмеження їх різноманітності з використанням типової технології та обладнання на основі модульного принципу. Для досягнення поставленої мети передбачено вирішити такі задачі:

Встановити залежності та побудувати моделі обмеження різноманітності пакетів магнітопроводів і процесу їх автоматичного складання та розробити необхідні розмірно-параметричні ряди для удосконалення нормативної документації.

Дослідити і обґрунтувати показники якості пакетів магнітопроводів і автоматичного процесу їх складання.

Сформувати оптимальну структуру типового модульного технологічного процесу автоматичного гнучкого складання пакетів магнітопроводів і провести компонування обладнання модульного типу.

Розробити типові схеми та алгоритми формування пакетів магнітопроводів, відпрацювання технологічності конструкцій, типових модульних складальних процесів, технологічних і конструкційних модулів, прогнозування надійності роботи автоматичного складального обладнання при обмеженні їх різноманітності.

Запропонувати методику проектування конструкцій складальних модульних автоматів і їх технологічного спорядження з підвищеними показниками якості.

Об'єкт дослідження - процес автоматичного складання пакетів магнітопроводів.

Предмет дослідження - механізм підвищення якості магнітопроводів, складальної технології та обладнання при обмеженні їх різноманітності.

Методи дослідження - теоретичні положення стандартизації, управління якістю, технології автома-

тичного складання, оптимізації технологічних складальних процесів, теорії графів, математичної статистики, моделювання обмеження різноманітності пакетів магнітопроводів, процесів складання та обладнання, системного аналізу та синтезу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в новому підході до розробки принципів і методів підвищення якості процесів автоматичного складання пакетів магнітопроводів з комплексним застосуванням обмеження різноманітності, структуризації, типізації та модуляризації.

1. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень отримані залежності, які дозволили сформувати принципи побудови моделей обмеження різноманітності пакетів магнітопроводів і процесу їх автоматичного складання, розробити розмірно-параметричні ряди пакетів магнітопроводів і складальних автоматів.

2. Розроблений механізм підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів на основі обмеження різноманітності, встановлення оптимальної структури процесу, створення розмірно-параметричних рядів пакетів магнітопроводів і складальних автоматів, прогнозування надійності роботи автоматичного складального обладнання і компонування базових моделей складального обладнання та спорядження, їх модульності.

3. Установлені параметри стану робочих і контактних поверхонь пластин пакетів магнітопроводів, що дозволило підвищити точність, надійність та продуктивність процесу їх автоматичного складання, покращити нормативну документацію.

4. Розроблений типовий модульний технологічний процес автоматичного складання пакетів магнітопроводів, який включає окремі модулі формування та контролю пакетів при обмеженні різноманітності технологічних операцій та їх елементів.

5. Розроблені базові моделі конструкцій складальних автоматів, виконаних на рівні винаходів, що дозволяє вдосконалити нормативну документацію та підтверджує новизну

та високу ефективність роботи.

Практична цінність. Отримані в результаті теоретичних і експериментальних досліджень дані дозволили провести обмеження різноманітності пакетів магнітопроводів, технології їх складання, автоматичного обладнання та спорядження. Розроблена методика проектування високоефективного технологічного обладнання та спорядження модульного типу, схеми типових модульних процесів з виявленням їх структур, технологічних і конструкційних модулів, покращена нормативно-технічна база їх проектування. Отримані результати використані на електромашинобудівних підприємствах, які випускають пакети магнітопроводів, а також використовуються в навчальному процесі при викладанні курсів “Автоматизація виробничих процесів”, “Технологія приладобудування”, “Метрологія та взаємозамінність”, „Стандартизація і сертифікація продукції”.

На захист виносяться:

Розроблені розмірно-параметричні ряди пакетів магнітопроводів і складальних автоматів, одержаних на основі обмеження їх різноманітності.

Результати досліджень показників якості пакетів магнітопроводів і процесу їх автоматичного складання, в тому числі стану робочих і контактних поверхонь пластин, їх впливу на точність пакетів, надійність та продуктивність складального процесу.

