Создание машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Этапы создания машин

2. Виды испытаний машин

3. Стендовые испытания

Список использованной литературы

1. Этапы создания машин

Любой новый технологический процесс, машина или новый рабочий орган в процессе своего создания проходят ряд этапов. При создании технологических средств последовательность определяется этапами мгновенного цикла изделий. Содержанием научных исследований в зависимости от поставленной задачи могут быть все или только составные разделы разработки данной проблемы, которые определяются в зависимости от стадии, этапа, характера разработки.

Для процесса создания машины характерны такие виды научной деятельности:

1) научные исследования и разработка научно-технических предпосылок решения поставленной задачи;

2) разработка экспериментально-теоретических основ усовершенствования существующих или создание новых технологических процессов или технических объектов-машин, оснащение, рабочих органов и т. д.;

3) выполнение опытно-конструкторских разработок объектов исследования;

4) доведение и испытание разработанных объектов или процессов.

Первый и второй виды научных работ выполняются, как правило, в научно-исследовательских институтах, третий и четвертый - выполняют проектно-конструкторской организации и научно-исследовательские учреждения по испытаниям и сертификации машин при участии НИИ.

Третий вид научной работы, то есть опытно-конструкторской, включает в себе следующие этапы:

1 этап - формирование темы, цели и задач исследований;

2 этап - изучение литературы, проведение исследований и подготовка к техническому проектированию экспериментального образца;

3 этап - техническое проектирование, которое включает такие виды работ как разработка технической задачи на основе утвержденных исходных требований; разработка вариантов рабочих чертежей; изготовление отдельных узлов, блоков и рабочих органов машины; разработка и согласование технического проекта;

- технико-экономическое обоснование проекта;

4 этап - рабочее проектирование, то есть разработка машины со всеми деталями рабочего проекта;

5 этап - изготовление исследовательского образца, которое состоит из таких стадий как анализ и контроль технической документации; проектирование технологических процессов изготовления; разработка рабочих карт; оставление проекта организации работ; изготовление деталей, блоков, узлов исследовательского образца и их сборка.

Четвертый вид научных работ включает в себе такие следующие этапы:

1 этап - апробирование, доведение и регулирование изготовленного исследовательского образца машины;

2 этап - предварительные заводские испытания, которые включают: лабораторные, стендовые и лабораторно-полевые испытания, доработку исследовательского образца машины после анализа проведенных испытаний, замене отдельных узлов в случае отрицательных результатах испытаний;

3 этап - производственные, или предварительные испытания доработанных образцов машины, доведение новых конструкций машин к требованиям ТЗ;

4 этап - приемочные, или государственные испытания, то есть передача нового или усовершенствованного образца машины специальной комиссии на государственные испытания;

5 этап - систематические контрольные испытания в процессе массового производства новой машины;

6 этап - испытание отдельных образцов машины после капитального ремонта.

2. Виды испытаний машин

Испытание машин является важной составляющей в созданные новой техники. В процессе испытания в общем случае должны быть определенны дефекты конструкции, которые необходимо исправить в существующих серийных и создаваемых новых машинах.

Испытание - это разновидность научного исследования, при котором изучение и оценка производственного процесса, выполняемого объектом исследования, происходит без изменения его параметров и при тех же производственных условиях, для работы в которых он предназначен. Допускается изменять лишь те параметры или кинематические режимы работы процесса, машины или рабочего органа, которые предусмотренные регулированием объекта исследования. Целью таких испытаний является установление соответствия данного объекта производственным требованиям, которые были поставлены при разработке ТЗ.

Общие принципы испытаний машин заключаются в разработке видов и заключение системы основных показателей и критериев оценки машины в различных общих условиях работы; разработке методов оптимизации режимов их работы; в применении методов планирования экспериментов и соответствующей измерительной аппаратуры. Испытание строительных машин, как и других машин, в общем случае, относятся к проблеме оценки точности, качества и эффективности использования технических систем.

Общими задачами испытаний являются получение характеристик, которые определяют соответствие их своему назначению; выявление слабых сторон (мест) машин в конструктивном и компоновочном плане; определение показателей качества выполнение технологического процесса; оценка степени энергетической эффективности и надежности работы машин; улучшение условий труда обслуживающего персонала.

