автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение рациональных параметров системы автоматической сборки комплектов скреплений на звеносборочных линиях

На правах рукописи

КЛЕМЕНТОВ Алексей СергЁ£Уич ОД

15 т

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ КОМПЛЕКТОВ СКРЕПЛЕНИЙ НА ЗВЕНОСБОРОЧНЫХ ЛИНИЯХ

Специальность 05.05.04 -«Дорожные и строительные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск 2000

На правах рукописи

КЛЕМЕНТОВ Алексей Сергеевич

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ КОМПЛЕКТОВ СКРЕПЛЕНИЙ НА ЗВЕНОСБОРОЧНЫХ ЛИНИЯХ

Специальность 05.05.04 - «Дорожные и строительные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск 2000

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете путей сообщения (ДВГУПС).

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Леонов Э.А.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Штарев С.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор - Доронин ii.Il.

Ведущее предприятие - Управление Дальневосточной железной дороги.

Защита состоится «29» июня 2000 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета К 064.62.03 при Хабаровском государственном техническом университете по адресу: 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 315л.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан «_»_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

Егыазарян А.В.

к.т.н., доцент

А.В. Лещинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В системе перевозок России ведущее место по грузообороту занимает железнодорожный транспорт. Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта неразрывно связано с совершенствованием работы путевого хозяйства. В отечественной практике производства путеремонтных работ значительная часть трудоемких процессов перенесена с перегона на производственные базы путевых машинных станций (ПМС). Во многих ПМС работы по сборке звеньев пути механизированы и частично автоматизированы звеносбо-рочными комплексами, каждый из которых состоит из сборочной линии и погрузочно-разгрузочного оборудования. Эти комплексы, разработанные в период с 1960 по 1985 год, по многим показателям, прежде всего производительности и трудоемкости сборки звеньев, не отвечают современным требованиям. Одна из причин такого состояния - ручной способ выполнения технологических операций сборки комплектов скреплений рельсошпальной решетки (РШР). Это вызвано низкой технологической подготовленностью деталей к условиям автоматизированной сборки.

Сборка комплектов скреплений требует от рабочих большого физического напряжения и приводит к высокой утомляемости. Исследования показывают, что частота психомоторных реакций рабочих на операциях сборки комплектов существенно превышает эргономические нормативы и не позволяет увеличить производительность линий без увеличения числа рабочих.

В некоторых работах, посвященных проблеме автоматизации зве-носборочного процесса, рекомендуется частично изменить конструкцию отдельных деталей комплектов и повысить качество их изготовления, что позволило бы автоматизировать сборку сравнительно простыми способами и средствами. Но для рационального использования деталей РШР, ее собирают не только из новых, но и бывших в эксплуатации деталей, что невозможно при использовании этих рекомендаций. Как показывает технико-экономический анализ условий, функционирования зве-носборочных линий, автоматизация трудоемких операций сборки комплектов скреплений позволит повысить эффективность всего звеносбо-рочного процесса и поэтому является одной из актуальных научно-практических задач.

Цель работы - определение рациональных параметров системы автоматических сборочных устройств, разработка их. конструктивного оформления и повышение эффективности всего звеносборочного процесса путем автоматизации технологических операций сборки комплектов скреплений РШР на основе исследования фактического состояния

собираемых деталей и выбора для них рационального технологического процесса сборки.

Задачи, решаемые в диссертации:

- исследование и определение технико-экономических условий эффективности автоматизации .технологических операций сборки комплектов скреплений; ■••.„■ ^

- исследование геометрических параметров деталей комплектов скреплений РШР поступающих на сборку;

- разработка критериев .. выбора рационального варианта взаимоориентирования деталей при сборке комплектов, оценка вариантов и выбор рационального,, определение рациональных границ варьирования значений параметров автоматических сборочных устройств, а также средств автоматизации технологических операций подачи деталей на сборочные позиции;

- оценка экономической эффективности применения средств автоматизации сборки крепежных комплектов с установленными параметрами.

В качестве методов исследования использованы анализ опыта НВЦ «Путевые машины» по созданию автоматических устройств аналогичного назначения, анализ литературных источников, методы математической статистики, натурные статистические эксперименты, математическое численное стохастическое моделирование на ЭВМ, инженерно-конструкторские расчеты.

Научная новизна работы заключается:

- в составленном математическом описании формы сопрягаемых и базовых поверхностей деталей комплектов скреплений;

- в разработанной методике выбора рационального сочетания способа ориентирования и схемы базирования деталей, погрешности позиционирования и стоимости сборочного устройства;

- в разработанной математической модели сборки деталей комплектов;

- в разработанной модели функционирования и взаимодействия сборочного устройства и звеносборочной линии; -

- в установленной зависимости вероятности собираемости комплектов от погрешности позиционирования сборочного устройства для различных вариантов ориентирования деталей;

- в установленных рациональных параметрах средств автоматизации подачи деталей комплектов на сборочную позицию.

Практическая ценность работы заключается в том, что реализация разработанных методики и моделей позволяет,,¡обосновано выбрать способ взаимоориентирования и схему базировала деталей комплектов при сборке, синтезировать на базе установленных параметров варианты технических решений средств автоматизации процесса сборки

комплектов скреплений РШР, а также в том, что предлагаемые средства

4

автоматизации с установленными параметрами создают условия для снижения трудоемкости сборки путевой решетки на звеносборочных линиях;" Материалы работы приняты НВЦ "Путевые машины" для практического использований• при создании автоматизированных устройств сборки клеммных й закладных 'комплектов в составе звеносборочной линии ЦТЛ-75 согласно договору с ДПиСМПС№16/д5;:

На защиту выносятся: методика выбора рационального сочетания способа ориентирования и схемы базирования деталей, погрешности позиционирования и стоимости сборочного устройствам математическая модель сборки деталей комплектов, модель функционирования и взаимодействия сборочного устройства и звеносборочной линии и результаты их исследования; результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров устройств подачи деталей на сборочную позицию.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ученых транспортных ВУЗов, главных инженеров дорог, отделений и линейных предприятий;:!Дальневосточного региона (Хабаровск, ДВГУПС, 1995 и 1997 гг.); второй международной конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока" (Владивосток, ДВГМА, 1997 г.); научно-технических конференциях ДВГУПС (Хабаровск, ДВГУПС, 1999 г.); на конкурсе молодых ученых и аспирантов (Хабаровск, ХГТУ,1999 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (125 наименований) и приложений. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, 75 рисунков, 16 таблиц. Общий, объем работы 200 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности работы, постановке цели и задач исследования.

В первой главе дается обзор и анализ технологических процессов сборки звеньев РШР на существующих звеносборочных комплексах по структуре, трудоемкости, уровню механизации и автоматизации.

В настоящее время в эксплуатации находятся звеносборочные комплексы с линиями сборки звеньев на деревянных шпалах - ППЗЛ-500

(ППЗЛ-650) и ЗЛХ-800, на железобетонных шпалах - ТЛС, ПЗЛ-850, ЗЛХ-500, ЗЛЖ-650 и ПЗЛ.

Анализ исследований, посвященных повышению эффективности указанных звеносборочных комплексов, показал, что на уровень эффективности наибольшее влияние оказывают надежность оборудования, качество сборки звеньев РШР, уровень автоматизации технологических операций, структурные схемы комплексов для различных объемов работ, система технического обслуживания и другие факторы.

В решении задач комплексной механизации и автоматизации трудоемких процессов сборки звеньев РШР ведущая роль принадлежит'научно-внедренческому центру "Путевые машины".' Кроме этого, различным аспектам автоматизации звеносборочного процесса посвящены работы Завгороднего Г.В., Леонова Э.А., Лончакова Э.Т., Штарева С.Г., Марго-лина А.И., Исаева К.С., Доронина В.И., Даньшина Ю.В., Твердохлеба Н.Ф., Егиазаряна A.B. и др. Однако в настоящее время недостаточно разработаны методические основы определения критериев оценки направлений автоматизации в конкретных условиях использования звеносборочных комплексов. Мало исследований по определению рациональных' параметров средств автоматизации большинства технологических операций. Причем последние из этих исследований были проведены, более. 20-ти лет назад.

Двадцатипятиметровое рельсовое звено с железобетонными или деревянными шпалами состоит из двух рельсов, 46 шпал (при эпюре 1840 шпал/км) и соответствующих деталей комплектов скреплений, обеспечивающих соединение шпал и рельсов в 92тХ узлах (рис. 1).

Рис. 1. Узлы рельсового звена: а)'с железобетонными шпалами и скреплениями типа КБ; б) с деревянными шпалами и скреплениями типа ДО -

а)

б)

Отдельные элементы скреплений в общем цикле сборки звена представлены. . предсборочными крепежными комплектами скреплений (рис.2).