Структуризація технологічних процесів складання пакетів магнітопроводів і компонувальних схем автоматичного складального обладнання. Методика формування пакетів магнітопроводів, відпрацювання технологічності конструкції пакетів і технологічного обладнання та спорядження, типових модульних складальних процесів, технологічних і конструкційних модулів, прогнозування надійності роботи автоматичного складального обладнання, проектування складальних модульних автоматів при обмеженні їх різноманітності.

Спроектовані високоефективні модульні конструкції базових моделей складальних автоматів і спорядження при обмеженні їх різноманітності.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно на базі власних ідей та опрацювань. Особистий внесок здобувача у роботах, що виконані у співавторстві, полягає в тому, що вона запропонувала постановку проблеми, приймала активну участь у створенні методик досліджень, їх проведенні, розробці та проектуванні типових модульних технологічних процесів і конструкцій базових моделей технологічного обладнання та спорядження, що дозволить вдосконалити нормативну документацію. При використанні розробок інших авторів приведені посилання на відповідні джерела.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати, отримані у дисертаційній роботі, опубліковані в 15 наукових статях у фахових періодичних виданнях, а також в ряді доповідей на міжнародних конференціях, зокрема на IV-VII Міжнародних конференціях “Прогрессивные технологии и системы машиностроения” (Донецьк, вересень, 1999-2003); IV та V Міжнародних конференціях “Качество машин” (Брянськ, Росія, травень, 2001, жовтень 2003; I - III Міжнародній науково-практичній конференції “Стандартизація, сертифікація, управління якістю продукції: Теорія та практика”, Крим, 2001-2003.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 136 машинописних сторінках, складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку із 127 назв вітчизняних і зарубіжних літературних джерел, містить 77 рисунків та 9 таблиць. Загальний обсяг роботи - 173 сторінки.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, її важливість, наукову новизну та практичну цінність. Викладені основні положення, які розглядаються в дисертаційній роботі та найважливіші результати, що виносяться на захист.

У першому розділі проаналізовані нормативні документи, приведений аналітичний огляд обмеження різноманітності та типізації при автоматичному складанні виробів та сучасного стану автоматизації технологічних процесів складання пакетів магнітопроводів. Аналіз стану обмеження різноманітності та відомих способів підвищення якості автоматичного складання магнітопроводів показав, що, по-перше, якщо нормалізація частково і використовується, то обмеження різноманітності технологічних процесів і автоматичного обладнання та спорядження майже відсутнє; по-друге, ці задачі вирішуються, як правило, без належного комплексного підходу до конструкційних, технологічних і експлуатаційних рішень; по-третє, відсутній системний зв'язок і єдність у вирішенні задач обмеження різноманітності; по-четверте, при вирішенні таких задач недостатньо враховується економічний фактор, а саме, витрати на підвищення якості виробу, їх оптимізацію, зміну основних показників якості, що неприпустимо в умовах сучасної ринкової економіки. Найбільш ефективним у виробництві є обмеження різноманітності модулів, коли кожний виріб і його виготовлення представляється множиною конструкційних, функціональних і технологічних модулів. Це відкриває широкі можливості вдосконалення виробництва і саме в цьому напрямку має здійснюватись обмеження різноманітності конструкцій і технологій. В цьому ж розділі аргументована та викладена мета роботи та задачі дослідження.

Другий розділ присвячений механізму підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів, що охоплює: моделювання процесу обмеження різноманітності магнітопроводів, автоматичного складання, відпрацювання конструкції об'єктів обмеження різноманітності на технологічність, структурний аналіз і синтез технологічних процесів складання, формування основних показників якості магнітопроводів і їх складання, типізацію модульного процесу складання, обмеження різноманітності складальних автоматів, спорядження.