Создание новых образцов машин характеризуется комплектностью разработок, которые проводятся по генеральной программе, которая называется "система машин", а также синтезом оптимальных конструкций, т. е. объединением эффективных технических решений различных машин и конструкций рабочих органов с целью применения их в новой машине. Поэтому при испытаниях необходимо не только уделять серьезное внимание оценке степени оптимальности выбранных технических решений по различным техническими, эксплуатационными и технологическими критериям, но и внедрять всестороннюю оценку машин в технологических линиях и комплексах.

Основой современных испытаний различных видов техники являются инженерные методы испытаний, которые позволяют получить объективную оценку конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств техники и определить их соответствие техническим задачам и действующим технологическим требованиям на рабочие процессы. Арсенал известных инженерных методов контроля, оценки и испытаний различных видов техники очень широкий и разнообразный. Он базируется на современных положениях механики; надежности и долговечности машин; научных положениях о рабочих и производственных процессах; методах идентификации объектов исследования; технической диагностике машин; экспертизе и технических измерениях физических параметров; на научных методах планирования экспериментов; применение современных инженерных методов анализа полученных результатов испытаний и принятие решений по их результатам.

Виды испытаний техники различают согласно этапам усовершенствования, или создания новых машин, которые установились в практике или были определенны стандартизированными документами. Действующей государственной и отраслевой стандартизацией предусмотрено около 40 разных видов испытаний. Среди них, с организационно-технической точки зрения, необходимо различать следующие основные виды: заводские испытания опытного образца машины; предварительные испытания в полевых зональных условиях; приемочные государственные испытания доработанных образцов, которые подготавливаются к массовому серийному выпуску; контрольные испытания при массовом выпуске.

По условиям, месту и методам, которые применяются при испытаниях, различают: лабораторные (или стендовые), полигонные и эксплуатационные.

По критериям назначения испытания бывают: сравнительные, оценочные и испытание для проведения "чистых" научных исследований.

По виду программы проведение испытаний, они делятся на: ускоренные испытания, испытание по полной программе и испытание по специальной программе.

Ускоренные испытания проводятся с целью сокращения сроков разработки новых машин. Они могут быть: стендовые, полигонными и эксплуатационными.

Стендовые ускоренные испытания - это испытания машин со специальными нагрузочными устройствами-имитаторами, которые могут имитировать действие технологических материалов, тяговое сопротивление и усилие, специальные виды действия, так как климатические, вибрационные и т. п.

Полигонные ускоренные испытания - испытание мобильных машин с имитаторами при движении на специальных полигонах.

Эксплуатационные ускоренные испытания - это испытания машин в условиях нормальной эксплуатации за специальной организацией, то есть двух или трехсменной работы, сокращением пауз в работе, использовании разных дорожных фонов. На всех этапах испытаний выполняют различные технологические, эксплуатационные и технические эксперименты, которые предусматриваются программами и методами испытаний по разным видам, так называемых, оценок.

Испытание машин проводят по полной программе; сокращенной программе; специальной программе.

Полная программа испытаний предусматривает проверку исследовательских, модернизованных или серийных образцов машин первого года производства. Она включает в себя экспертизу конструкции машин; эксплуатационно-технологическую проверку; проверку надежности и долговечности выполнения технологического процесса; оценку условий работы.

Сокращенная программа испытаний применяется, как правило, при контрольных испытаниях машин второго года и последующих лет серийного производства. Она включает в себя экспертизу качества изготовления машин; оценку условий работы; эксплуатационно-технологическую проверку; проверку надежности выполнение рабочих процессов.

Специальная программа испытаний составляется на основе специальных задач и распоряжений, в которых указываются цель и объем испытаний.

Экспертиза конструкции машины включает в себя: проверку машины, узла или рабочего органа на соответствие технической и конструкторской документации; составление технического списка машины, узла или рабочего органа; составление технической характеристики машины и технологического процесса, который она выполняет; фотографирование основных механизмов, сборных единиц и деталей машины; оценку конструкции машины, ее регулирования и уровень унификации.