а) б) в)

Рис. 2. Комплекты скреплений: а) «подкладка-костыли»; 6) клеммный; в) закладной

Рельсы и шпалы обладают большой массой (25-метровый рельс типа Р65 - 1625 кг, деревянная шпала - 90-100 кг, железобетонная шпала ШС-1 - 260 кг), поэтому их подача и ориентирование производятся только механизированным или автоматизированным способом. На сборке же комплектов скреплений большая часть технологических операций выполняется вручную. Это вызвано низким уровнем технологической подготовленности деталей комплектов к условиям автоматизированной сборки, а также низким качеством изготовления.

Анализ существующих технологических процессов сборки звеньев показал, что их операции резко дифференцированы по уровням механизации и автоматизации и принимают преимущественно крайние значения - либо ручной способ выполнения, либо комплексно механизированный (автоматизированный). На позициях выполнения операций, в том числе на комплексно механизированных и автоматизированных, составляющих отдельные участки линий (подготовки к сборке шпал, рельсов, приема и выдачи звена, сборочном) в силу низкого качества деталей звена необходимо присутствие обслуживающего персонала (операторов и монтеров пути) для наблюдения за ходом процесса и его корректировки в случае сбоев. Поэтому автоматизация комплексно механизированных операций не приведет к весомому изменению ни одного показателя звеносборочной линии, кроме улучшений условий труда.

Анализ удельных затрат на сборку звеньев позволил установить, что в плане повышения эффективности процесса наиболее результативна автоматизация технологических операций, выполняемых вручную. Максимальных результатов следует ожидать от автоматизации наиболее

7

трудоемких операций, которые к тому же ограничивают возможность увеличения производительности линий без привлечения дополнительных затрат труда. Это операции сборки крепежных комплектов скреплений. '

Эффективность замены ручного труда средствами автоматизации при сборке комплектов обусловлена снижением удельных затрат зве-носборочного процесса и снижением влияния «человеческого фактора», сдерживающего возможность повышения производительности. Последнее необходимо в связи с возрастанием объемов'грузоперевозок и капитального ремонта пути и с требованиями повь1шейия производительности техники..за счет интенсивности ее использования при одновременном снижении потребности в обслуживающем персонале.

Сравнительный анализ сборки звена РШР и сборки изделий в машиностроении показывает, что в отличие от последних звено собирается из новых и бывших в эксплуатации деталей. Поскольку качество деталей в условиях ПМС изменить невозможно, прямое использование опыта автоматизации в машиностроении при сборке звеньев РШР также невозможно из-за неподготовленности деталей к условиям автоматизированной сборки. Следовательно, ставится задача автоматизации сборочных опер^дай в специфических условиях.

Во второй главе рассмотрены возможные варианты взаимоориентирования деталей комплектов при сборке, как основной фактор, влияющий на возможность и эффективность сборки. Все варианты дифференцированы на три группы в зависимости от вида установочной базы: с жестким, с упругим и с подвижным базированием. Установлено, что в зависимости от используемых базовых поверхностей и вида установочной базы возможны пять вариантов способов ориентирования деталей клеммного и закладного комплектов и семь вариантов для деталей комплекта «подкладка-костыли». Варианты ориентирования: для комплекта «подкладка-костыли» 1.1 и 1.2 - от вспомогательной поверхности базовой детали соответственно с жесткой и упругой установочной базой присоединяемых деталей (для клеммного и закладного комплектов 1.1 и 1.2 - от вспомогательной поверхности присоединяемых деталей с жесткой и упругой установочной базой соответственно); для комплекта «подкладка-костыли» 2.1.1 и 2.1.2 - от сопрягаемой поверхности базовой детали с жесткой установочной базой присоединяемых деталей соответственно по каждому отверстию и от базового, а также 2.2.1 и 2.2.2 - от сопрягаемой поверхности базовой детали с упругой установочной базой присоединяемых деталей соответственно пр каждому отверстию и от базового; для клеммного и закладного.,ко|\лплектов^2.1 и 2.2 - от сопрягаемой поверхности присоединяемых деталей соответственно с жесткой и упругой установочной базой; для врех комплектов 3.1

- подвижное программное ориентирование. У комплекта «подкладка-

8

костыли» базовая деталь подкладка, у клеммного и закладного комплектов соответственно клеммный и закладной болт.

Схемы соединения деталей комплектов в плоскости ориентирования изображены на рис. 3.

а)

б)

Рис. 3. Схемы соединения деталей в плоскости ориентирования: а) комплект «подкладка-костыли»; б) клеммный и закладной комплекты

Условие ориентирования, при котором может беспрепятственно произойти сборка, представляет собой неравенство вида

О < 5Г < А

(1)

где 5г - значение суммарной погрешности положения сопрягаемых поверхностей присоединяемой детали

5£=«5,....,8п)

(2)

51,...,5П - погрешности сборочного устройства, формы сопрягаемых поверхностей и размерной цепи между сопрягаемой и ба зовой поверхностями; А - значение фактического зазора в соединении

Л={(51.....8П)

Б^...^- фактические размеры, описывающие контуры сопрягаемых поверхностей деталей.

Рассмотренные варианты ориентирования при некотором уровне качества деталей не обладают 100% собираемостью, т.е. операция сборки носит вероятностный характер. Поэтому в качестве критерия, позволяющего первоначально оценить варианты по результативности, предлагается вероятность собираемости

Л/с

Р=—-=Р[0 5 6Г<Д] (4)

№

где Мс - число сборочных циклов, в которых сборка произошла;

Ы£ - общее число выполненных.сборочных циклов.

Помимо геометрических параметров собираемых деталей, на вероятность собираемости влияют способ и схема взаимоориентирования деталей и погрешность 6су сборочного устройства. Последняя зависит от погрешности позиционирования Тп (регламентированный ГОСТом 25378-82 технический параметр промышленных роботов, который можно распространить на любой вид сборочных автоматов). Количественно погрешность позиционирования выражается как радиус пятна разброса положений конечного звена механизма. В пределах ¡-го варианта ориентирования собираемых деталей это влияние выражается зависимостью вида "'

Р>=«Т„) (5)

Для окончательной оценки и выбора варианта с рациональным сочетанием способа ориентирования и схемы базирования деталей, а также погрешности позиционирования и стоимости сборочного устройства разработана методика, основные положения которой состоят в следующем:

- с учетом всех факторов, входящих в условия собираемости, для всех вариантов ориентирования определяется зависимость. Р= ((Т„) вероятности собираемости от погрешности позиционирования сборочного устройства в интервале 0 < Т„ < С, где С - технологически оправданный верхний предел интервала варьирования погрешности позиционирования (принято С=2 мм);

- с учетом временных параметров и технико-эксплуатационных показателей, характеризующих выполнение операции сборки Комплектов и звеносборочного процесса в целом, определяется допускаемое нижнее значение вероятности собираемости [Р];

- по результатам предыдущих двух этапов определяется значение погрешности позиционирования, при которой вероятность собираемости равна или выше допускаемого значения [Р], т.е. достигается оптимум по «точности» позиционирования ,0

Р(Т°р' или О <ТП< Тор') > [Р]

(6)

Варианты ориентирования, у которых условие (6) не выполняется, в дальнейшем не рассматриваются;

- последним этапом методики является определение стоимости сборочных устройств, реализующих различные варианты ориентирования при оптимальной «точности» позиционирования. Сочетание способа ориентирования, схемы базирования и погрешности позиционирования, которое характеризуется наименьшей стоимостью и обеспечивает требуемую производительность, является искомым оптимумом.

Для математического описания размеров деталей, погрешности которых входят в условия собираемости, был разработан алгоритм сбора статистической информации и обработки результатов измерений. Реальные размеры деталей значительно отличаются от проектных и поэтому математические модели деталей составлялись на основе измерения как новых, так и бывших в эксплуатации.

В третьей главе приведены результаты статистического исследования параметров деталей, погрешности которых входят в условия собираемости. В результате обработки данных измерений были составлены математические модели более 30 линейных размеров деталей. Установлено, что они распределяются по нормальному закону. Найдены соответствующие параметры распределения: Е - математическое ожидание и а - среднеквадратическое отклонение.