Моделювання процесів обмеження різноманітності згаданих об'єктів проведено за існуючою методикою, котра передбачає визначення функції попиту, загальні витрати на виготовлення та експлуатацію, встановлення зв'язку між параметрами та витратами, підбір математичного методу, алгоритму формування розмірно-параметричних рядів та їх встановлення. Функція попиту пакетів магнітопроводів на прикладі двох типів електродвигунів встановлена на підставі потреби в малопотужних електродвигунах для побутових машин при адекватності 0,98 представлена як

Р₁ (х)=2Е-10х⁶ - 2Е-0,1х⁵ + 4Е-0,5х⁴ -0,0045х³ + 0,2048х² -1,9963х+26,875, (1)

Р₂ (х)=-1Е-10х⁶ + 2Е-0,8х⁵ +3Е-0,6х⁴ -0,0012х³ +0,0848х² -1,1015х+237,176, (2)

де Р₁ (х), Р₂ (х) - функції попиту двох типів електродвигунів; х - змінна поліному, а її графічне зображення показане на рис. 1. Одержані криві вказують на змінність інтервалу між членами ряду. Враховуючи, що показник ряду , де a_i - члени ряду, , після інтегрування функції отримано такі ряди. Розмірно-параметричний ряд пакетів з виділення базового (8) показаний в табл. 1.

Таблиця 1. Розмірно-параметричний ряд пакетів магнітопроводів

5	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Внутрішній діаметр, мм	10 12	12,5 14	16 18	20 23	25 29	32 36	40 46	50 58	63 73	80 92	100 115	125 150
Зовнішній діаметр, мм	25 23	32 30	40 36	50 46	63 58	80 73	100 92	125 116	160 145	200 185	250 230	320 295
Висота пакета, мм	6,5	8	10	12,5	16	20	25	32	40	50	63	80

Процес автоматичного складання пакетів магнітопроводів змодельований мережею Петрі, котра представляє собою кінцеві множини позицій, переходів і маркерованих дуг, що є умовами досягнення потрібної якості пакета. Мережа Петрі складається з чотирьох взаємопов'язаних більш простих підмереж, що розкривають особливості набору пакетів заданої висоти, його транспортування, стиснення, фіксацію, контроль та вивантаження і формально представляється набором непорожніх множин позицій та переходів, як функцій вхідних і вихідних інциденцій і початкових розміток мережі. На рис. 2 показана схема складання магнітопроводів, побудована на базі моделі процесу складання мережею Петрі. На підставі моделі отримана схема керування процесом автоматичного складання пакетів. Модель є основою проектування підмоделей функціональних вузлів.

Для підвищення показників якості суттєвим є встановлення оптимальної схеми формування пакетів магнітопроводів, оскільки відомі схеми не забезпечують потрібну якість з-за того, що сили стиснення

пакета відповідали пружній ділянці діаграми розтягу-стиску і пластини в пакеті після зняття дії сил значно зміщувались. Запропоновано перейти на ділянку пластичної деформації діаграми, на якій такі зміщення незначні. Приведено математичне обґрунтування, а одержані результати були використані при проектуванні складальних автоматів.

Підвищення якості автоматичного складання досягається і за рахунок відпрацювання конструкції виробу та складального обладнання на технологічність. Блок-схема відпрацювання в умовах автоматичного гнучкого виробництва об'єднує три рівні: конструкція - технологія - обладнання. При цьому враховуються також вимоги ремонту. Відпрацювання послідовне з поступово-зворотнім ходом (повернення на попередні етапи при недосягненні заданих показників).

Для структурного аналізу та синтезу процесу автоматичного складання на базі теорії структур було отримано 24 типових структур, утворених сполученням класів і груп. В загальному кожна структура описується формулою оперативного часу

, (3)

де t_o, t_d - час основних і допоміжних складальних переходів; a, b - їх кількість; х - кількість суміщених допоміжних переходів; t_{oi max} - час найдовшого основного переходу при паралельному їх виконанні; p, n - кількість позицій та потоків складання. Від оперативного часу з врахуванням відсоткової надбавки переходять до штучного часу. Такий час визначається з умови рівності продуктивності структури та заданої програми складання. Типові структури і відповідне їм компонування складальних автоматів можуть бути записані матрицями, що значно спрощує їх математичну обробку при встановленні конкурентоспроможних варіантів.

