автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация регулировки манометров



На правах рукописи

Бригадин Андрей Геннадьевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕГУЛИРОВКИ МАНОМЕТРОВ

Специальность: 05.13.07 -Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 1998

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация и роботизация в машиностроении» Томского политехнического университета.

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Куфарев Г.Л.

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Бодаренко В.П. кандидат технических наук, доцент Свинолупов Ю.Г.

Ведущее предприятие ЦПКБ "Теплоприбор" г. Казань

Защита состоится « 29 » ОРкаЗрЯ 1998 г. в Ю часов на заседании диссертационного совета Д 063.05.01 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 53, НИИ АЭМ при ТСУРе.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Автореферат разослан « 25 » НОЯ о/) Я 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 063.05.01, д.т.н. профессорг

В.А. Бейнарович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Операции сборки и регулировки занимают значительное место в технологическом процессе производства приборов, в частности в производстве приборов давления - манометров, где на их долю приходится около 30% всего времени производственного цикла. Это оправдывает проведение работ по автоматизации процессов сборки и регулировки работ.

Объектом исследования является подлежащий автоматизации технологический процесс регулировки приборов давления.

Цель работы - изыскание способов автоматизации сборочно-регулировочных работ для широко распространенного класса приборов давления - манометров с трубкой Бурдона.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач исследования:

1. экспериментальное исследование механической системы манометра (МСМ) с целью определения граничных условий и возможных допущений при создании математической модели;

2. разработка математической модели МСМ и её экспериментальная проверка;

3. аналитическое исследование механической системы манометра с целью оптимизации процесса регулировки;

4. разработка и исследование вариантов автоматизированной сборки и регулировки манометров;

5. разработка конструкций манометра, отвечающих требованиями автоматизированной сборки и регулировки;

6. разработка высокопроизводительных технологических машин и устройств для выполнения сборочно-регулировочных операций манометров.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, сочетающий теоретический анализ и экспериментальные исследования. Теоретические исследования выполнены на разработанной математической модели с использованием средств имитационного моделирования.

Научная новизна:

1. Предложена методология автоматизации сборки и регулировки приборов давления, как синтез системы «изделие - технология -машина», позволяющая минимизировать объем регулировочных работ, вплоть до их исключения из производства изделия.

2. Разработана и экспериментально обоснована оригинальная математическая модель механической системы манометра основанная на комплексном анализе взаимосвязи всех ее элементов.

3. Впервые предложен и обоснован, защищенный авторским свидетельством, способ автоматизированной сборки манометров, содержащий операции: измерение действительных значений влияющих параметров, расчет требуемых для заданной точности прибора значений регулировочных параметров и сборку приборов без последующей регулировки.

4. Предложены оригинальные элементы разработанной системы: конструкции манометров, отвечающие требованиям автоматизированной сборки, технологические средства - автоматический за-датчик давления и устройство для автоматизированной регулировки приборов с лимитированной жесткостью чувствительного элемента.

Практическая ценность работы

1. Разработаны, обоснованы и апробированы основные элементы автоматизированной системы - "изделие - технология - машина", для сборки и регулировки манометров: варианты конструкции манометров, удовлетворяющие требованиям автоматизированной сборки, технологический процесс автоматизированной сборки — регулировки, автоматический задатчик давления и устройство для автоматизированной регулировки приборов.

2. Применение на этапе проектирования манометров разработанной математической модели позволяет оптимизировать взаимное расположение элементов механической системы манометров, оценить влияние технологических и конструктивных параметров на погрешность показания и рассчитать величины регулируемых параметров из условия минимизации погрешности показаний прибора.

3. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать принципы сборки и регулировки, минимизирующие затраты и в отдельных случаях упраздняющие операцию регулировки из технологического процесса.

4. Предложенные алгоритмы, средства автоматизированной сборки и подход к решению проблемы автоматизации регулировки манометров, применимы для автоматизации процесса изготовления других изделий.