Текущая погрешность сборочного устройства учитывалась как случайная величина, распределенная нормально с математическим ожиданием М5су=0 в допускаемом интервале варьирования Тп=3а и соответственно имеющей функцию распределения

-4,5 ¿су2

3 т~2

[(зсу)=—р= х е Тп (7)

Тпл[Ъг

Для определения значений функции Р=^Т„) была разработана и реализована на ЭВМ статистическая модель технологического перехода «ориентирование деталей на сборочной позиции». Первичным элементом модели являлся математический эксперимент, в котором моделировались соответственно для данного варианта ориентирования: размеры, определяющие контуры сопрягаемых поверхностей деталей в соответствии с найденными параметрами распределения; положение сопрягаемых поверхностей относительно базовых, с учетом параметров распределения соответствующих размеров связи; погрешность сборочного устройства. Контуры и их положение проверялись на выполнение усло-

11

устройства. Контуры и их положение проверялись на выполнение условий собираемости. Результаты моделирования для комплектов скреплений приведены на рис. 4 и 5.

С целью определения допускаемой вероятности собираемости [Р] комплекта «подкладка-костыли» была разработана и реализована на ЭВМ модель системы «сборочное устройство накопитель - звенос-оорочная линия». Для модели определены параметры потока отказов и восстановления ра-. ботоспособности звеносборочной линии и сборочного устройства. Плотности распределения времени безотказной работы и времени восстановления звеносборочной линии подчинены экспоненциальным законам распределения, имеющим вид:

0,2 0.4 0,6 0.8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

Рис. 4. Результаты моделирования вариантов ориентирования деталей комплекта «подкладка-костыли»

а) б)

Рис. 5. Результаты моделирования вариантов ориентирования: а) деталей клеммного комплекта; 6) деталей закладного комплекта

(8) О)

для времени безотказной работы f(t) = 1,03© '

-7 1 te

для длительности восстановления f(íe) = 7,1e '

Параметры распределений: параметр потока отказов Юзл=1,03 ч~1; параметр потока восстановления [дзл= 7,1 ч-1.

Установлено, что распределение числа К циклов безотказной работы сборочного устройства описывается геометрическим распределением

где Р|- вероятность собираемости.

Реализация модели проводилась в масштабе реального времени при помощи соответствующих операторов языка программирования и известных моделирующих алгоритмов. В структуре модели по соответствующим моделирующим алгоритмам производилась генерация вышеуказанных параметров. Переменными аргументами являлись Р,, 1су, время восстановления сборочного устройства Ц", которое интерпретировалось как время адаптивной реакции сборочного устройства в случае если сборка не произошла (время на удаление деталей не собравшегося соединения и возвращение устройства в прежний режим работы), а также коэффициент учитывающий возможные отказы сборочного устройства. Моделируемая работа линии и сборочного устройства с соответствующими циклами ^ и ^ и другими варьируемыми параметрами сопровождается изменением состояния накопителя, которое оценивается количеством деталей ЕДО в данный момент времени. За

РП^О-а-Р^-Р;)

(10)

отрезок времени, равный длительности одной рабочей смены (480 мин.), в объеме

машинной

программы

0,3 0,2 0.1

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Е, шт

определялась амплитуда колебаний числа деталей в накопителе, которая принималась как необходимая емкость накопителя для соответствующих Р.-ЕР].

и у. Найденная многофакторная зависимость [Р] = ^Е, пред-

1су 1

в

Рис. 6. График допускаемой вероятности собираемости для комплекта «подкладка-костыли»

ставлена в виде зоны возможных принимаемых значений на рис. 6.

Для комплекта «подкладка-костыли» совместный анализ установленных зависимостей Р| =ДТП) и [Р] = [(Е, Ц, Ц", у) (рис.4 и 6) позволил сделать следующие выводы:

а) геометрические параметры деталей, влияющие на сборку комплекта, являются существенным и доминирующим фактором, который определяет эффективность сборки при любом способе ориентирования, кроме способа с подвижным базированием;

б) наиболее весомыми факторами, влияющими на эффективность сборки, являются дисперсия размеров связи между сопрягаемыми и базовыми,поверхностями подкладки, а также изгиб стержня костыля;

в) эффективность, сборки, при ..существующем состоянии деталей не зависит от погрешности позиционирования сборочного устройства, которая имеет значительно меньшее влияние по сравнению с геометрическими параметрами деталей.

Анализ всех графиков (см. рио 4) показал, что единственным способом, отвечающим условию выбора по эффективности, является ориентирование с подвижным базированием костыля.

В ходе исследования геометрических параметров подкладки было установлено, что величина разброса положений отверстий от базовых поверхностей качественно различна по направлению каждой из осей. По оси У (параллельно узкой стороне подкладки) величина разброса от номинального положения для каждого из отверстий превышает размеры самих отверстий (рис. 7,а), а по направлению оси X (параллельно длинной стороне подкладки) существуют устойчивые зоны перекрытия отверстий (рис. 7,6), которые характеризуются параметрами Ц и ^ где - ширина зоны перекрытия, а ^ - расстояние от базовой поверхности до оси зоны. Это позволило синтезировать требуемый характер поискового перемещения. Траектория поискового перемещения костыля -

Рис. 7. Схема дисперсии положений отверстий подкладки: а) по оси У; б) по оси X

Направление перемещения параллельно узкой стороне подкладки. Согласно нумерации отверстий подкладки (см. рис. 2,а) значения параметров Ц и ^ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры зон перекрытия отверстий подкладки

Номер отверстия Ширина зоны перекрытия Ц мм Расстояние от базовой поверхности до оси зоны Ri, мм

1 10 215

2 16 159

3 14 . 4 • i

4 10 61

5 18 1

В отличие от комплекта «подкладка-костыли», сборка кпеммного и закладного комплектов выполняется отдельно, не входя в состав операций звеносборочной линии. Допускаемая вероятность собираемости на автоматизированной комплектовочной линии не зависит функционально от величины емкости межоперационного задела и имеет фиксированные локальные значения. Для определения этих значений была установлена зависимость вида

г

И=1-

к

(11)

+1

К хКо

-_1

Ки

где Кг- коэффициент, учитывающий простои автоматизированной комплектовочной линии по причине отказов технологического оборудования; К0, Ки - соответственно коэффициенты использования и простоя по Организационно-техническим причинам звеносбороч-ного комплекса;

к = 1СуВЛц - коэффициент соотношения длительности простоев сборочного устройства к длительности такта сборки.

Аппроксимация трафиков функций Р, =^ТП) (см. рис. 5) позволила установить линейные зависимости вида

Pi = а + вхТп

(12)-

Из зависимостей (11) и (12) были получены выражения допускаемой погрешности позиционирования сборочного устройства [ТП]=^КГ*, Ко, КИ) к) для всех вариантов ориентирования деталей клеммного и закладного комплектов. Графики зависимости [Тп]=^к), при средних значениях технических параметров существующих линий Ки=0,75, Ко=0,87 и Кг'=0,95, приведены на рис. 8.

Варинт1.1- Вартакт2Л Вар<ант1.1 Вар1ант2.1

а) б)

Рис. 8. Графики зависимости [Т„]=^к) сборочного устройства: а) для деталей клеммного комплекта; б) для деталей закладного комплекта

Исходя из технологически оправданных минимальных параметров [Тп]гшп=±0,05 мм и кт|П«1, для исследуемых вариантов была установлена допускаемая зона варьируемых параметров сборочного устройства. Анализ графиков позволил установить, что при средних технико-эксплуатационных параметрах существующих звеносборочных комплексов, для сборки клеммного и закладного комплектов возможны три способа ориентирования: от сопрягаемой поверхности с жесткой схемой базирования и упругой, а также способ с подвижным базированием. По критерию минимальной стоимости наиболее оптимальным для обоих комплектов является способ ориентирования с жесткой схемой базирования. Для сборочного устройства клеммного комплекта, исходя из верхнего предела погрешности позиционирования Т„=±1 мм, обеспечивающего минимальную стоимость изготовления, оптимальный технический параметр соотношения составляет к= 1сув/1ц =1,22. Для сборочного устройства закладного комплекта, исходя из нижнего предела соотношения к= 1сувЛц=1, погрешность позиционирования должна быть не выше Тп=±0,5 мм.

На основании полученных результатов были синтезированы конструктивные схемы сборочных устройств для всех комплектов. Достоверность математических моделей выборочно проверялась экспериментами на робототехнических комплексах МРЛУ-200-800 и МРФ-500Р. Экспериментальной проверке подвергались сочетания конструктивных схем и параметров, показавших свою состоятельность при математическом моделировании. Достоверность подтверждается высокой сходимостью . результатов. .

В четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований средств автоматической подачи деталей на сборочную позицию. Определены основные конструктивные и кинематические параметры устройств поштучной выдачи деталей в объеме, необходимом и достаточном для технического задания на проектирование.