Энергетическая оценка машины проводится в основном тензометрическим методом и сводится к определению: скорости движения; тягового сопротивления рабочих органов или технического средства в целом; необходимой мощности на повод рабочих органов и на самоперемещение технического средства; частоты вращения рабочих узлов и рабочих органов; производительности работы гидросистемы; оценке электропривода стационарных машин.

Оценка условий работы позволяет выявить соответствие испытываемой машины, основным эргономичным требованиям и показателям качества, которые определяют связь «человек - машина - объект обработки». В это понятие входят: удобство работы, т. е. удобство расположения обслуживающего персонала, рациональная компоновка и легкость управления, назначение и направление рабочих усилий, обзорность и т. д.; удобство обслуживания, т. е. удобство доступа к рабочим органам, безопасность обслуживания, соответствие требованиям технической гигиены и т. д.; комфортабельность, т. е. оснащение вентиляцией, освещением, характер и уровень вибраций, шумов и т. д.

Эксплуатационно-технологическая оценка заключается в оценке характеристика фонов; в проведении фотохронометражных наблюдений на выбранных фонах; обработке данных рабочих смен; учета качества выполненной работы; оценке и универсальности машины; анализа показателей эксплуатационно-технологической оценки.

Оценка надежности проводится в соответствии с отраслевыми стандартами. При этом определяются такие показатели надежности как: наработка машины на отказ; удельная трудоемкость текущего ремонта и планового технического обслуживания; коэффициенты готовности и технического использования машины и т. д.

Экономическая оценка, заключается в определении: приведенных затрат на единицу продукции или единицу наработки; технико-экономическую эффективность от внедрения машины в производство; технико-экономический уровень машины.

3. Стендовые испытания

Как было отмечено ранее, часто проводят ускоренные испытания с целью сокращения сроков разработки новых машин для этого используют стенды. Испытания на стендах отличаются от других видов испытаний (полигонных, полевых, эксплуатационных) высокой стабильностью задаваемых и поддерживаемых воздействующих факторов (условий нагружения, температуры, влажности, запылённости и других факторов, влияющих на функционирование конструкции) точностью их регулирования, возможностями углублённых наблюдений за рабочими процессами, в том числе и в труднодоступных зонах, повышенной точностью измерения и регистрации параметров. На стендах может быть получена информация, которую не могут дать никакие иные испытания, например, показатели прочности деталей, индикаторная мощность и др.

Стендовые испытания классифицируются по различным признакам и в основном разделяются на следующие группы: испытания отдельных деталей, узлов и агрегатов; испытания полнокомплектных машин; испытания отдельных деталей, узлов и агрегатов на полнокомплектной машине (или её части), установленной на стенде; испытания статические и динамические; испытания с разрушением и без разрушения; на универсальных или уникальных стендовых установках; прочностные, усталостные, износные, вибрационные и др.

Испытания двигателей проводятся на стендах с гидравлическими, электрическими или индукторными тормозными установками (рис. 1, 2).

При стендовых испытаниях определяются:

1. Рабочие показатели при регулировках и комплектации, указанные заводом-изготовителем. По результатам испытаний определяются: характеристики индикаторной мощности, скоростные характеристики эффективной мощности - внешняя характеристика с регуляторной ветвью, характеристики принудительного холостого хода, механических потерь, нагрузочные характеристики мощности и расхода топлива при постоянных частотах вращения коленчатого вала, а также при заданных законах изменения частоты и нагрузки.

Рис. 1 Схема индукторного тормоза: 1 - статор; 2 - катушка возбуждения; 3 - ротор; 4 - система охлаждения; 5 - трубопроводы системы охлаждения; 6 - соединительный фланец; 7 - основание; 8 - стойки; 9 - вал ротора.

2. Предельные показатели мощности и крутящего момента двигателя при изменении параметров и регулировок системы питания, газораспределения, зажигания и заводских допусков на их изготовление.

3. Детонационные характеристики.

4. Надёжность, включая безотказность, износостойкость.

5. Токсичность и дымность.

6. Шумность и вибрации.