Основные положения, представляемые к защите:

В связи с тем, что оператор - регулировщик неоднократно выполняя в процессе регулировки частичную сборку - разборку приборов, методом проб и ошибок, в конечном счете, находит и устанавливает значения регулируемых параметров, обеспечивающих заданную точность прибора, возможно с использованием математического моделирования по предварительно измеренным значениям влияющих конструктивных параметров рассчитать требуемые значения регули-

руемых параметров, выполнить их и существенно сократить регулировку, либо, при определенных условиях, упразднить ее.

Наибольший эффект автоматизации сборочно-регулировочных работ достигается при воздействии на основные элементы системы: приведении конструкции изделия в соответствие с требованиями автоматизированной сборки-регулировки, разработке оптимального технологического процесса и создании соответствующих автоматизированных технологических машин.

Предложены, аналитически и экспериментально обоснованы приемлемые варианты системы «изделие - технология - машина»: оригинальные конструкции манометров, технологические процессы сборки с сокращением объема регулировки и упразднением последней, технологические средства — оригинальный автоматический за-датчик давления и устройство для регулировки приборов давления с ограниченной жесткостью чувствительного элемента. Апробация работы

Основные положения и выводы по работе были представлены в публикациях и были доложены на научно-технических конференциях:

- V-я Всесоюзная школа-семинар молодых ученых и специалистов, Промышленные роботы и гибкие автоматизированные производства, Нарва, 1986.

- Научно-техническая конференция. Автоматизация и механизация в машиностроении, Кемерово, 1988.

- Областная научно-практическая конференция молодежи и студентов по техническим наукам и высоким технологиям. Томск. 1995.

- Х-научная конференция, посвященная 40-летию Юргинского филиала ТПУ. Юрга. 1997.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 5 статей и 2 патента на изобретения. Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 58 наименований, в состав приложений входит 24 страницы машинописного текста, дополняющего содержание работы.

Личный вклад в результаты работы состоит в:

- разработке методики и проведении экспериментальных исследований механической системы манометров с трубкой Бурдона (МСМ);

- разработке основных положений математической модели МСМ ее исследовании и экспериментальной проверке;

- разработке и обосновании вариантов автоматизированного технологического процесса сборки - регулировки, обеспечивающих снижение затрат на регулировку;

- выполнение всех работ на ПЭВМ: исследований, расчетов, проектов и т.п.

- разработке, аналитическом исследовании и испытании модернизированных конструкций манометров, удовлетворяющих требованиям автоматизированной сборки - регулировки, разработке образцов некоторых технологических машин: автоматического задатчика давления, устройства регулировки приборов с ограниченной жесткостью чувствительного элемента.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, дается обзор и краткий анализ существующих подходов к решению проблемы, определена цель диссертационной работы, сформулированы основные научные результаты выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен анализ предмета и средств синтеза системы - "изделие - технология - машина", выбран подход к решению поставленных задач. Глава состоит из трёх разделов.

Первый раздел представляет собой обзор научных основ автоматизированной сборки и регулировки. Обзор сделан на основе отечественной и зарубежной литературы.

Сегодня уместно говорить о новом витке технологии сборки -широком возврате на новой ступени, в новом качестве эпохи "подгоночной" технологии. Появилось много возможностей у этого испытывающего новое рождение способа сборки и много устройств, предназначенных для его реализации. Например, «автоматическая линия для селективной сборки узлов, включающая оборудование для окончательного изготовления одной из собираемых деталей...» (A.c. 1158325) или «способ сборки манометров с рычажно-зубчатым механизмом, состоящий в измерении характеристик чувствительного элемента (пружины Бурдона) и погрешностей рычажно-зубчатого механизма, расчете и установке размеров регулирующих элементов конструкции манометра исходя из требуемого класса точности прибора». (A.c. 1207709).

Во втором разделе рассмотрены современные тенденции автоматической сборки.

Вопросами автоматизации сборки манометров занимались такие организации как НПО "Техноприбор" (г. Смоленск), ПО "Тепло-контроль" (г. Казань), ВНИТИПрибор НПО "Темп" (г. Москва),

НИИТеплоприбор и др.