Установлено, что устройства подачи деталей комплектов должны обладать требованием открытости. В плоскости, поперечной направлению основного (принудительного или свободного) перемещения деталей, возможность перемещения по каждой координате должна ограничиваться не более чем в одном направлении. Необходимым условием эффективной работы элементов распределительной системы и, в большей степени, сборочного устройства является выбраковка сильно-деформированных деталей и инородных предметов.

Для существующего состояния деталей комплектов, кроме подкладок, поштучная выдача эффективно обеспечивается вибробункерами, являющимися устройствами открытого типа с элементами первичного или окончательного ориентирования. Известные методики определения параметров вибробункеров не позволяют решить задачу определения их параметров для выдачи элементов скреплений с потребной производительностью. Ряд данных, необходимых для расчетов параметров вибробункеров, был экспериментально получен на физической модели вибробункера в виде эквивалентного линейного вибротранспортера. Установленные рациональные параметры вибробункеров для деталей приведены в табл. 2.

Поштучная выдача подкладок обеспечивается системой ускоряющихся транспортеров (рис. 9). Скорости транспортеров связаны выражением V-, > > N/¡+2 ...> Уп. При пересыпании с транспортера на транспортер за счет разницы скоростей партия деталей все более и более рассредоточивается (разделяется), пока не превращается на заключительном транспортере в поток полностью разделенных деталей.

17,

Таблица 2

Параметры вибробункеров для деталей комплектов

Наименование комплекта^ " Наименование детали Скорость транспортирования V,- м/с Диаметр чаши вибробункера D, мм Амплитуда вибрации А, мм Частота виб-' рации'' W, 1/с

"Подкладка-костыли" Костыль 0,16* 0,2 0,24 1000 0,7 0,9 1,05

Клеммный комплект Клеммный болт 0,017 0,021 0,026 1000 ■ 0,2 0,25 0,3

Клемма ■ ■ „ 0,011 0,014 0,0165 630 0,15 0,19 0,23

Закладной комплект Закладной болт 0,033 0,0412 0,0495 1000 0,35 " 0,44 0,53 314

Изоляционная втулка 0,012 0,015 0,018 630 0,15 0,19 0,24

Шайба простая 0,0085 0,0106 0,0128 500 0,1 0,12 . 0,15

Клеммный и закладной комплекты Пружинная шайба 0,0085 0,0106 0,0128 500 0,1 0,12 0,15

Гайка 0,0076 0,0095 0,0114 500 0,1 0,13 0,16

"верхнее, среднее и нижнее значение параметра для производительности зве-носборочных линий [м/смену] соответственно 800, 1000 и 1200.

1

Требуемая скорость перемещения деталей на выходном транспортере Удпредставлена в виде

.. Пзл х /

\/в = —---(13)

где Пзл - производительность звеносборочной линии; I - максимальный линейный размер детали; к - коэффициент заполнения, а скорость приемного транспортера VI: ......

т XVв

=-, ...... ....... (14)

дх/

здесь т - масса детали;

q - распределенная масса массива перемещаемых деталей.

Анализ возможных вариантов загрузки .приемного транспортера позволил установить наибольшую эффективность варианта с распределением первичного слоя подкладок из выпускного окна оперативного бункера.

В ходе экспериментальных наблюдений было установлено, что поштучное разделение деталей происходит после трех пересыпаний. Исходя из чего, было определено требуемое количество транспортеров -четыре. Исследования показали, что сцепленные ребордами подкладки могут вести себя как единая система, и такие детали "Находятся в сцепленном состоянии даже на выходном транспортере. Для разделения такой системы была рассмотрена динамика поведения двух сцепленных подкладок в наиболее неблагоприятном, продольном, положении (рис.10) при наличии поворота и поступательного перемещения.

- Принимая в качестве одного из назначений третьего транспортера функцию динамического разделения подкладок, для определения его соответствующих параметров были введены два условия:

а) наиболее благоприятным положением падения подкладок на выходной транспортер принималось положение прилегания своими наибольшими плоскостями (рис. 11);

б) необходимая величина разделения подкладок должна быть такой, чтобы подкладки вышли из "зацепления" ребордами.

Рис. 10. Схема к расчету перемещения системы на транспортере

Рис. 11. Схема падения подкладок в положении прилегания своими наибольшими плоскостями

На основании составленных уравнений движения и введенных условий была установлена функциональная зависимость высоты падения Н от дальности полета Ьи скорости транспортера Утр

Н = 0,3241 + дх/" , (15)

1,375 х УДэ

где д - ускорение свободного падения, а при равенстве 1-=Н

0,93 ху10

цн) = --^ об)

9

Представленные выражения отдельных параметров системы представляют собой частное решение при подстановке в качестве граничных условий характеристик подкладки.

Пятая глава посвящена оценке экономической эффективности применения средств автоматизации операций сборки .комплектов с установленными параметрами. Расчеты показали, что экономический эффект от применения средств автоматизации сборки комплекта "подкладка-костыли" составляет порядка 570 руб. на один километр собранного пути, что снижает себестоимость сборки на 2-3 %. Средний показатель эффективности для автоматизированной комплектовочной линии

клеммных комплектов на один километр пути составляет порядка 1.640 рублей, а для линии закладных комплектов 2.300 рубля. Соответствующее снижение себестоимости сборки составляет 10-12 %.

В приложениях приводятся тексты программ статистической обработки наблюдений геометрических параметров деталей, программы математических моделей взаимодействия деталей на операции сборки с различными сочетаниями способа ориентирования, схемы базирования деталей и погрешности позиционирования сборочного устройства, а также программа математической модели процесса функционирования автоматизированного сборочного устройства и звеносборочной линии. Язык программирования - СУ\ШАБ1К.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫВОДЫ

Выполненные исследования по определению рациональных параметров средств автоматизации операций сборки комплектов при производстве путевой решетки позволяют сделать следующие выводы и предложения:

1.В современных условиях наиболее' актуальным направлением снижения трудоемкости и повышения производительности звеносбороч-ных линий является автоматизация технологических операций сборки комплектов крепления рельса к шпале.

2.Установлено, что основными условиями, отличающими автоматическую сборку комплектов от аналогичных операций в машиностроении, являются:

- низкое качество поступающих на сборку деталей;

- наличие в массиве деталей, поступающих на сборку, инородных предметов.

3. Доказано, что комплексная автоматизация операций сборки комплектов, в условиях современного состояния звеносборочного производства и с учетом уровня развития средств автоматизации возможна. Предпочтительным является создание средств, которые не требуют изменения существующей конструкции скреплений и дополнительной технологической подготовки деталей к сборке. Установлено, что автоматическое ориентированне й соединение деталей на сборочной,позиции по причине низкого качества деталей^имеет вероятностный характер.

4. Разработана и реализована методика выбора способа ориентирования, схемы базирование деталей , и погрешности позиционирования сборочных устройств при сборке комплектов, позволяющая для порогового значения вероятности собираемости;£Р] при варьировании погрешности позиционирования -Тп по. критерию минимальной стоимости

(3-»тт.) для заданных параметров звеносборочных линий (Ки, Кги др.) находить:

а) эффективный способ ориентирования и схему базирования;

б) такт сборки ^ и время адаптивной реакции сборочного устройства, в случае если сборка соединения не произошла;

в) оптимальную емкость Е межоперационного накопителя (для комплекта «подкладка-костыли»),

5. Составлено математическое описание формы сопрягаемых поверхностей и их положение относительно базовых для деталей комплектов в виде законов распределения случайных величин.

6. Разработаны и реализованы математические Модели взаимодействия деталей при сборке, позволяющие определить пороговое значение вероятности собираемости [Р] для данных условий звеносборочной линии й фактическую вероятность собираемости. Ри при различных способе ориентирования, схеме базирования и погрешности позиционирования сборочного устройства.

8. Установлено, что требованиями звеносборочных линий и геометрическим параметрам деталей при их сборке соответствует ориентирование: для комплекта «подкладка-костыли» отвечает только способ с подвижным базированием костылей, для клеммных и закладных комплектов - способ ориентирования с жесткой схемой базирования от сопрягаемой поверхности. Траектория поискового перемещения костыля - прямая. Направление траектории параллельно узкой стороне подкладки. Для сборочного устройства кпеммного комплекта, исходя из верхнего предела погрешности позиционирования Тп=±1 мм, обеспечивающего минимальную стоимость изготовления, рациональный технический, параметр соотношения к=1сувИц =1,22. Для сборочного устройства, закладного комплекта, исходя из нижнего предела соотношения к=1сув/1и=1, погрешность позиционирования должна быть не выше Тп=±0,5 мм. , .......

