автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Разработка методики выбора средств измерений для контроля отверстий при ремонте сельскохозяйственной техники

На правах рукописи

ЖУРАВЛЕВА АНАСТАСИЯ РОМАНОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТВЕРСТИЙ ПРИ РЕМОНТЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

5 ДГі Р ¿С;2

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2012

005020214

005020214

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» (ФГБОУ ВПО МГАУ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Леонов Олег Альбертович

Официальные оппоненты: Казанцев Сергей Павлович

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П.Горячкина», факультет «Технический сервис в АПК», декан

Марков Борис Николаевич

кандидат технических наук, профессор кафедры «Измерительные и информационные системы и технологии» ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический институт «Станкин»»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина»

Защита состоится 16 апреля 2012 года в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФБГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16а, корпус 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

Автореферат разослан 16 марта 2012 г.

/ / /

Ученый секретарь ' ^Ап

диссертационного совета А. Г. Левши н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Сельское хозяйство играет важную роль в экономике и социальной жизни страны. Повышение конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции на основе финансовой устойчивости и модернизации сельского хозяйства напрямую зависит от качества применяемой техники.

Повышение качества ремонта сельскохозяйственных машин, их надежности и долговечности - одно из важных направлений технического и технологического развития сельского хозяйства.

В настоящее время Ресурс отремонтированной сельскохозяйственной техники составляет 40...80 % от ресурса новой, причем отказы машин происходят во время полевых работ, что приносит дополнительные убытки сельхозпроизводителям.

Одним из факторов повышения качества ремонта является соблюдение норм метрологического обеспечения. Рациональный выбор средств измерений приводит к значительному уменьшению внутренних и особенно внешних потерь и рекламаций от потребителя. Особенно актуален вопрос выбора средств измерений при контроле отверстий, так как номенклатура средств измерений здесь ограничена и большинство из универсальных средств измерений не удовлетворяют условиям обеспечения точности, особенно для контроля отверстий 5...7 квалитета точности.

Таким образом, исследования, связанные с обоснованием выбора и условий применения средств измерений отверстий для предприятий технического сервиса АПК являются актуальными и имеют важное значение для поддержания сельскохозяйственной техники в работоспособном состоянии.

Цель исследований. Разработка и апробация методики выбора средств измерений для контроля отверстий на основе исследования функции изменения затрат и потерь в зависимости от погрешности и объема измерений.

Объект исследований. Коренные и шатунные опоры двигателей ЯМЗ - 238.

Предмет исследований. Формирование брака первого и второго рода (количества неправильно-принятых и неправильно забракованных деталей), внешних и внутренних потерь в ремонтном производстве при измерении.

Общая методика исследований. Общая методика исследований базируется на анализе существующих методов выбора средств измерений по критерию допускаемой погрешности измерений, методики расчета затрат и потерь, связанных с измерениями, методики проведения измерений деталей, методике определения неправильно принятых и неправильно забракованных деталей, методики определения экономической эффективности от замены средства измерения на более точное.

Научная новизна:

разработана методика выбора средств измерений для контроля отверстий 5...7 квалитетов точности для условий единичного и серийного производства, основанная на определении затрат на контроль и потерь от погрешности измерений с учетом использования алгоритма многократных измерений;

усовершенствована методика проведения измерений шатунных и коренных опор двигателя в сборе с вкладышами для условий ремонтного производства.

проведены исследования по определению суммарных издержек от процесса контроля в зависимости от объема производства.

Практическая значимость результатов исследований заключается в разработке практических рекомендаций по выбору средств измерений при контроле отверстий 5...7 квалитета точности с учетом погрешности измерений и объема производства. Рекомендовано для условий мелкосерийного и крупносерийного производства применять электронную пробку ЦЦЗМ, в случае единичного производства - менее точные средства измерений -микрометрические нутромеры и индикаторные нутромеры с измерительными головками ИЧ-10, МИГ-2, МИГ-1, ИЧЦ.

Достоверность результатов работы базируется на теории математической статистики, на теории измерений, на элементах теории надежности, а также на основных положениях теории организации и экономики производства.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Автомастер», ООО «Механический завод», а также в аграрных вузах РФ для использования в учебном процессе и практической деятельности.

Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены:

на Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству», ФГБОУ ВПО ЧГСХА (Чебоксары, 2011 г.)