В Казанском ПО «Теполконтроль» была создана гибкая производственная система по сборке манометров. Однако операция регулировки не была автоматизирована. В НИИ Смоленского НПО "Тех-ноприбор" разработан алгоритм - функционирования робототехнологического комплекса автоматизированной настройки манометров класса 4.

В третьей части главы рассмотрены временные затраты на регулировку манометров в условиях производства на Томском манометровом заводе. По проведенным исследованиям временных затрат сборка механизма манометра занимает 70...80% времени изготовления прибора, причем операция регулировки составляет по данным отдела главного технолога Томского манометрового завода около 31% от всего времени сборки. Следовательно, исключение операции регулировки либо сведение ее к минимуму является одним из важнейших вопросов комплексной автоматизации изготовления приборов.

В заключении были определены основные направления работы, связанных с автоматизацией процесса регулировки манометров:

1. Математическое моделирование и экспериментальное исследование механической системы манометра; аналитическое исследование возможности уменьшения числа регулировочных параметров, исследование взаимосвязи входных и выходных параметров.

2. Разработка и дальнейшее развитие способов и средств определения характеристик и погрешностей упругого элемента и механизма манометра.

3. Модернизация конструкции манометра в соответствии с требованиями автоматизированной сборки.

4. Разработка и исследование алгоритмов технологии автоматизированной сборки и регулировки манометров.

5. Разработка высокопроизводительных автоматических устройств для регулировки манометров.

Во второй главе описаны методики и представлены значения экспериментальных исследований МСМ, с целью определения граничных условий и допущений при создании математической модели манометра (МММ).

Объектом исследований был выбран серийно выпускаемый Томским АО «МАНОТОМЬ» прибор типа МТП-100 ОМА2(СД) с измеряемым пределом давления от 0 до 1,6МПа.

Проведенные экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Зависимость хода чувствительного элемента от давления и его траектория соответствует линейной зависимости, так как величина

достоверности аппроксимации функции у=а-х+Ь равна 0,999.

2. Степень закрутки спиральной пружины в пределах ее работоспособности может уменьшить ход чувствительного элемента на 0,017мм, что составляет 0,4% от его величины.

3. Собственная погрешности показания манометра обусловленная конструктивным исполнением прибора и зависящая от таких физических факторов как, гистерезис упругих элементов (трубка Бурдона и спиральная пружина) и трение кинематических пар механической системы манометра составляет 0,9% относительной погрешности прибора.

В третьей главе описана разработанная математическая модель механической системы манометра.

Цель математического моделирования механической системы манометра состоит в анализе взаимосвязи параметров и оптимизации взаимного расположения конструктивных элементов механической системы и расчете числа и значений регулируемых параметров системы, обеспечивающих достижение требуемого класса точности.

Наиболее распространенная кинематическая схема механизма манометра, изображена на рис. 1.

Перемещение Н наконечника чувствительного элемента вызывает поворот сектора с хвостовиком радиусом К вокруг своей оси, передающийся посредством зубчатого зацепления, стрелке прибора. Величины II и Ь в существующих конструкциях манометра могут изменяться в определенных границах, обеспечивая тем самым возможность регулировки механизма. Необходимость регулировки механизма обусловлена как нестабильностью упругих свойств пружины Бур-

——■-"'Ч

Рис. 1. Кинематическая схема манометра

дона, так и вариацией расположения механизма в партии приборов.

Как видно из представленного рис. 1, угол поворота стрелки, можно определить следующими основными параметрами механической системы манометра:

Н - ход чувствительного элемента; Те - угол наклона вектора хода к оси ОУ;

Уо - расстояние между осью вращения сектора и осью крепления тяги в наконечнике чувствительного элемента; Я - плечо трибко-секторного передаточного механизма;

- длина тяги передаточного механизма; к - передаточное отношение трибко-секторного механизма, Из рис. 1 угол поворота стрелки находится следующим образом:

а=к-(Р-5+7). (3.1)

Здесь:

А2+Я2-Ь2

5 - агссо5 2 а к ; (3.2)

А2 = Н2 + Уд + 2 • Н • У0 ■ соз(Те); ' (3.3)

6 = агссоз^ + К——; (3.4)

2-У0-Я

. Н-БтГГе)

у = агсБш-^—-. (3.5)

А

Подставив выражения (3.2), (3.4), (3.5) в зависимость (3.1) получим:

, ( У2+Я2-Ь2 А2+112-Ь2 . Н-вшСТе)!