9. Доказано, что в звеносборочном производстве, при существующем состоянии деталей, работоспособными могут быть устройства подачи деталей открытого типа: все устройства,- через которые проходит поток деталей с включением статистически определимого числа деформированных деталей, должны, во избежание заклинивания, ограничивать перемещение деталей в плоскости, перпендикулярной ее основному движению только в одну сторону по каждой координате.

10. Для существующего состояния деталей комплектов, кроме подкладок, поштучная выдача эффективно обеспечивается вибробункерами, являющихся устройствами открытого типа с элементами первичного или окончательного ориентирования. Поштучная выдача подкладок обеспечивается системой ускоряющихся транспортеров.

11. Экономический эффект от применения средств автоматизации сборки комплекта «подкладка-костыли» при планируемых на период 2000-2005 гг. объемах работ по сети железных дорог России составляет порядка 664.000 рублей. Экономический эффект применения комплектовочных линий клеммного и закладного комплектов по сети железных дорог на период 2000-2005 гг. составит 1.920.000 и 3.510.000 руб. соответственно.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Методика определения статистических характеристик костыля и подкладки. Штарев С.Г., Клементов A.C. / Тезисы 39-й научно-технической конференции ученных транспортных вузов, главных инженеров дорог, отделений и линейных предприятий Дальневосточного региона. ДВГАПС, Хабаровск, 1995. 1 с.

2. Разработка теории и определение рациональных параметров зве-носборочных комплексов: Отчет/ ДВГАПС, Хабаровск, 1996. 157 с.

3. Моделирование технологических операций сборки узлов рельсо-шпальной решетки. Клементов A.C. / Тезисы 40-й всероссийской научно-практической конференции кафедр университета с участием представителей железных дорог и предприятий транспортного строительства. ДВГУПС, Хабаровск, 1997. 1 с.

4. К вопросу автоматизации сборки технологически неподготовленных деталей на звеносборочной линии. Клементов A.C., Штарев С.Г. / Материалы второй международной конференции. ДВГМА, Владивосток, 1997. 1 с.

5. Устройства для поштучной выдачи деталей железнодорожного звена на звеносборочной линии. Супрун П.П., Клементов A.C., Хазов A.A. / Сборник научных трудов. ДВГУПС, Хабаровск, 1999. 6 с.

6. Особенности расчета и проектирования средств автоматизации предсборочного комплектования на звеносборочной линии. Клементов A.C. / Сборник научных трудов. ДВГУПС, Хабаровск, 1999. 5 с. . • ■

7. Определение оптимальной емкости межоперационного накопителя. Клементов A.C., Штарев С.Г. /,Материалы научно-технической конференции. ДВГУПС; Хабаровск, 1999. -1 с.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Машины и технологические процессы сборки звеньев с деревянными шпалами.

1.2. Машины и технологические процессы сборки звеньев с железобетонными шпалами.

1.3. Оценка эффективности автоматизации технологических операций.

1.4. Обзор исследований автоматизации сборки звеньев путевой решетки.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ СБОРКИ КОМПЛЕКТОВ.

2.1. Выбор вариантов ориентирования деталей комплекта "подкладка-костыли".

2.1.1. Ориентирование с жесткой установочной базой.

2.1.2. Ориентирование с упругой установочной базой.

2.1.3. Ориентирование с подвижным базированием.

2.1.4. Критерии оценки и условия выбора эффективного варианта ориентирования.

2.1.5. Методика определения геометрических параметров формы деталей комплекта.

2.2. Выбор вариантов ориентирования деталей клеммного и закладного комплектов.7 В

2.2.1. Исходные положения.

2.2.2. Ориентирование деталей комплектов.

Выводы.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАРИАНТОВ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ КОМПЛЕКТОВ.

3.1. Определение значений геометрических параметров формы деталей.

3.1.1. Параметры формы деталей комплекта "подкладка-костыли".

3.1.2. Параметры формы деталей клеммного и закладного комплектов.

3.2. Метод и математический аппарат определения эффективности вариантов ориентирования.

3.3. Определение допускаемой вероятности собираемости.

3.4. Оценка по эффективности и выбор варианта ориентирования деталей комплектов.

3.4.1. Выбор варианта ориентирования деталей комплекта "подкладка-костыли".

3.4.2. Выбор варианта ориентирования деталей клеммного и закладного комплектов.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДАЧИ ДЕТАЛЕЙ НА СБОРОЧНУЮ ПОЗИЦИЮ.

4.1. Исходные положения.

4.2.Обзор и анализ устройств поштучной выдачи и ориентирования деталей.

4.3. Экспериментальное определение параметров устройств вибрационного поштучного извлечения элементов скреплений.

4.4. Определение параметров устройства поштучной выдачи подкладок.

Выводы.

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

АВТОМАТИЗАЦИИ СБОРКИ КОМПЛЕКТОВ.

5.1. Расчет экономической эффективности автоматизации сборки комплекта «подкладка-костыли».

5.2. Расчет экономической эффективности автоматизации сборки клем-много и закладного комплектов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И

В системе перевозок России ведущее место по грузообороту занимает железнодорожный транспорт. Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта неразрывно связано с повышением эффективности работы путевого хозяйства. В отечественной практике производства путеремонтных работ значительная часть трудоемких процессов перенесена с перегона на производственные базы путевых машинных станций (ПМС). Во многих ПМС работы по сборке звеньев пути механизированы и частично автоматизированы звеносборочными комплексами, каждый из которых состоит из сборочной линии и погрузочно-разгрузочного оборудования. Эти комплексы, разработанные в период с 1960 по 1985 год по многим показателям, прежде всего производительности, удельной трудоемкости сборки звеньев, металло- и энергоемкости и другим не отвечают современным требованиям. Одна из причин такого состояния - низкий уровень автоматизации технологических операций сборки.

Рельсовое звено с железобетонными или деревянными шпалами состоит из 46 узлов решетки (при эпюре 1840 шпал/км). В узел входят рельсы, шпала и соответствующие детали комплектов скреплений. Рельсы и шпалы обладают большой массой (25-метровый рельс Р65 - 1625 кг, деревянная шпала - 90-100 кг, железобетонная шпала ШС-1 - 260 кг), их подача и ориентирование производятся только механизированным или автоматизированным способом. На сборке же комплектов скреплений большая часть технологических операций выполняется вручную. Это вызвано низкой технологической подготовленностью деталей комплектов к условиям автоматизированной сборки.

Для путевой решетки с железобетонными шпалами чаще всего применяют раздельное клеммно-болтовое скрепление типа "КБ", а с деревянными шпалами - костыльное смешанное скрепление "ДО" с четырьмя или пятью костылями. Сборка комплектов требует от рабочих большого физического напряжения, что вызвано необходимостью собрать в течение рабочей смены более 11700 комплектов для железобетонных шпал и более 2800 комплектов к деревянным шпалам. Выполнение каждые 4.8 секунды однообразного набора операций, состоящих из одиннадцати различных деталей, приводит к высокой утомляемости рабочих. Частота психомоторных реакций обслуживающего персонала на операциях сборки комплектов превышает эргономические нормативы. Однако этого темпа уже недостаточно при решении вопросов повышения производительности линий.

В исследованиях механизации и автоматизации звеносборочного процесса рекомендуется частично изменить конструкцию отдельных деталей комплектов, что позволило бы автоматизировать сборку достаточно простыми способами и средствами [42,75,95,110 и др]. Но для рационального использования деталей решетки, имеющих больший, чем межремонтный период пути, срок службы, решетку необходимо собирать не только из новых, но и бывших в эксплуатации деталей, что невозможно при использовании этих рекомендаций. Решение же задач замены ручного труда средствами автоматизации на наиболее трудоемких и наименее исследованных операциях сборки комплектов скреплений позволяет повысить эффективность всего звеносборочного процесса и поэтому является одной из актуальных научно-практических задач.

Диссертационная работа посвящена проблеме автоматизации процесса сборки комплектов скреплений при производстве звеньев рельсошпальной решетки (РШР). Цель работы - определение рациональных параметров системы автоматических сборочных устройств, разработка их конструктивного оформления и повышение эффективности всего звеносборочного процесса путем автоматизации технологических операций сборки комплектов скреплений РШР на основании исследования фактического состояния собираемых деталей и выбора для них рационального технологического процесса сборки.

Для достижения этой цели в диссертации решаются следующие задачи:

- исследование и определение технико-экономических условий эффективности автоматизации технологических операций сборки комплектов скреплений;

- исследование геометрических параметров деталей комплектов скреплений РШР поступающих на сборку;

- разработка критериев выбора рационального варианта взаимоориентирования деталей при сборке комплектов, оценка вариантов и выбор рационального, определение рациональных границ варьирования значений параметров автоматических сборочных устройств, а также средств автоматизации технологических операций подачи деталей на сборочные позиции;

- оценка экономической эффективности применения средств автоматизации сборки крепежных комплектов с установленными параметрами.