на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Инновационные технологии и технические средства для АПК», ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д.Глинки», (Воронеж, 2009 г.)

на конференциях ФГБОУ ВПО МГАУ имени В.П.Горячкина 2008 - 2012 гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста и содержит 31 рисунок, 64 таблицы, библиографию из 76 наименований и 1 приложение.

На защиту выносятся:

- методика выбора средств измерений для контроля отверстий, основанная на определении затрат и потерь с учетом использования алгоритма многократных измерений;

- методика проведения измерений шатунных и коренных опор двигателя в сборе с вкладышами;

- исследования по определению суммарных издержек процесса контроля -затрат и потерь - в зависимости от объема производства;

- результаты исследований реальных зон рассеяния диаметров отверстий коренных и шатунных опор ремонтируемых двигателей ЯМЗ-238;

- внедрение и оценка экономической эффективности результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

В первой главе был проведен анализ существующих методик выбора средств измерений.

Большой вклад в развитие методов выбора универсальных средств измерений линейных размеров внесли H.H. Марков, П.А. Сацердотов, Г.Б. Кайнер, что нашло отражение в ГОСТ 8.051 - 81 и РД 50-98-86.

Главным критерием выбора является выражение:

(О

где Л,„„ - предельная погрешность средства измерений; S - допускаемая погрешность измерений.

Существуют также методики выбора средств измерений по коэффициенту уточнения; по допускаемым выходам из границ поля допуска контролируемого изделия полей допусков рабочих предельных калибров; по технико-экономическим показателям.

В настоящее время получили развитие методики, связанные с расчетом потерь при контроле. Общетеоретические положения были разработаны Н.П. Мифом. Дальнейшее продолжение они получили в работах И.А. Зданович. Для условий выбора средств измерений при ремонте сельскохозяйственной техники расчет потерь был проведен Н.Ж. Шкарубой.

Анализ реально применяемых и нормируемых в технических требованиях на капитальный ремонт средств измерений для контроля элементов типа «отверстие» деталей и сборочных единиц дизелей сельскохозяйственного назначения показал, что во всех случаях нарушается условие (1), особенно для контроля отверстий 5. ..7 квалитета точности.

Основными задачами исследований являются:

1. Анализ основных теоретических положений оптимизации погрешности измерений.

2. Исследование затрат, связанных с контролем отверстий 5...7 квалитета точности в ремонтном производстве.

3. Выявление этапов формирования потерь в общем цикле ремонтного производства.

4. Разработка методики определения потерь, связанных с измерениями отверстий.

5. Применение разработанной методики при выборе средств измерений для ответственных элементов деталей двигателя внутреннего сгорания - блока цилиндра и шатуна, коренных и шатунных опор.

6. Разработка методики проведения микрометража шатунных и коренных опор двигателя.

7. Проведение исследований по определению суммарных издержек -затрат и потерь - в зависимости от объема производства.

Глава 2. Методика выбора средств измерений линейных размеров отверстий для ремонтного производства

Во второй главе разработана методика выбора средств измерений для контроля внутренних поверхностей коренных и шатунных опор с использованием алгоритма многократных измерений.

Общая последовательность выбора средств измерений заключается в следующем:

По метрологическим характеристикам определяют номенклатуру средств измерений для контроля отверстий, согласно условию (1).

В случае, когда это условие не выполняется, необходимо применить методику многократных измерений.

Необходимая кратность измерений определяется по формуле

* = (3)

Для каждого из выбранных средств измерений определяют годовые затраты на проведение измерений:

Згиа=Зи+Еи-К, (4)

где Зи~ текущие затраты на измерение технологического параметра, р./год; Кудельные капитальные вложения и другие единовременные затраты, приходящиеся на измерение технологического параметра, р.; Еи - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Определяют суммарные годовые потери от применения каждого из выбранных средств измерений

П£ = ПЖЯ+П„)Щ,, (5)

гдеПтутр-потери, обусловленные погрешностью измерений (ошибками I рода) при контроле продукции, р./год; Пе,ки[ - потери в сфере применения изделий, обусловленные пропуском дефектных изделий (ошибками II рода) на выходном контроле продукции у изготовителя, р./год.