Рис. 2 Схема гидравлического лопастного тормоза 1 - водопроводная магистраль; 2 - ротор; 3 - статор; 4, 5 - подшипники; 6 - стойки; 7 - плита основания; 8 - сливной вентиль; 9 - вал тормоза

При испытаниях на стенде с электрическим приводом реверсивного действия можно оценить работу двигателя в режимах принудительного холостого хода, определить механические потери в нём, осуществить пуск без стартера, провести холодную приработку после сборки.

Стендовые испытания трансмиссий, помимо проверки на функционирование, включают определение статической прочности, жёсткости, долговечности, внутренних энергетических потерь, шума и вибрации, температурных характеристик, специальных показателей работы узлов и агрегатов. В большинстве случаев испытания проводятся на универсальных стендах для оценки одновременно нескольких показателей. Для испытаний отдельных узлов и механизмов трансмиссии используются стенды прямого нагружения (с разомкнутым потоком мощности), с замкнутым контуром, с динамической нагрузкой, с нагрузкой от маховых масс.

Испытания сцеплений включают определение момента трения, коэффициента надёжности при повышенных частотах вращения, термостойкости фрикционных накладок, исследование балансировки, характеристик демпфера крутильных колебаний, надёжности механизмов включения, нажимных пружин, износостойкости фрикционных накладок, их намокаемости в воде и масле, некоторых других свойств. Программы комплексных испытаний предусматривают циклическую повторяемость процессов включения и выключения сцеплений с различными режимами на испытательном стенде.

Испытания механических коробок передач осуществляются на специальных стендах, регламентируются отраслевыми стандартами или ТУ и включают: определение статической прочности (по нагрузкам, разрушающим наиболее слабое звено), установление величины и положения пятен контактов зубьев шестерён всех передач под нагрузкой, построение температурной характеристики (по времени непрерывной работы в режиме максимальной мощности двигателя), оценку уровня вибрации и шума, качества работы синхронизаторов и механизма управления, коэффициента полезного действия (КПД).

При испытаниях надёжности коробок передач определяют долговечность шестерён (по изгибной и контактной усталости зубьев), подшипников качения (по контактной усталости и износу), подшипников скольжения, муфт переключения передач (синхронизаторов, торцевых поверхностей зубьев шестерён), сальников, картера коробки передач. Исследуется влияние различных конструктивных и технологических факторов на работу коробки передач и её механизмов.

При испытаниях автоматических коробок передач дополнительно исследуются: зависимость момента переключения от скорости движения машины и нагрузки на ведомом валу, характеристики управляющих систем, моменты трения в тормозах и фрикционах коробки.

Стендовые испытания карданных передач начинают с определения прочности под статической нагрузкой крутящим моментом до разрушения слабого звена. Затем исследуются вибрации и производится балансировка при динамических испытаниях на специальных стендах. Оценивается критическая частота вращения до появления изгибных колебаний, а также КПД передачи. При испытаниях долговечности карданной передачи программируется изменение нагружения по четырём параметрам: крутящему моменту, частоте вращения, углу между валами, осевому перемещению в шлицевом соединении.

Ведущие мосты испытывают на стендах в сборе и поэлементно основные их узлы: главную передачу, дифференциал, полуоси, балку, поворотные кулаки (управляемых ведущих мостов полноприводных машин). Методически испытания ведущих мостов схожи с испытаниями коробок передач. При испытаниях статической прочности и жёсткости ведущих мостов соблюдается схема нагружения, соответствующая приложению вертикальных нагрузок от рессор или несущей системы (при безрессорной подвеске). машина испытание двигатель тормозной

При динамических испытаниях определяют КПД ведущего моста, коэффициент блокировки дифференциала, долговечность зубьев шестерён главной передачи, подшипников, деталей дифференциала, сальников и уплотнений, полуосей и балки.

Долговечность полуосей определяют на стендах циклического знакопеременного нагружения крутящим моментом по программам, включающим блоки низко и высокочастотных нагрузок со ступенчатым изменением амплитуды.

Испытания несущих систем, рам, кузовов и кабин производятся на стендах статического и динамического нагружения раздельно или совместно в различной комплектации, а также на машине, установленной на стенде.