Загальна послідовність вибору оптимальної структури передбачає встановлення конкурентоспроможних варіантів для потрібної продуктивності, розрахунок економічної ефективності кожного варіанту, наприклад, по собівартості складання, їх аналіз та синтез і вибір оптимальної. Для цього розроблений граф структур і використаний відомий алгоритм оптимізації. Підвищення якості пакетів магнітопроводів досягається при віртуальному формуванні її показників. Можна виділити такі ієрархічні рівні: на першому - в конструкцію з використанням принципів CALS закладаються більш високі показники якості, наприклад, точності, надійності та продуктивності, на другому - за рахунок віртуальної технології автоматичного складання вони покращуються і на третьому - за результатами віртуальної експлуатації проводиться їх подальше збільшення. При цьому використані відомі алгоритми коректування конструкторсько-технологічного рішення за отриманими результатами. Схема керованого формування показників якості магнітопроводів приведена на рис. 3, яка передбачає розгляд джерел чинників формування: конструкційних, технологічних і експлуатаційних. Приведений математичний опис такого формування за допомогою матричних рівнянь, що описують залежності між вхідними чинниками та ок-

ремими показниками якості (рис. 4). На основі принципу суперпозиції кожна з змінних може розглядатися як лінійна комбінація вказаних чинників і може бути записана матричним рівнянням

(4)

де n - кількість показників якості; k_ij - передатні коефіцієнти впливу вхідних чинників на вихідні, тобто коефіцієнти кореляції; x, z - значення вхідних і вихідних змінних чинників.

При такому підході приймається, що система взаємозв'язку чинників є лінійною, при якій описуються постійні статичні властивості. В більшості випадків така система є нелінійною і принципу суперпозиції до неї застосувати не можна. Але в певних межах зміни вхідних і вихідних змінних застосовується лінеаризація, тобто заміна нелінійних рівнянь лінійними

(5)

де F_i - диференційовані функції зв'язку вхідних і вихідних змінних чинників; - математичні очікування похибок вхідних чинників і перетворюючої системи; - значення часткових похідних після підстановки в них замість кожного аргументу його математичного очікування.

Головним в підвищенні якості автоматичного складання пакетів є сучасна технологія та обладнання. Модульна технологія є одним з засобів такого підвищення, яка представляється сукупністю технологічних модулів, що описують комплекс основних і допоміжних складальних рухів і характеризуються автономністю, стикованістю, надмірністю та гнучкістю. Кожному такому модулю відповідає конструкційний, які разом і утворюють складальне обладнання. Типовий технологічний модульний процес складання магнітопроводів (рис. 5) складається з шести модулів, котрим відповідають шість конструкційних комплектів (11 модулів). Варіанти структур конструкційних модулів складального автомата приведені в табл. 2. Проектування типових модульних технологій та обладнання з обмеженням різноманітності базується на підборі необхідних модулів, в залежності від конкретної конструкції пакета магнітопровода, їх суміщенні, визначенні комплектів. Таке формування виконується паралельно: технологія - конструкція. Оптимальність структури модулів досягається можливістю об'єднання елементарних модулів, що забезпечують задану продуктивність і надійність при прийнятих витратах (відома задача оптимізації надійності при обмеженні затрат).