Из условия минимизации суммы затрат на измеренияЗ^, и потерь от погрешности измерений П[:

и[=(3'1т +П[)^т\п, (6)

где - суммарные годовые издержки на измерения, р./год.

Годовой экономический эффект от использования более точного средства измерений определяют по формуле сравнения приведенных затрат:

= (7)

где Вщ, Вц2 - годовые объемы измерений, изм./год.

Для определения затрат на измерения и потерь от использования средства измерений необходимо учитывать множество элементов, которые необходимо определять, исходя из конкретных условий - вида средств и методов измерений, характеристик объекта измерений, программы производства (контроля), производительности СИ и ряда других параметров.

Затраты на измерения включают в себя две составляющие -единовременные и текущие затраты. В единовременные затраты входяг вложения в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, на разработку средств и методик измерений и калибровки, программного обеспечения (Зциокр); затраты на метрологическую аттестацию методик и нестандартизованных средств измерений (Дш); вложения на приобретение средств измерений (Ксц)\ затраты на монтажные и пуско-наладоиные работы (Зщ/г).

В текущие затраты на измерения входят затраты на периодическую калибровку СИ (Зп)', затраты на техническое обслуживание СИ (3ГоУ, затраты на текущий ремонт СИ (данные затраты вместе с первыми двумя видами текущих затрат составляют затраты на метрологическое обслуживание средств измерений) (ЗггУ, затраты на энергию обеспечения питания СИ и материалы, затраты, расходуемые в процессе измерений (Зэм); затраты на заработную плату операторов, выполняющих измерения (Зт); затраты на амортизационные отчисления (Зли).

В ремонтном производстве затраты на годовой объем измерений рассчитываются по формуле:

3„ = 3„ + Зт + 3Т1, + Зт + ? )., + Зш, (8)

В процессе комплектации собранные с вкладышами коренные и шатунные опоры двигателя ЯМЗ - 238 сортируют следующим образом:

1) опоры, размеры которых попадают в допуск (годные опоры), поступают на последующую сборку с коленчатым валом;

2) опоры, диаметры которых больше чем наибольший предельный диаметр (неисправимый брак). Опоры, имеющие этот размер, либо растачивают под следующий ремонтный размер (комплектуют со специальным ремонтным вкладышем), либо такой блок или шатун бракуется;

3) опоры, диаметры которых меньше наименьшего допустимого диаметра (исправимый брак). Опоры, имеющие такие размеры, растачивают скалкой до устранения брака.

Суммарные потери от ошибок контроля /7у, определяются по формуле

Пг = П„ + Пт, (9)

где П„ - потери, возникающие из-за неправильного забракования коренных и шатунных опор; П„, - потери, возникающие из-за неправильного принятия коренных и шатунных опор

= (10)

где Я - потери, возникающие из-за годных опор из-за годных деталей,

попавших в группу неисправимого брака; - потери, возникающие из-за годных опор, попавших в группу исправимого брака.

(Ч)

где Р„ - вероятность появления годных опор, попавших в группу исправимого брака; N - количество контролируемых огюр; - стоимость замены одного комплекта вкладышей.

где - вероятность появления годных опор, попавших в группу

неисправимого брака; стоимость замены шатуна или блока цилиндров.

П« = П^+П»„, (13)

где Нт ~ потери, возникающие из-за опор, относящихся к группе

неисправимого брака, но попавших в годные; П„,т - потери, возникающие из-за опор, относящихся к группе исправимого брака, но попавших в годные.

П_

(14)

где Сд - стоимость одной детали; Сл - стоимость лома; Р - вероятность появления деталей, относящихся к группе неисправимого брака, но попавших в годные.

> (15)

где Зив~ затраты на исправление брака; Рт- вероятность деталей, относящихся к фуппе исправимого брака, но попавших в годные.

С1 Т С2

СОк

си

Рисунок 1 - Схема контроля элементов типа «отверстие»: со - зона рассеяния; сок - зона рассеяния после контроля; ЛНт - предельная погрешность измерения; с - смещение середины зоны рассеяния относительно середины поля допуска; е/,с2 - вероятностная величина выхода измеряемого параметра за каждую границу допуска у неправильно принятых деталей; тм -количество деталей, относящихся к группе неисправимого брака, попавших в годные; т,,т - количество деталей, относящихся к группе неисправимого брака, попавших в годные; тЩ1Ж - количество деталей, относящихся к группе исправимого брака, попавших годные.