а = к ■ агссоз у--агссоэ-+ агсвт-- .(3.6)

I 2 • У0 ■ II 2-А-К А )

Соотношение (3.6), описывает нелинейную зависимость угла поворота стрелки от параметров МСМ Н, Уо, Те, К, Ь, которые могут изменяться либо в процессе регулировки, либо вследствие изменения конструкции.

Задача математической регулировки заключается в нахождении (при фиксированных величинах Ншах, Уо, Те) значений изменяемых параметров ЯиЬ, обеспечивающих наилучшее приближение к идеальной линейной зависимости

Замкнутое аналитическое решение такой задачи в виде формул типа затруднено. Численное решение задачи оптимальной регулировки возможно в виде пакета таблиц, номограмм или подходящих аппроксимаций. Объем вычислений существенно зависит от начального приближения для Я и Ь и степени точности, установленной для

их вычислений. Поэтому, условие минимизации Д, целесообразно заменить физически разумной гипотезой определения требуемых значений Я и Ъ, с последующей проверкой величины А.

В качестве физически разумного предложения предлагается ввести гипотезу оптимальности регулировки механизма манометра в случае равенства вектора хода пружины Н и хорды В1В0 (рис. 2), как свободных векторов.

Рис. 2. Схема параллелограмной регулировки

В этом случае четырехугольник А0А1В1В0 является параллелограммом, что объясняет принятый термин "параллелограмная" регулировка. Принятое предложение автоматически обеспечивает выполнение масштабного условия, а величина Д- жнрешность показания прибора, определяется только нелинейностью механизма, обусловленной отличием дуги В0В1 от стягивающей ее хорды.

Уравнения для нахождения значений регулировочных параметров Я и Ь находятся из условий (3.15), (3.16) в виде:

к —Ншах--(317)

а

У^+^-г-^-Уо-зтСГе-^) (3.18)

Частный случай параллелограмной регулировки - условие совпадения линии действия хода чувствительного элемента с линией хорды.

2-У0-5т(Те) = Нтах-с1в^ (3.19)

В приложении 1 представлен текст программы, математической

модели манометра, позволяющая:

• проводить математический анализ для конкретно выбранной механической системы манометра, т.е. настраивать параметры МСМ под конкретно выбранную конструкцию прибора,

• рассчитать регулирующие параметры R и L из условия паралле-лограмной регулировки по известным Н, Yo, Те, с последующей оптимизацией методом последовательного приближения к минимальной Д,

• рассчитать и проиллюстрировать изменение А от изменения параметров механической системы манометра,

• иллюстрирует анимационно работу прибора с текущими параметрами механической системы манометра,

Созданная МММ имеет следующие допущения:

— приращение радиуса чувствительного элемента (трубки Бурдо-на) линейно зависит от давления,

— элементы механизма передают вращение стрелки через грибко-секторный механизм без люфтов, трения, инерции и гистерезиса чувствительного элемента, с постоянным передаточным отношением, без учета влияния спиральной пружины служащей для выбора люфтов,

— величина венца зубчатого сектора передаточного механизма определяется из условия обеспечения работоспособности прибора.

Во второй части главы была проведена экспериментальная проверка достоверности МММ, которая заключалась в оценке соответствия расчётных и экспериментальных значений погрешности показания для конкретно взятого прибора.

Рис. 3 иллюстрируют экспериментальную проверку МММ.

Н = 3.440мм Н = 3.440мм

L = 27.358мм 1 L = 23.250мм 2

Н = 8.471мм К = 8.516мм

¥о= 27.544мм Umax= 8.49 гр ¥о= 27.544мм Unax= 1.07 гр

То= 24.Ы гр Uwin= В.00 гр 7е= 24.М гр Wnin= -1.26 гр

U= 0.49 гр 11= 2.33 гр

dFt (rp.J

1

(атн.)