В третьому розділі викладені результати теоретичних і експериментальних досліджень точності пакетів магнітопроводів і надійності їх складання. Дослідження стану поверхні контакту пластин і відхилення форми, які раніше не проводились, хоча вони впливають на якість пакетів, виконані на комп'ютеризованому профілометрі Taylor-Hobson, показали що: найбільша висота профілю пластини складає = 7 мкм; середньоарифметичне відхилення профілю = 0,444 мкм; найбільша висота нерівностей профілю = 7,96 мкм; середньоквадратичне відхилення профілю = 0,589 мкм; хвилястість поверхні - в межах 3,5 мкм; відхилення форми внутрішнього 29 мм статора магнітопровода складає 45-50 мкм, а зовнішнього 59 мм - до 320 мкм, що є досить великими величинами, які суттєво впливають на точність його складання. Відмічається зміна форми та розмірів заусенців по контуру вирубки: середня висота заусенців складає 24 мкм. Зміщення пластин в складеному пакеті по робочому діаметру 29 мм досягає 40-60 мкм, носить чисто випадковий характер і не є симетричним. Це ж зміщення в пакетах до впровадження автомата складало 120-160 мкм. Зміщення пластин в статорі по внутрішньому 29 мм показано на рис. 6. Аналіз отриманих зсувів показує їх несиметричний характер, тобто наявність деформування пластин при стисненні пакета в різних напрямках. Такий зсув є наслідком впливу багатьох чинників, головними з яких можна вважати: відхилення форми робочих поверхонь, їх ексцентриситет, шорсткість та хвилястість поверхонь пластин, наявність заусенців.

Якість поверхні зрізу та величину утворених заусенців пластин визначає зазор між матрицею та пуансоном при вирубці. Заусенці при складанні пластин крім зменшення точності пакета приводять до підвищених магнітних втрат. Так при висоті заусенців 10 мкм такі втрати не перевищують 3-5%, але вже при їх збільшенні в декілька разів вони можуть досягати навіть 25-35%. Такі дослідження раніше також не проводились. Форма та розміри заусенців приведені на рис. 7. Як видно, їх висота на довжині 0,37 мм складала в середньому 24 мкм. Поперечне січення заусенця показує, що він формується безпосередньо у крайки пластини і далі різко обривається. Поперечна форма заусенця представляє собою випадкову криву розриву матеріалу при вирубці з своїми виступами та впадинами. З протилежної сторони від заусенця форма поверхні пластини більш полога з утворенням незначного стоншування матеріалу. Незважаючи на невелику величину заусенців, але приймаючи до уваги кількість пластин в пакеті, можна зробити висновок, що їх вплив на точність формування пакету магнітопровода буде значним (0,024·32 = 0,768 мм).

Лінійні похибки автоматичного складання пластинчастих пакетів магнітопроводів можна описати відомим рівнянням

(6)

автоматичний пакет магнітопровід обладнання

де - коефіцієнти відносних розсіювань випадкових похибок; c_ij - коефіцієнти приведення; Д_x, Д_y, Д_z- сумарні координатні лінійні похибки з коефіцієнтами їх відносного розсіювання k_x, k_y, k_z; Д_1, Д₂,…Д_n, - складові похибок; n - їх кількість. Величинами незначних кутових похибок пластин можна знехтувати. Тоді складова випадкової похибки обчислюється за формулою

(7)

Оскільки похибки підпорядковуються розподілу Гауса (k_i = 1), але допускаючи можливість їхнього іншого розподілу, з запасом точності можна записати . Постійні похибки - це результат стабільно діючих факторів при складанні і вони можуть бути розраховані за допомогою цього ж рівняння при c, k = 1, тобто як їх векторна сума і тоді . За отриманими залежностями можливе рішення і оберненої задачі: встановлення складових похибок при відомих загальних.

Надійність роботи складального автомата пакетів магнітопроводів оцінена в вигляді зміни коефіцієнта технічного використання (КТВ) на протязі 16 місяців з максимальним розкидом 0,7 - 0,9 і загальною тенденцією зміни у вигляді поліному у = -2 Е 0,5 х⁵ + 0,0007 х⁴ -- 0,0109 х³+ 0,0726 х²-0,1815х+0,8433. Після запуску автомата на виробництві цей коефіцієнт незначно зростав, після року експлуатації досягнув середнього значення 0,85, а надалі спостерігалася тенденція до зниження (рис. 8). Прогнозування цього коефіцієнта показало, що найбільш точні результати забезпечують методи: ітераційний, квадратичний та лінійний Брауна (похибки в межах 2,5 - 3,7 %) (рис. 9). Приведені рекомендації по створенню системи керування надійністю при проектуванні, виготовленні та експлуатації складальних автоматів.