Цель статических испытаний несущих систем - проверка прочности и жёсткости. При этом выявляются ослабленные или перегруженные участки и соединения, деформации под действием устанавливаемых агрегатов и груза, различных видов внешнего нагружения. Преимущественно при испытаниях используется два вида нагружения: изгиб в вертикальном направлении под действием сил, приложенных в местах реального воздействия (опоры рессор, двигателя, кабины, кузова и других агрегатов) с перегрузкой, например, для легковых автомобилей в 2…2,5 раза, для грузовых - 2,5…4 раза; закручивание моментом, соответствующим предельному перекосу при преодолении экстремальных препятствий, например, соответствующему вывешиванию одного из колёс машины.

Напряжения в любом сечении элементов конструкции при этих испытаниях не должны превышать предела текучести материала, а деформации - допустимых величин для сохранения зазоров между силовыми элементами, в дверных и оконных проёмах, иных показателей форм и допусков на геометрические размеры, предусмотренных конструкторско-технологической документацией.

Важной задачей статических стендовых испытаний является изучение напряжённого состояния всех элементов несущей системы под нагрузкой путём, например, тензометрирования во многих точках, результаты которого служат основанием существенного сокращения объёмов измерений при последующих динамических испытаниях.

На стендах с динамическим нагружением оценивается долговечность конструкции в целом (рам, кузовов, кабин), их частей (например, лонжеронов рамы) и отдельных узлов.

Динамические стендовые испытания кузовов, кабин и комплектных машин являются основным способом оценки пассивной безопасности. При этом имитируются опрокидывание, лобовое столкновение, наезды сзади или сбоку. Используются стенды, осуществляющие разгон испытуемого объекта и его наезд с заданной скоростью на массивное препятствие под разными углами (стенды-катапульты), а также стенды с массивным маятником (копровые стенды) для ударных нагрузок в определённые места конструкции. Например, удар спереди по верхнему углу кабины имитирует падение машины с откоса, удар сбоку по верхнему углу кабины имитирует опрокидывание машины в кювет, удар по задней стенке - воздействие незакреплённого груза при резкой остановке. Схожими методами испытываются на стендах силовые каркасы кузовов, бамперы, оперения.

Применяется также динамическое локальное нагружение на отдельных участках конструкции с помощью различных вибраторов направленного воздействия для оценки частоты собственных колебаний и частотных резонансов отдельных деталей и сочленений.

Стендовые испытания подвески включают определение характеристик упругости при вертикальных и поперечно-угловых деформациях. Испытания отдельных элементов и деталей включают также оценку надёжности.

Исследования упругости подвески с торсионами, листовыми рессорами и пружинами (в целом и поэлементно) ограничиваются обычно статической нагрузочной градуировкой.

Пневматические и гидропневматические рессоры испытываются на стендах как при квазистатическом (медленном) сжатии при разных начальных давлениях упругой среды, так и в режиме динамического нагружения по гармоническому закону с различной частотой.

Амортизаторы испытывают на стендах для определения зависимости развиваемой силы сопротивления от скорости перемещения поршня. При контрольных и приёмочных испытаниях амортизаторов определяются герметичность, шумность, плавность работы. Проверяется также стабильность рабочей диаграммы и оценивается зависимость поглощаемой энергии за цикл сжатия и отбоя от температуры заполняющей жидкости.

Стендовые испытания долговечности, как правило, проводятся поэлементно: испытания рессор, деталей направляющих устройств (шарниров, кронштейнов, креплений), амортизаторов при динамических нагружениях по различным программам. Испытываются также комплекты сопряжённых узлов, например, листовые рессоры совместно с шарнирами и кронштейнами крепления к раме. Получают распространение также стендовые испытания с одновременным нагружением на изгиб и кручение.

Испытания шин на стендах проводятся для определения геометрических параметров (радиусов свободного, статического, динамического качения, площади контакта с опорной поверхностью по выступам рисунка протектора, по контуру отпечатка), характеристик упругости и демпфирования при нагружении нормальной, боковой и окружной силами, характеристик бокового увода, сцепных свойств, долговечности (в основном по износу протектора и расслоению каркаса).