8 10 12 14 16

3.0

Рис. 3

График 1 - погрешность показания манометра при оптимальном расположении элементов МСМ с регулировочными параметрами, рассчитанными из условия минимальной погрешности.

График 2, 3 - соответственно аналитическая и экспериментальная зависимость Д(Р) (на рисунке ёР1(Р), \У=Д) для конкретных значений МСМ Н, Уо, Те, Я, Ь.

На основе проведённых экспериментальных исследований можно сделать следующее заключение:

• Созданная математическая модель манометра реально отражает моделируемую взаимосвязь всех конструктивных элементов манометра даже с учетом принятых допущений.

В третьей части главы проведены аналитические исследования МСМ.

Рис. 4. Зависимость А от вариации параметров И и Ь

К мм К=0.4 Ь мм Я мм • о» ..... К=0.Ь Ь мм Н мм к=1.а Ь М1

В мм И мм К=2.В Ь мм Я мм

Х=1.5 Ь мм К=2.5 1. м

• - К,Ь параллелограмной рагчлдеовки Л =0.756 о - ЙЛДля Дт1п д =0.467

Шаг сетки значений №0,4 мм [--0,45 мм

Рис. 5. Допустимые значения параметров Ы и Ь, для различных классов точности манометров (К)

Вызывает особый интерес исследование характера изменения зависимости Д=Г(11,Ъ) для оценки влияния основных параметров регулировки II и Ь на погрешность показания манометра А. На Рис. 4

представлена зависимость А от вариации параметров 11 и Ь относительно рассчитанных Яп и Ьп для параллелограмной регулировки, при условии постоянства параметров Н, Уо и Те.

На рис. 5 представлены сечения функции Д=Я51,Ь), для различных классов точности приборов. Значения входных параметров Н, Уо и Те соответствуют среднестатистическим значениям серийно выпускаемого типа манометров.

С повышением класса точности прибора поле допустимых значений IIи Ь, естественно, резко сужается. Значения ЯиЬрассчитанные по формулам (3.17, 3.18) на рис. 5 обозначены яркой точкой, кругом помечены ЯиЬ для которых Д имеет минимальное значение в представленном массиве данных.

Проведённые исследования показывают:

• рассчитанные значения параметров II и Ь, исходя из принятой гипотезы (параллелограмной регулировки), обеспечивают в идеальном случае регулировку приборов классом точности «0,3 (0,76° при 270° шкале) и соответственно могут служить хорошим начальным приближением для решения задачи минимизации А методом последовательного приближения;

• существующее конструктивное исполнение кинематической схемы манометра из-за нелинейности кинематической связи - чувствительный элемент - трибко-секторный передаточный механизм, даёт погрешность «0,17% (0,47° при 270° шкале).

В.4

в.г а

-0.2 -В.4

-в.6

-В.8 -1.0

Н = 4.000 Ь = 28.760 В = 9.315 Vо= 28.603 Те= 21.805

Цпах= 0.66477 и»1п= -0.11432 АН (гр.) и = И.77970

- -г- Р (отн.)

1.0 0.3 3.4 0.2 В

-0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0

Н = 4.000 I. = 2Я.463 Я = 5.913 Уо= 28.803 Те= г1.В05

и»ах= 0,46710 Ы|»1п= В.ЩЮЁЭ ап (гр.) и » 0.4671В

-I--^---4- -р (Втм.)

в~10 " 12 "14" "Чб

а)

б)

Рис. 6

Вызывает интерес сравнительный анализ зависимости Д=Г(Р) для оптимальных значений ЯиЬ (рис. 6а) определенных из условия минимизации А (на рис. 6 Д=<Ж, Д=\У ) и определенных из условия параллелограмной регулировки (рис. 66), при среднестатистических Н, Уо, Те.

Анализ оптимизации взаимного расположения элементов МСМ показывает целесообразность модернизации механизма манометра, при котором конструктивные размеры механизма подбираются с учётом соотношения (3.19), что дает практическое совпадение значений R и L рассчитанные из условия параллелограмной регулировки с оптимальным. Отличие оптимальных значений Ro,rr и Lorrr от Rn и Ln па-раллелограмных ^,„=9,914, R„=9,915, LOIII=22,93, Ln=23,484) фактически определяется только отличием параметра L, что позволяет ограничить поиск оптимальных значений методом последовательного приближения только по параметру L.