Методы исследования, применяемые в работе, - анализ опыта НВЦ «Путевые машины» по созданию автоматических устройств аналогичного назначения, анализ литературных источников, методы математической статистики, натурные статистические эксперименты, математическое численное стохастическое моделирование на ЭВМ, инженерно-конструкторские расчеты.

Научная новизнаработы заключается:

- в составленном математическом описании формы сопрягаемых и базовых поверхностей деталей комплектов скреплений;

- в разработанной методике выбора рационального сочетания способа ориентирования и схемы базирования деталей, погрешности позиционирования и стоимости сборочного устройства;

- в разработанной математической модели сборки деталей комплектов;

- в разработанной модели функционирования и взаимодействия сборочного устройства и звеносборочной линии;

- в установленной зависимости вероятности собираемости комплектов от погрешности позиционирования сборочного устройства для различных вариантов ориентирования деталей;

- в установленных рациональных параметрах средств автоматизации подачи деталей комплектов на сборочную позицию.

Практическая ценность работы заключается в том, что реализация разработанных методики и моделей позволяет обосновано выбрать способ взаимоориентирования и схему базирования деталей комплектов при сборке, синтезировать на базе установленных, параметров варианты технических решений средств автоматизации процесса сборки комплектов скреплений РШР, а также в том, что предлагаемые средства автоматизации с установленными параметрами создают условия для снижения трудоемкости сборки путевой решетки на звеносборочных линиях.

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ученных транспортных ВУЗов, главных инженеров дорог, отделений и линейных предприятий Дальневосточного региона (Хабаровск, ДВГУПС, 1995, 1997 и 1999 г.г.), на второй международной конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока" (Владивосток, ДВГМА, 1997 г.), на конкурсе молодых ученных и аспирантов (Хабаровск, ХГТУ, 1999 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Диссертация состоит из пяти глав, введения, общих выводов и приложений.

Первая глава посвящена обзору и анализу технологических процессов сборки звеньев РШР на существующих звеносборочных комплексах по их операционному составу, трудоемкости, уровню механизации и автоматизации. Рассматриваются тенденции и пути повышения эффективности существующего парка звеносборочных линий за счет автоматизации технологических операций процесса. В качестве объекта исследования, по критерию эффективности автоматизации элементов звеносборочного процесса, выбирается комплекс технологических операций, выполняемых при сборке комплектов скреплений.

Вторая глава посвящена исследованию вариантов ориентирования и сборки деталей комплектов, для чего определяются факторы, оказывающие влияние на собираемость деталей при сборке. Здесь же дана методика оценки и выбора рациональных, по предложенному критерию, варианта ориентирования и погрешности позиционирования сборочного устройства.

Третья глава посвящена разработке и реализации математических моделей технологических переходов ориентирования деталей комплектов на позиции сборки, для чего составляется математическое описание факторов, оказывающих влияние на сборку. При реализации моделей вариантов ориентирования определены зависимости вероятности собираемости от погрешности позиционирования сборочного устройства. Здесь же определены пороговые значения вероятности собираемости, допускаемые условиями звеносборочных линий. В ходе исследования моделей вариантов ориентирования по вероятности собираемости было выявлено, что для комплекта "подкладка-костыли" нижней границе вероятности отвечает только способ с подвижным базированием костылей. Для клеммных и закладных комплектов - способ ориентирования с жесткой схемой базирования.

Четвертая глава посвящена результатам обзора и анализа устройств распределительной системы для деталей комплектов. Здесь же определяются факторы, влияющие на выбор параметров автоматизированных устройств поштучной выдачи и ориентирования деталей. В ходе теоретических и экспериментальных исследований установлена применимость автоматизированных устройств подачи деталей только открытого типа и определены их рациональные параметры.

В пятой главе определяются показатели экономической эффективности применения автоматизированных устройств сборки комплектов скреплений.

В заключение диссертационной работы даются общие выводы и рекомендации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Выполненные исследования по определению рациональных параметров средств автоматизации операций сборки комплектов при производстве путевой решетки позволяют сделать следующие выводы и предложения:

1. В современных условиях наиболее актуальным направлением снижения трудоемкости и повышения производительности звеносборочных линий является автоматизация технологических операций сборки комплектов крепления рельса к шпале.

2. Установлено, что основными условиями, отличающими автоматическую сборку комплектов от аналогичных операций в машиностроении, являются:

- низкое качество поступающих на сборку деталей;

- наличие в массиве деталей, поступающих на сборку, инородных предметов.

3. Доказано, что комплексная автоматизация операций сборки комплектов, в условиях современного состояния звеносборочного производства и с учетом уровня развития средств автоматизации возможна. Предпочтительным является создание средств, которые не требуют изменения существующей конструкции скреплений и дополнительной технологической подготовки деталей к сборке. Установлено, что автоматическое ориентирование и соединение деталей на сборочной позиции по причине низкого качества деталей, имеет вероятностный характер.

4. Разработана и реализована методика выбора способа ориентирования, схемы базирования деталей и погрешности позиционирования сборочных устройств при сборке комплектов, позволяющая для порогового значения вероятности собираемости [Р] при варьировании погрешности позиционирования Тп по критерию минимальной стоимости (8->шш.) для заданных параметров звеносборочных линий (Ки, Кг и др.) находить: а) эффективный способ ориентирования и схему базирования; б) такт сборки 1:ц и время адаптивной реакции tcyB сборочного устройства, в случае если сборка соединения не произошла; в) оптимальную емкость Е межоперационного накопителя (для комплекта «подкладка-костыли»).

5. Составлено математическое описание формы сопрягаемых поверхностей и их положение относительно базовых для деталей комплектов в виде законов распределения случайных величин.

6. Разработаны и реализованы математические модели взаимодействия деталей при сборке, позволяющие определить пороговое значение вероятности собираемости [Р] для данных условий звеносборочной линии и фактическую вероятность собираемости Ру при различных способе ориентирования, схеме базирования и погрешности позиционирования сборочного устройства.

7. Установлено, что требованиями звеносборочных линий и геометрическим параметрам деталей при их сборке соответствует ориентирование: для комплекта «подкладка-костыли» отвечает только способ с подвижным базированием костылей, для клеммных и закладных комплектов - способ ориентирования с жесткой схемой базирования от сопрягаемой поверхности. Траектория поискового перемещения костыля - прямая. Направление траею:ории параллельно узкой стороне подкладки. Для сборочного устройства клеммного комплекта, исходя из верхнего предела погрешности позиционирования Тп=±1 мм, обеспечивающего минимальную стоимость изготовления, рациональный технический параметр соотношения K=tcyB/tq =1,22. Для сборочного устройства закладного комплекта, исходя из нижнего предела соотношения K=tcyB/tq=l, погрешность позиционирования должна быть не выше Тп=+0,5 мм.

8. Доказано, что в звеносборочном производстве, при существующем состоянии деталей, работоспособными могут быть устройства подачи деталей открытого типа: все устройства, через которые проходит поток деталей с включением статистически определимого числа деформированных деталей, должны, во избежание заклинивания, ограничивать перемещение деталей в плоскости, перпендикулярной ее основному движению только в одну сторону по каждой координате.

9. Для существующего состояния деталей комплектов, кроме подкладок, поштучная выдача эффективно обеспечивается вибробункерами, являющихся устройствами открытого типа с элементами первичного или окончательного ориентирования. Поштучная выдача подкладок обеспечивается системой ускоряющихся транспортеров.

10. Экономический эффект от применения средств автоматизации сборки комплекта «подкладка-костыли» при планируемых на период 2000-2005 гг. объемах работ по сети железных дорог России составляет порядка 664.000 рублей. Экономический эффект применения комплектовочных линий клеммного и закладного комплектов по сети железных дорог на период 2000-2005 гг. составит 1.920.000 и 3.510.000 руб. соответственно.

1. Автоматизация и механизация производственных процессов в машиностроении. Под ред. Шаумяна Г.А. М.: Машиностроение. 1967.- 388 с.

2. Автоматизация сборочных процессов в машиностроении . Под ред. Дикушина В.И. М.: Наука, 1979. -184с.

3. Автоматические линии в машиностроении: Справочник. В 3-х т. Под ред.

4. Дащенко А.И. М. Машиностроение. 1985.

5. Андреев Г.Е., Лапидус Т.А., Мельков Г.В. Многократное использование элементов путевой решетки с железобетонными шпалами. М.: Транспорт, 1989. -144с.