Преобладающими при стендовых испытаниях шин являются режимы качения, преимущественно по внешним поверхностям вращающихся опорных барабанов. На стендах также исследуются температурные состояния, эпюры давлений и другие показатели рабочих процессов шин. Характеристики упругости и демпфирования определяются на стендах в режимах квазистатического и динамического нагружения.

Массовые испытания шин проводятся на шинообкатных станках различной конструкции, на которых значительно ускоряется наступление предельных состояний.

Колёса и ступицы на стендах испытываются на прочность под действием вертикальной и боковой сил. Под действием этих же сил испытываются колёса на усталость. При этом колёса монтируются на стендах неподвижно, что даёт возможность наблюдения зарождающихся деформаций и трещин.

Рулевое управление испытывается на стендах главным образом на надёжность рулевых механизмов, а также насосов, силовых цилиндров усилителей, износостойкость шарниров и других деталей.

При стендовых испытаниях рулевых механизмов внешняя нагрузка прикладывается к сошке через нагрузочные устройства различных конструкций.

На стендах исследуются также потери на трение, КПД рулевого механизма, характеристики упругости рулевого привода.

Тормозные механизмы испытывают на специальных стендах с целью определения надёжности их работы и ресурса. Установка на вал стенда маховых масс, соответствующих имитируемому весу автомобиля, приходящемуся при торможении на один испытуемый механизм, позволяет определять параметры работы тормозного механизма в условиях, максимально приближенных к реальным.

Стендовые испытания полнокомплектных транспортных средств проводят, главным образом, в исследовательских целях, основываясь на принципах движения в системе «движитель - опорная поверхность». Опорной поверхностью в этом случае служат вращающиеся круглые катки (барабаны).

На стендах исследуются тягово-скоростные и виброакустические характеристики, топливная экономичность, температурные режимы отдельных узлов и агрегатов, особенности взаимодействия колёс с опорной поверхностью и другие рабочие процессы.

При установке в приводах стендов инерционных масс имитируются переходные неустановившиеся режимы движения (разгон, накат).

На барабанных стендах испытываются тормозные механизмы и приводы. Оценивается суммарная тормозная сила, неравномерность её распределения по колёсам, эффективность стояночных тормозов.

На стендах для ходовых динамических испытаний определяется универсальная характеристика полнокомплектной машины как колебательной системы, реагирующей на воздействие дорожных неровностей. На барабанных стендах это достигается установкой на рабочей поверхности барабана накладок, образующих по периметру синусоидальный профиль. Вращением барабана с накладками зона контакта опирающегося на него колеса смещается в вертикальном направлении по гармоническому закону, создавая кинематическое возмущение колебаний машины. Регулируется частота такого возмущения скоростью вращения барабана, а амплитуда - толщиной накладок.

Почти во всех стендовых испытаниях, в особенности динамических, центральной задачей является формирование внешнего нагружения конструкции.

Используемое стендовое оборудование исключительно многообразно. По назначению различаются стенды: испытаний отдельных деталей (например, карданных валов, крестовин, поворотных цапф), испытаний узлов (например, двигателей, сцеплений, коробок передач, тормозных механизмов, гусеничных движителей и др.), испытаний полнокомплектных машин (например, барабанные типа Ридлера или роликовые, с опорной лентой). Различаются стенды по виду прикладываемого воздействия: на статические (например, стенд опрокидывания) и динамические (например, стенд испытаний рулевого управления на поглощаемую энергию удара при лобовом столкновении), по типам движущего или тормозящего привода (электрические, гидравлические), по количеству одновременно фиксируемых воздействий (например, изгиб и кручение) и по многим другим признакам.

В большинстве случаев стенды для испытаний машин являются уникальными стендами целевого назначения, и только малая их часть имеет типовую конструкцию и малосерийный промышленный выпуск.

В организации испытаний выделяются следующие этапы: планирование, проведение, обработка результатов и выработка заключений и рекомендаций.

Список использованной литературы

1. Верещагин С.Б. Планирование и оценка результатов испытаний колёсных и гусеничных машин: Учебное пособие. - М.: МАДИ (ГТУ), 2008 - 60 с.

2. http://reftrend.ru/673931.html

Размещено на Allbest.ru