В четвертой части главы рассмотрена зависимость точности показаний манометра от числа регулируемых элементов МСМ и точности их исполнения

Трёхпараметрическая регулировка, как это заложено в большинстве конструкций манометров, обеспечивает настройку приборов классом точности до 0,6. Однако манометры класса точности 0,6 и выше, относятся к разряду эталонных приборов и соответственно их производство не столь массово и автоматизация их регулировки не столь актуальна. Поэтому исследовалась возможность двух-, однопа-рамерической регулировки, либо безрегулировочной сборки с последующей разбраковкой по классам точности.

Двухпараметрическая регулировка no L и R, при стабилизации параметра Yo может обеспечить класс точности 0,2 (~0,5° погрешности показаний по шкале).

Однопараметрическая регулировка в идеальном случае может обеспечить класс точности 0,4 (»1° погрешности показаний по шкале), а при среднем значении Н, класс точности 0,2. Однако в отличие от двухпараметрической регулировки, однопараметрическая накладывает жёсткие требования на стабилизацию параметра Yo (AYo-»0)

__Табл. 1

____ дн/н класс точностйг~— 30% 15% 7% 4%

1,0 6% 13% 28% 60%

1,5 10% 22% 45% 68%

2,5 15% 35% 68% 90%

4,0 22% 55% 88% 99%

Как видно из таблицы, сборка манометров без регулировки, при последующей разбраковкой по классам точности при существующих условиях производства позволяет отрегулировать 22% приборов в произвольно взятой партии. При установке значений параметров R, Ь рассчитанных из условия оптимизации Д для среднестатистических значений параметров Н, Yo, Те. Но если, например, стабилизировать

ход Н - довести до 4% то практически все приборы будут годными, причем 60%(!) соответствовать классу точности 1.

В заключительной части главы был проведен анализ взаимосвязи входных и выходных параметров.

Одним из возможных путей решения этой задачи, может быть вычисление коэффициентного влияния.

Д^А^+Бн'АН+8у0-АУо+Бтс-АТе+Бк-АК+Бь-АЬ (3.29)

Здесь Атш - наименьшая величина Д, достигаемая при точной математической регулировке.

Так как эту зависимость в явном виде аналитически очень сложно получить, был использован численный метод для нахождения абсолютных коэффициентов чувствительности.

Для численного анализа выбраны усреднённые значения параметров Н, Уо, Те, II, Ь по партии приборов типа МП 1-100:

Н=4мм, Уо=28,803мм, Те=21,805°, 11=9,913мм, Ь=28,469мм.

Формула весовых коэффициентов в абсолютных значениях имеет вид:

Д= 1,07+1,029АН+0,612АУо-0,015АТе-1,028-ДК.+0,563 • ДЪ (3.36)

Приведённая зависимость позволяет определить допустимые значения параметров МСМ удовлетворяющие требуемому классу точности прибора.

В четвёртой главе представлены варианты автоматизированной сборки и способы достижения заданной точности расчётных значений регулируемых параметров.

Укрупнено алгоритм автоматизированной сборки будет выглядеть следующим образом:

• Определение характеристики упругого элемента и положения

механизма манометра (Н, V, Те).

• Расчет значений регулировочных параметров Я и Ь (по МММ).

• Получение заданных значений Я и Ь.

• Сборка прибора.

• Поверка прибора.

Для выбора оптимального варианта технологического процесса сборки манометров был проведен анализ возможных способов получения исходной информации о состоянии прибора, параметров Н, Уо, Те и достижения расчетных значений параметров Я и Ь.

В пятой главе рассмотрены вопросы модернизации конструкции манометра с целью приспособления ее к условиям автоматизированной регулировки.

Анализ конструкций серийно выпускаемых манометров, дает основание заключить, что они не отвечают требованиям автоматизи-

рованной сборки и регулировки. В связи с этим задача модернизации конструкции манометра является весьма актуальной.