При експлуатації надійність складального автомата може підтримуватися на проектному рівні або зменшуватися. Робота автомата відноситься до періодичної з допустимими зупинками при нормальних режимах і умовах експлуатації. Одним з перспективних напрямків є установка робочих тактильних і запобіжних датчиків, що відключають автомат при граничному зовнішньому чи внутрішньому впливі передбачуваних чинників. Неприпустима експлуатація складального автомата на гранично допустимому рівні надійності. Тільки спільне вирішення цієї проблеми при проектуванні, виготовленні та експлуатації може бути основою забезпечення високого рівня надійності складального автомата з мінімальними витратами.

В четвертому розділі на основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень механізму підвищення якості автоматичного складання пакетів магнітопроводів при обмеженні їх різноманітності приведено опис формування розмірно-параметричного ряду складальних автоматів, розроблена методика їх проектування з вирішенням задачі синтезу методом модуляризації. На конструкційному рівні реалізовані закладені можливості раціонального скорочення всіх модулів, що входять у склад ав-томата, а також самих складальних автоматів і їх модульного спорядження. Одержаний розмірно- параметричний ряд складальних автоматів з виділенням базової моделі представлений у таблиці 2. Як приклад завершеності проведених теоретичних і експериментальних досліджень, на рис. 10 показаний загальний вигляд розробленої базової моделі переналагоджуваного складального автомата (7) пакетів магнітопроводів. Спроектований та впроваджений у виробництво складальний автомат від відомих відмінний новизною та додатковим ефектом, що є наслідком низки оригінальних інноваційних рішень на рівні винаходів. Автомат забезпечує продуктивність складання - 240 шт./год. при числі робочих позицій 4 і точності - IT9. Коефіцієнт обмеження різноманітності автомата, визначений за відомою методикою, склав 0,74.

До розроблених конструкцій, виконаних на підставі одержаних матеріалів досліджень, можна також віднести: ряд конструкцій інших складальних автоматів, модулів неперервної подачі стопи пластин для формування пакетів, автоматичного центрування пакетів, подачі та фіксації стяжок пакету, пневмовихрового орієнтування та складання стяжок, відсікання потрібної висоти пакета та інші.

Впроваджені конструкції базових моделей переналагоджуваного технологічного обладнання та спорядження, їх взірці двічі демонструвались на виставках досягнень народного господарства, де були нагороджені дипломами 2^-го та 3^-го ступеня.

Основні результати та висновки

В результаті проведення досліджень механізму підвищення якості пакетів магнітопроводів, процесів їх автоматичного складання, технологічного обладнання та спорядження при обмеженні різноманітності, виявлено ряд закономірностей, аналіз яких дозволяє стверджувати, що сформована в роботі проблема може вважатися вирішеною, а отримані результати мають практичне застосування.

Запропоновані принципи обмеження різноманітності пакетів магнітопроводів, обладнання та спорядження, типізації технології автоматичного складання, які полягають у скороченні різновидів за рахунок структуризації, оптимізації, модуляризації, комбінування та зміни елементів технології та конструкції.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень на прикладі двох типів малопотужних електродвигунів для вентилятора та кавового млинка сформовані функції попиту у вигляді поліномів шостого степеня з адекватністю 0,98 показали, що найбільший попит в розробленому розмірно-параметричному ряді пакетів магнітопроводів мають розміри робочих діаметрів 29 - 75 мм. На базі одержаного ряду пакетів магнітопроводів розроблений розмірно-параметричний ряд складальних автоматів, виділені базові конструкції.

Розроблена математична модель та схема автоматичного складання пакетів магнітопроводів дозволила сформувати структуру типового процесу автоматичного складання, провести компонування технологічного обладнання та спорядження, визначити схему керування процесом з використанням структурної та модульної подоби, визначити такі показники якості, як точність, надійність, продуктивність.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблений механізм підвищення показників якості пакетів магнітопроводів, автоматичного складання, технологічного обладнання та спорядження при обмеженні їх різноманітності, який передбачає: моделювання процесів обмеження різноманітності при автоматичному складанні, встановлення оптимальної схеми формування пакетів магнітопроводів, відпрацювання технологічності використовуваних конструкцій, структуризацію та оптимізацію технологічного процесу, застосування принципів типізації та модульності в технології та конструкціях, віртуальне формування та експериментальне дослідження основних показників якості процесу автоматичного складання пакетів магнітопроводів, інноваційне проектування конструкцій базових моделей розробленого розмірно-параметричного ряду складальних автоматів.