6. A.c. 285462 СССР, МКИ В 23 q 7/02. Питатель конвейера/ Гольцман В.А.,

7. Дмшренко В.И., Лончаков Э.Т. №1214868/27-11; Заявлено 22.01.68; Опубл. 29.10.70. Бюл. №33.

8. A.c. 308853 СССР, МКИ В 23 q 7/02. Устройство для ориентирования железнодорожных подкладок/ Бородин A.A., Гольцман В.А., Данилюк А.Д. и Марголин А.И. №1428691/27-11; Заявлено 22.04.70; Опубл. 09.07.71. Бюл. №22.

9. A.c. 315745 СССР, МКИ Е 01 b 29/06. Устройство для ориентирования рельсовых подкладок/ Данилюк А.Д. №1458101/27-11; Заявлено 06.07.70; Опубл. 01.10.71. Бюл. №29.

10. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. Пер. с англ. М.:

11. Советское радио. 1969.9. Батин И.В., Дудюк Д.Л. Основы теории и расчета автоматических линий лесопромышленных предприятий. М.: Лесная промышленность, 1975. -176с.

12. Бобров В.П. Лотки для автоматической загрузки станков. М.: Машгиз. 1951.- 180с.

13. Бобров В.П. Проектирование загрузочно-транспортных устройств к станками автоматическим линиям. М.: Машиностроение. 1964. 292с.

14. Буловский П.И. Основы сборки приборов. М.: Машиностроение, 1970. -200с.

15. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов на цифровых вычислительных машинах. М.: Наука, 1964. — 364с.

16. Бусленко А.Н. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970.-115с.

17. Вахрин Л.А. Исследование и разработка методов проектирования средств автоматической сборки деталей с пазовыми сопряжениями. Дисс. . канд.техн.наук. - М., 1979. - 245 с.

18. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука. 1980,- 347 с.

19. Владзиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. Книга первая. М.: Государственное научно-технич. изд-во машиностроительной литературы. 1953.-430с.

20. Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий. М.: Машиностроение.1969,- 309с.

21. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. Под ред. Анисимова Б.В. М.: Высшая школа, 1975. 302с.

22. Гамрат-Курек Л.И. Экономика инженерных решений в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. -256с.

23. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука. 1969,- 400с.

24. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука. 1965. 342 с.

25. ГОСТ 13377-75. Надежность в технике. Термины и определения.

26. Гусев A.A. Автоматизация сборочных работ. М.: Машиностроение, 1975. -64 с.

27. Данко П.Е., Попов А.Г. Высшая математика в упражнениях и задачах. Ч.З. М.: Высшая школа, 1971. 288с.

28. Дащенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматических линий. М.: Высшая школа, 1983. 328с.

29. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука. 1970.- 664с.

30. Демидович Б.П., Марон Й.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Наука. 1967.- 368с.

31. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем.

32. М.: Энергоатомиздат. 1986.- 480с.

33. Егиазарян A.B. Исследование основных направлений повышения эффективности использования линий для сборки звеньев железнодорожного пути. Дисс. на соиск.канд. техн. наук. М. 1978.- 174с.

34. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука. 1976,- 320с.

35. Железнодорожный путь. Под ред. Яковлевой Т.Г. М.: Транспорт, 1999. -405с.

36. Завгородний Г.В. О точности сборки рельсовых звеньев с железобетонными шпалами. Дисс. . канд.техн.наук. - Харьков, 1972. - 230с.

37. Заиров И.У. Исполнительные устройства и исследование автоматической сборки резьбовых соединений. В кн.: Автоматизация сборочных процессов в машиностроении. М.: Наука, 1979, с.93-96.

38. Звеносборочная линия ЗСЛ-150. Техническое задание. Хабаровск, 1995г.,52с.

39. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства. М.: Машиностроение, 1977. -224с.

40. Иванков П.П., Порошин В.А., Шварц Ю.Ф. Повторное использование рельсов, шпал, скреплений. / Путь и путевое хозяйство. 1980. №6. с.20-29.

41. Иванова В.М. и др. Математическая статистика. Под ред. Длина А.М. М.:

42. Высшая школа. 1975,- 398с.

43. Ивановский К.Е., Оболенский A.C. Перегрузочные устройства конвейеровштучных грузов. М.: Машиностроение, 1966. 208с.

44. Иоффе Б.А. Электромагнитное опознавание и ориентирование деталей (ЭМАГО). М.: Знание, 1976. -64с.

45. Исаев К.С. Основные направления автоматизации путевых работ. Труды

46. ЦНИИ МПС, вып.532, М.: Транспорт. 1976, с. 102-117

47. Исследование вопросов автоматизации сборки звеньев с деревянными шпалами: Отчет / Рук. Доронин В.И., ХабИИЖТ, Хабаровск, 1984, -290с.

48. Исследование вопросов использования робототехнических систем при комплектовании подкладок костылями для сборки звеньев с деревянными шпалами. Отчет/Рук. ДанышшЮ.В. ХабИИЖТ, Хабаровск. 1986.- 153с.

49. Исследование вопросов перспективы развития звеносборочной, звеноразборочной и звеноремонтной техники. Разработка предложений. Отчет/ Рук. Скрипачев И.Ф., ДВГУПС, Хабаровск, 1999. -133с.

50. Исследование геометрических параметров элементов рельсошпальной решетки. Отчет / Рук. Штарев С.Г., ХабИИЖТ, Хабаровск, 1988. -34с.

51. Исследование и определение рациональных параметров звеносборочных линий. Отчет/ Рук. Клауз ПЛ., ЛИИЖТ, Ленинград, 1969. -75с.

52. Исследование качества сборки рельсовых звеньев на линиях ПКБ ХабИ

53. ИЖТа с разработкой рациональных конструкций исполнительных механизмов. Отчет/ Рук. Леонов Э.А.,ХабИИЖТ, Хабаровск, 1974. -17с.

54. Исследование подачи костылей и подкладок из "навала" вибробункерами и другими БЗОУ: Отчет (промежуточный) / Рук. Лончаков Э.Т., ВЗИИТ, М.,1988. -28с.

55. Исследование подачи костылей и подкладок из "навала" вибробункерами и другими БЗОУ: Отчет (заключительный) / Рук. Лончаков Э.Т., ВЗИИТ, М.,1989.-18с.

56. Калькуляция стоимости машиносмен на путевые машины и оборудование,электрифицированный и гидравлический инструмент. Главное управление пути МПС. М.: 1982.

57. Камышный Н.И. Автоматизация загрузки станков. М.: Машиностроение, 1977. -288 с.

58. Камышный Н.И. Вибрационные питатели станков. В сб. "Автоматизация машиностроительных процессов", т.2. М., Издательство АН СССР, 1959.

59. Капустин И.И., Ильинский Д.Я. Устройства и механизмы автоматическихсборочных машин. М.: Машиностроение. 1968,- 280с.

60. Кордонекий Х.Б. Вероятностный анализ процесса изнашивания. М.: Наука.1987,- 56с.

61. Кордонекий Х.Б. Приложение теории вероятностей в инженерном деле. Л.:1. Физматгиз. 1963.- 436с.

62. Лагутина И.М. и др. Поточные линии для сборки скреплений. / Путь и путевое хозяйство. 1975. № 8. с.9-10.

63. Лапкин Ю.П., Малкович А.Р. Перегрузочные устройства: Справочник. Л.:

64. Машиностроение, 1984. -224с.

65. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ. Л.: Лениздат, 1970. ^48с.

66. Левин А.А. Влияние структуры автоматических линий на надежность их работы. М.: Машгиз. 1967.61. Леонов Э.А. Исследование работы звеносборочных линий с установлением их рациональных параметров. Дисс. . канд.техн.наук. - Л., 1971. - 250с.

67. Линия звеносборочная автоматическая ЗЛХ-800: Проект ЗСД 00.00.000. ПКТБ ХабИИЖТа. Хабаровск. 1981.

68. Лончаков Э.Т. Исследование качества машинной сборки рельсовых звеньеви эффективности применения звеносборочных машин на производственных базах ПМС. Дисс. . канд.техн.наук. -М., МИ ИТ, 1970. —

69. Лончаков Э.Т. О качестве сборки звеньев. "Путь и путевое хозяйство", №10, 1970. с. 8-9.

70. Лончаков Э.Т., Петропавловский Б.П. Путевые машины для звеносборочных и звеноразборочных работ. М.: ТранспортД984. -199 с.

71. Марголин А.И. Исследование работы и установление состава и параметровзвеносборочных (звеноразборочных) и грузоподъемных машин. Дисс. . канд.техн.наук. - Хабаровск, 1976. -223с.