В настоящей работе предложено провести модернизацию конструкции по двум основным вариантам:

1. Выполнить прибор нерегулируемым, а компенсацию погрешностей и нестабильности свойств элементов механической системы осуществить предварительно до сборки путем измерения параметров системы, расчета значений регулируемых параметров (И и Ь) и доработки, например, путем сверления отверстий в требуемом месте сектора и тяги - в соответствии с выбранным способом сборки манометров.

2. Конструкция прибора должна допускать простую для реализации регулировку жесткости чувствительного элемента прибора; при этом механизм выполняется нерегулируемым и с постоянными для всех приборов величинами секторов и тяг.

Преимущества прибора по первому варианту модернизации -упразднение операции регулировки, возможность применения более технологичных, с точки зрения автоматизации, видов сопряжений (вместо винтовых - прессовые, либо с применением пружинных стопорных колец). Недостатки обусловлены главным образом трудностями определения параметров механической системы. Если для измерения характеристик чувствительного элемента могут быть разработаны способы и средства, обеспечивающие заданную точность, то учет нестабильности характера сопряжений в механизмах может быть выполнен только в собранных приборах, что, очевидно, невозможно для описываемого варианта модернизации. Таким образом, нестабильность механизма, а также характера соединения механизма с наконечником чувствительного элемента и влияние компенсационной спиральной пружинки, т.е. все то, что проявляется после сборки, приходится учитывать усредненно. Это может оказаться некорректным для приборов классов точности 1 и выше и для приборов, предназначенных для измерения малых (меньше 1,6МПа) давлений, т.е. имеющих сравнительно "нежесткий" чувствительный элемент.

От этих недостатков свободен второй вариант модернизации, ориентированный на регулировку прибора в сборе путем изменения характеристик чувствительного элемента (Рис. 7а,б) (а.с. 153095). Причем проведенные испытания партии приборов на воздействие вибрации показали улучшение характеристик по виброустойчивости. Однако, в предложенной конструкции возможно появление нелинейности, т.к. применяемый механизм не способен компенсировать возникающие отклонения, например, изменение направления перемещения наконечника чувствительного элемента.

Для компенсации возможной нелинейности показаний может

оказаться полезным использование схемы, основанной на применении дополнительного зубчатого сектора, взаимодействующего с подпружиненной рейкой, шарнирно соединенной с наконечником чувствительного элемента (а.с. 1186972).

Помимо отмеченных вариантов принципиальной модернизации конструкции манометра целесообразным является совершенствование конструкции и технологии изготовления, отдельных его сборочных единиц: держателя с пружиной, механизма и др. с целью стабилизации их параметров.

В диссертационной работе проанализированы пути, способы и средства автоматизированной сборки и регулировки приборов давления с чувствительным элементом в виде пружины Бурдона. Показано, что автоматизация сборочно-регулировочных операций наиболее эффективно может быть реализована при одновременном доведении конструкции прибора к уровню автоматизированной сборки, разработке технологии и создании технологических машин для реализации процесса. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы:

1. Изучение патентных и литературных источников показало, что наиболее трудоемкой операцией в сборочных технологических процессах является операция регулировки. Следовательно, исключение операции регулировки либо сведение ее к минимуму является одним из важнейших вопросов комплексной автоматизации процесса сборки. Подход к решению проблемы автоматизации сборочно-регулировочных операций рассмотрен на примере автоматизации регулировки манометров.

2. Экспериментальные исследования МСМ определили граничные

Рис. 7

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

условия и возможные допущения для создания математической модели манометра.

3. Созданная МММ позволяет:

• проводить математический анализ конкретно выбранной МСМ, т.е. настраивать параметры МСМ под конкретно выбранную конструкцию прибора,

• рассчитать регулирующие параметры R и L из условия па-раллелограмной регулировки по известным Н, Yo, Те, с последующей оптимизацией методом последовательного приближения к минимальной погрешности А,

• проводить аналитическое исследование механической системы манометра, с целью оптимизации параметров регулировки и разработки конструкций манометра, отвечающих требованиями автоматизированной сборки,

• проанализировать изменение Д от изменения параметров механической системы манометра,

• проиллюстрировать анимационно работу прибора с текущими параметрами механической системы манометра.