Розроблений типовий модульний технологічний процес автоматичного складання

пакетів магнітопроводів оснований на гнучкій автоматизації, суть якого полягає у тому, що він складається з типових технологічних модулів, які об'єднують закінчені типові складальні рухи. Виділені та сформовані 21 елементарних технологічних модулів, що мають різні варіанти суміщення і яким на цих рівнях відповідають конструкційні модулі. Методика їх формування полягає у виділенні необхідних елементарних модулів, наближеному їх групуванні в межах складальної операції, раціональному суміщенні елементарних модулів у комплексні, встановленні їх оптимальної структури, коректуванні комплексних модулів по конструкційним модулям. Виділено наступні комплексні технологічні модулі: формування пакетів магнітопроводів, установки стяжок, пресування пакетів, їх механічної фіксації, зварювання пакетів, контролю та транспортування.

Установлені та досліджені параметри стану поверхні контакту пластин магнітопровода, які суттєво впливають на точність пакета, показали, що при найбільшій висоті мікронерівностей R_max = 7 мкм, висоті профілю - 7,96 мкм, середньоарифметичному відхиленні профілю - 0,444 мкм, хвилястості - 3,5 мкм, відхиленні форми робочого діаметра 29 мм пакета магнітопровода - +45 мкм, зовнішнього - -460 мкм, зміщення пластин в пакеті магнітопровода досягає 40-60 мкм при висоті утворених заусенців 24 мкм, що значно покращує відповідну нормативну документацію.

Розроблений метод віртуального формування показників якості, таких як точність, надійність і продуктивність, пакетів магнітопроводів і типового модульного технологічного складального процесу включає три головні ієрархічні рівнів: на першому - в конструкцію з використанням основних принципів CALS закладаються більш високі показники якості, на другому - за рахунок даних технології віртуального автоматичного складання вони покращуються і на третьому - за результатами віртуальної експлуатації об'єкту підвищуються далі. При цьому виконується коректування розроблюваного конструкторсько-технологічного рішення за отриманими результатами окремих рівнів.

Проведені дослідження надійності роботи базової моделі складального модульного автомата пакетів магнітопроводів у вигляді зміни коефіцієнта технічного використання на протязі 16 місяців дослідно-виробничої експлуатації. Одержаний максимальний розкид коефіцієнта технічного використання автомата 0,7- 0,9 і загальною тенденцією зміни у вигляді полінома п'ятого степеня. Після запуску автомата цей коефіцієнт незначно зростав, року експлуатації - досяг середнього значення 0,85, а надалі спостерігалася тенденція його зменшення. Запропонований метод прогнозування цього показника показав, що найбільш точний прогноз забезпечують методи: ітераційний, квадратичний та лінійний Брауна (похибки в межах 2,5 - 3,7 %). Вказані методи можуть бути використаними у практиці при прогнозуванні роботи технологічного обладнання та спорядження.

Виконані теоретичні та експериментальні дослідження дали змогу реалізувати одержані результати при проектуванні високоефективних складальних автоматів і технологічного спорядження модульного типу. Їх конструкції були захищені авторськими свідоцтвами, що додатково підтверджує новизну і ефективність роботи, а впровадження дало можливість збільшити продуктивність автоматичного процесу складання пакетів магнітопроводів в 2,5 - 3,5 рази, точність в 1,5 рази, значно підвищити надійність. Був одержаний економічний ефект виробничого впровадження спроектованого складального автомата 249 тис. крб.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА МАТЕРІАЛАМИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Божидарнік В.В., Григор'єва Н.С. Моделювання процесу обмеження різноманітності конструкційно-технологічних рішень при автоматичному складанні пластинчастих магнітопроводів. // Міжвузівський збірник “Наукові нотатки ЛДТУ”, вип. 11, вид. ЛДТУ м. Луцьк, 2003. -С. 17-23.