72. Мартынов Т.К., Фомин В.Н. Показатели надежности технических устройств. М.: Издательство стандартов. 1969,- 84с.

73. Медвидь М.В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы. -М.: Машгиз, 1963. 300 с.

74. Мелентъев Л.П. Комплексно использовать старогодние материалы. / Путь ипутевое хозяйство. 1997. №4. с.23-26.

75. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. / МПС, Москва, 1990. -111с.

76. Методические указания по определению лимитных цен на новую продукцию, потребляемую железнодорожным транспортом. М.: Транспорт, 1986.27 с.

77. Механизированная поточная линия для сборки рельсовых звеньев с железобетонными шпалами. Производительность 100 м в час. Раздел: Исследование влияния технологии на качество сборки рельсовых звеньев. Отчет/ Рук. Лончаков Э.Т., ВЗИИТ, М., 1979. -52с.

78. Механизированная поточная линия для сборки рельсовых звеньев с железобетонными шпалами. Производительность 100 м в час. Раздел: " Исследование транспортирующих устройств звеносборочных машин ": Отчет (заключительный) / ВЗИИТ, М., 1980. 67с.

79. Минстанкопром СССР. Определение экономического эффекта от производства и использования новых специальных (в том числе агрегатных) станков и автоматических линий./ ЭНИМС, Москва. 1983.

80. Михайловский Г.И., Лончаков Э.Т. Комплексная механизация и автоматизация путевых и строительных работ. М.: Транспорт, 1986. -272 с.

81. Монахов И.К. Капитальный ремонт пути вести круглый год. «Путь и путевое хозяйство», 1974 №1.

82. Муценек К.Я. Автоматизация сборочных процессов. Л.: Машиностроение, 1969. 108с.

83. Научные основы автоматизации сборки машин. Под ред. Новикова М.П. М.: Машиностроение, 1976. 472с.

84. Нормы амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства СССР. М.: Экономика, 1974.

85. О переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий. Приказ МПС №12Ц. 16.08.94.-33с.

86. Орлов Ю.А., Егиазарян A.B. Производственные базы путевых машинныхстанций. М.: Транспорт, 1986. -220с.

87. Отчет о стендовых испытаниях машины для автоматической подачи на линию сборки шпал и подкладок, укомплектованных костылями. ХабИИЖТ, Хабаровск, 1958, 42с.

88. Павлов Г.И. и др. Поточная линия сборки скреплений. / Путь и путевое хозяйство. 1976. № 10. с.7-8.

89. Пат. GW №1404412, МПК В 65 g 47/52. / №41830/73; Заявлено 06.09.73.

90. Конвенц. приоритет №165502 от 07.09.72 Германия, VEB KOMBINAT NAGEMA. Опубл. 28.08.75.

91. Пашенцева O.A. Расширенное заседание коллегии МПС. / Путь и путевоехозяйство. 1999. №5. с.2-5.

92. Пиковский С.А. Динамический расчет и регулирование вибротранспортныхмеханизмов. ГОСИНТИ№ 6-63-22/2,1963.

93. Поточная линия для комплектования закладных болтов. Руководство по эксплуатации. Хабаровск, ХабИИЖТ. 1973.

94. Поточная линия для комплектования клеммных болтов. Руководство по эксплуатации. Хабаровск, ХабИИЖТ. 1973.

95. Правила по технике безопасности и производственной санитарии при производстве работ на звеносборочных базах путевых машинных станций. /ЦП/2651/, 1970.

96. Производственно-технологические требования по автоматизации операцийпри сборке звеньев с деревянными шпалами. Т.1. Отчет. / Рук. Марголин А.И., ХабИИЖТ, Хабаровск, 1984. -94с.

97. Рабинович А.Н. Автоматизация механосборочного производства. Киев: Вища школа, 1969. -542с.

98. Рабинович А.Н. Автоматическое ориентирование и загрузка штучных деталей. Киев: Техника, 1968.- 292с.

99. Рабинович А.Н. Механизация и автоматизация сборочных процессов в машиностроении. Киев: Машгиз. 1964. -327с.

100. Рабинович А.Н. Сборочные машины и линии непрерывного действия. Киев:1. Техника, 1965. -200с.

101. Разработка производственно-технических требований по автоматизации присборке звеньев с железобетонными шпалами: Отчет/ ХабИИЖТ, Хабаровск, 1986,- 127с.

102. Разработка теории и определение рациональных параметров звеносбороч-ных комплексов: Отчет (промежуточный) / Рук. Леонов Э.А., ДВГАПС, Хабаровск, 1996, 127с.

103. Разработка технического задания по автоматизации операций при сборкезвеньев с железобетонными шпалами: Отчет/ Рук. Завгородний Г.В., ХабИИЖТ, Хабаровск, 1989,- 180с.

104. Райкин А.Л. Элементы теории надежности для проектирования техническихсистем. М.: Советское радио. 1967.- 263с.

105. Расчеты экономической эффективности новой техники. Д.: Машиностроение, 1975. -96с.

106. Рекомендации по оснащению производственных баз ПМС звеносборочной и звеноразборочной техникой. / ПКБ ХабИИЖТа, Хабаровск, 1972. -55с.

107. Решение задач надежности и эксплуатации на универсальных ЭЦВМ. Под ред. Шишонка Н.А. М,: Советское радио, 1967. 397с.

108. Смилянский В.И. Технологические основы расчета и проектирования автоматических сборочных машин. Издательское объединение "Вища школа". Издательство при Львовском университете, 1974. 176с.

109. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука. 1968,- 64с.

110. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Статистика, 1973. -170с.

111. Советов БЛ„ Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа. 1998.-319с.

112. Создание системы контроля и регулирования качества сборки рельсовых звеньев на звеносборочных машинах. Часть 4. Разработка системы регулирования ширины колеи. Отчет/ Рук. Лончаков Э.Т., ВЗИИТ, М., 1978.

113. Состав показателей, характеризующих объект автоматизации и порядок их расчета: Методика. М.: Издательство стандартов, 1976. 15с.

114. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 / Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова P.K. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

115. Таран В.А., Брудник С.С., Кофанов Ю.Н. Математические вопросы авто матизации производственных процессов. М.: Высшая школа. 1968.- 215с

116. Твердохлеб Н.Ф. Разработка и исследование оснастки механизированной линии для сборки звеньев путевой решетки. Дисс. . канд.техн.наук. Л., ЛИИЖТ. 1984.-206с.

117. Технические указания на переборку и применение старогодней путевой решетки на железобетонных шпалах. / ЦПТ 17/5 от 29.12.98.

118. Фришман М.А. и др. Конструкция железнодорожного пути и его содержание. М.: Транспорт, 1980. 414с.

119. Технологические основы проектирования средств механизации и автоматизации сборочных процессов в приборостроении. Под ред. Корсакова B.C. М.: Машиностроение, 1970. 328с.

120. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М.: Машиностроение. 1986.- 224с.

121. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт, 1987. 479с.

122. Шерешевский Н.И. Анализ и синтез многоярусной сборки. М.: Машиностроение. 1971,- 248с.

123. Штарев С.Г., Клементов A.C. Методика определения статистических характеристик костыля и подкладки. /Тезисы 39"и научно-технической конференции. ДВГАПС, Хабаровск, 1995. 1 с.

124. Штарев С.Г. Определение параметров устройства для установки комплекта крепления рельса к подкладке при сборке путевой решетки. — Дисс. . канд.техн.наук. Л., 1988. -169 с.

125. Щербакова А.П. Путевая машина и ее стоимость. «Путь и путевое хозяйство». 1989. №7. с.18-19.

126. Экономика машиностроения. Под ред. Карлик Е.М. Л.: Машиностроение, 1977. -440с.

127. Экономика путевого хозяйства. Под ред. Шульги В.Я. М.: Транспорт, 1988. -303с.

128. Экономическая эффективность новой техники и технологии в машиностроении. Под ред. Великанова K.M. Л.: Машиностроение, 1981. -256с.

129. Эрпшер Ю.В. Надежность и структура автоматических станочных систем. М.: Машгиз. 1962.- 151с.

130. Яхимович В.А. Ориентирующие механизмы сборочных автоматов. М.: Машиностроение, 1975. - 165 с.

131. De Cock H.G. "Vibratory feeders" Philips Technical Rev. 1962. p. 35-37.министерство путей сообщения российской федерации1. Н^Ц '1. V-.ii В

132. По плану работ, в настоящее время линия ЦТЛ-75 и автоматизированные комплектовочные линии сборки комплектов находятся на этапе разработки технической документации и изготовления опытного образца.1. Директор НВЦ 11. И.Ф. Скрипачев