4. Адекватность работы МММ реальным условиям подтверждена экспериментально.

5. В результате анализа, проведенного с использованием математического моделирования, определено оптимальное расположение элементов МСМ, обоснованы условия выбора однопараметрической, двухпараметрической регулировки и безрегулировочной сборки, рассчитаны весовые коэффициенты для каждого параметра МСМ.

6. Разработаны и теоретически обоснованы варианты автоматизированной сборки и регулировки. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами, способ автоматизированной сборки устройство автоматического задания давления и варианты конструкций манометров, удовлетворяющие требованиям автоматизированной регулировки.

7. Разработанная система достаточно универсальна и может быть применена для разработки автоматизированной сборочной других сложных механических приборов и устройств.

8. Результаты работы внедрены на Томском манометровом заводе (АО «МАНОТОМЬ») и в ЦПКБ "Теплоприбор" г. Казань.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.c. 1530951 СССР, МКИ3 G01L. Датчик давления / Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауинып Д.П. Бюл. №47. 1989.

2. Бригадин А.Г., Крауинып Д.П. Автоматизированная регулировка манометров -В кн.: Тез. докл. V Всесоюзной школе-семинаре мо-

лодых ученых и специалистов «Промышленные роботы и гибкие автоматизированные производства»,-Нарва, 1986. -С. 41-43.

3. Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г. Математическое моделирование механической системы манометра и ее экспериментальная проверка. В кн.: Тез. докл. областной НПК молодежи и студентов по техническим наукам и высоким технологиям. -Томск: изд. ТПУ, 1995.-С. 47.

4. Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B. Автоматизированный измеритель прецизионных перемещений -В кн. 1: Тез. докл. научно-технической конференции «Автоматизация и механизация в машиностроении». -Кемерово, 1988. -С. 43-45.

5. Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауиньш Д.П. Аналитический метод оптимизации конструкции приборов давления. В кн.: Тез. докл. Х-научной конференции, посвященной 40-летию Юргинского филиала ТПУ. Юр га, 1997. -С. 47.

6. Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауиньш Д.П. Разработка конструкции, ориентированной на автоматизированную сборку -В кн. 1: Тез. докл. научно-технической конференции «Автоматизация и механизация в машиностроении». -Кемерово, 1988.-С. 42-43.

7. Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауиньш Д.П. Синтез автоматизированной системы сборки «изделие-технология-машина». Сб. Прогрессивные технологические процессы в машиностроении. - Томск: изд-во ТПУ, 1997. -С. 88-90.

8. Гольдшмидт М.Г., Шамина О.Б., Шварц А.Е., Бригадин А.Г. Влияние изменения регулировочных параметров механизма манометра на точность показаний прибора при автоматизированной сборке. ДР 2948-пр 85 деп. в ВИНИТИ, «Депонированные научные работы», 1985, №12. - с. 142.

9. Гольдшмидт М.Г., Шварц А.Е., Бригадин А.Г., Панов A.B. Анализ погрешности манометра с рычажно-зубчатым передаточным механизмом. ДР 4476-пр 89 деп. в Информприбор. РЖ 01. Автоматика и вычислительная техника. Сводный том. 1989, №7. -С. 21.

Ю.Гольдшмидт М.Г., Шварц А.Е., Бригадин А.Г., Панов A.B. Разработка конструкции манометра, ориентированного на автоматическую сборку. ДР 4474-пр 89 деп. в Информприбор.

11 .Гольдшмидт М.Г., Шварц А.Е., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауиньш Д.П. Автоматический задатчик давления с дроссельным регулированием. ДР 4475-пр 89 деп. в Информприбор.

12.Патент № 2044291, МКИ G01L. Задатчик давления / Гольдшмидт М.Г., Бригадин А.Г., Панов A.B., Крауиньш Д.П. Бюл. №29. 1996.

Автор А.Г. Бригадин