2. Григор'єва Н.С., Шабайкович В.А. Обмеження різноманітності автоматичного обладнання для складання магнітопроводів електродвигунів автомобілів / Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. Праці західного наукового центру, № 10, Видавництво„Мета”, 2003.-С. 232-235.

3. Божидарник В.В., Григор'єва Н.С. Підвищення якості платівчастих магнітопроводів //Машинознавство, Львів, 2002.-№ 7. -С. 43- 45.

4. Григор'єва Н.С. Забезпечення точності автоматичного формування пакетів магнітопроводів // Машинознавство, 2000.- № 6-7. -С. 43-45.

5. Григорьева Н.С., Шабайкович В.А. Анализ погрешностей расположения пластин в собранном магнитопроводе //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, №2. 2001.-С. 58-60.

6. Собчук Л., Григорьева Н. Вероятностные характеристики контроля качества продукции //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, №2.-2001.-С.49-50.

7. Григорьева Н.С. Модульная технология и конструкция автомата сборки пластинчатых магнитопроводов //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, №4.-1999.-S. 66-68.

8. Григор'єва Н.С., Божидарнік В.В. Дослідження точності пластинчастих магнітопро-

9. проводів. Межд. сборник научных трудов “Прогрессивные технологии и системы машиностроения” ДНТУ, вып. 25. Донецк, 2003. -С. 90-94.

10. N. Grigoriewa. Automatyczny montaї magnetowodуw maszyn elektrycznych //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, №1-1997.-S.36-39.

11. N. Grigoriewa. Prognozowanie i ocena dokіadnosci automatycznego montaїu wyrobуw plytkowych //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, № 2.1998.-С.41-44.

12. Григор'єва Н.С. Забезпечення експлуатаційної надійності складального автомата //Оптимізація технологічних процесів і технічний контроль в машинобудуванні та приладобудуванні. Вісн. Львів. Політехн. ін-ту. Львів: В-во ”Світ“, 1991. Вип. 255. -С. 8-11.

13. Григор'єва Н.С. Дослідження надійності роботи складального автомату пластинчастих магнітопроводів //Оптимізація технологічних процесів і технічний контроль в машинобудуванні та приладобудуванні. Вісн. Львів. Політехн. ін-ту. Львів: В-во ”Світ“, 1992. Вип. 265. -С. 11-13.

14. N. Grigoriewa. Projektowanie technologicznych modulуw montaїu wyrobуw plytkowych //Technologia i automatyzacja montaїu.-Warszawa, № 4.-1995.-S. 19-23.

15. А.с.930509 СССР, МКИ Н 02 К 15/02. Автомат для сборки пакетов магнитопроводов электрических машин /В.А. Шабайкович, Р.Г. Мойсеев, Н.С.

16. Григорьева, Г.И. Перетятко и Э.В. Третецкий. -Опубл. 23.05.82, Бюл. № 19.-7 с. ил.

17. А.с.959220 СССР, МКИ Н 02 К 15/02. Автомат для сборки сердечников магнитопроводов электрических машин /В.А. Шабайкович, Н.С. Григорьева, А.Н. Дьяченко и С.П. Філюк.-Опубл.15.09.82, Бюл. №34.-7 с. ил.

18. А.с.991553 СССР, МКИ Н 02 К 15/02. Автомат для сборки пластинчатых магнитопроводов электрических машин /Н.С. Григорьева и В.А. Шабайкович.-Опубл.23.01.83, Бюл. №3.-10 с. ил.

19. А.с. SU 1415334 А1 СССР, МКИ Н 02 К 15/02. Автомат для сборки пластинчатых магнитопроводов /Н.С. Григорьева и В.А. Шабайкович.-Опубл.07.08.88, Бюл. № 29.-3 с. ил.

Размещено на Allbest.ru

...