На рисунке 1 приведена схема контроля элементов типа «отверстие», где наглядно показано как происходит формирование ошибок контроля I и II рода.

Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований

В настоящее время существует методика проведения микрометража шатунных и коренных опор для тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей, представленная в ГОСТ 14846-81 и ГОСТ 18509-88. На базе этой методики была разработана методика проведения измерений шатунных и коренных опор двиг ателей ЯМЗ -238.

Согласно методике, приведенной в ГОСТ 14846-81 и ГОСТ 18509-88, шатунные и коренные подшипники тракторных и комбайновых двигателей измеряют по внутреннему диаметру в двух сечениях по трем плоскостям -перпендикулятно к плоскости разъема ) и под углом 45° от этого направления в обе стороны (Э2 и 83). Измерения шатунных и кореных подшипников автомобильных двигателей в плоскостях 52 и 53 проводят под утлом 60°. После проведения измерений выявляют места наибольшего износа и наибольшей овальности и конусообразности.

С точки зрения теории сопротивления материалов, коренные и шатунные вкладыши являются тонкостенным элементом, который, при установки его в деталь, принимает форму опоры. Отклонения длины таких элементов приобретают отклонения от круглости на стыках полуокружностей. Поэтому контроль таких соединений необходимо проводить около стыка деталей.

Согласно усовершенствованной методики проведения измерений, при контроле коренных и шатунных подшипников измерения проводят по внутреннему диаметру в двух сечениях по двум плоскостям (Б1 и 52) (рисунок 2). Сечения коренного и шатунного подшипника расположены у торцов на расстоянии 1/7 его обшей длины.

а

Рисунок 2 - Расположение сечений и плоскостей при контроле шатунных и коренныхподшипников автомобильных двигателей

Плоскость 51 перпендикулярна плоскости разъема. Измерения в плоскости Б2 проводятся путем смещения прибора на 5 - 10' в обе стороны от плоскости разъема, так как при попадании в соединие вкладыша, длина которого превышает допустимое значение, возможно образование наплыва на стыке вкладышей. В случае попадания в соединение вкладыша, по длине

превышающего допустимое значение, при стягивании крышки картера и коренной опоры или верхней и нижней головки шатуна с помощью болтов допустимым крутящим моментом, возможно образование зазора между крышкой картера и коренной опорой или верхней и нижней головкой шатуна, что может привести к поломке из-за среза болта.

При отклонении от перпендикулярности плоскости кромки вкладыша при сборке возможно смятие кромки подшипника, что приводит к местному уменьшению диаметра отверстия (наплыву) шатунных и коренных опор, что приведет к заклиниванию каленчатого вала при проверке его проворачивания после сборки - потребуется поиск подклинивающего подшипника и его замена.

Глава 4. Результаты исследований и их анализ

В четвертой главе были проведены экспериментальные измерения шатунных и коренных опор двигателя ЯМЗ-238. В качестве эксперимента, были измерены 100 двигателей с новыми коренными и шатунными опорами и 100 двигателей с шатунными и коренными опорами, восстановленными под 1-й ремонтный размер. Номенклатура и метрологические характеристики выбранных средств измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Метрологические характеристики средств измерений для контроля шатунных и коренных опор двигателя ЯМЗ-238

Наименование прибора Условное обозначение Измерительная головка Цена деления, мм Диапазон измерений, мм Погрешность, мкм

Нутромер* микрометрический НМ 50-100 НМ 100-160 - 0,01 50-100 100-160 35

Нутромер индикаторный НИ-100 НИ-160 ИЧ-10 0,01 50-100 100-160 25

МИГ-2 0,002 50-100 100-160 15

МИГ-1 0,001 50-100 100-160 13

ИЧЦ 0,001 50-100 100-160 12

Электронная пробка ЦДЗМ - 0,0001 5-500 0,5

* - базовое средство измерения

Точностные параметры шатунных и коренных опор представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Точностные параметры шатунных и коренных опор

Наименование измеряемого параметра Номинальный размер с отклонениями, мм Допуск Г,мкм Допускаемая погрешность измерения, мкм

Шатунная опора в сборе с вкладышами Qi.tO.lll +0.07(1 35 ±10

Коренная опора в сборе с вкладышами 110 й'"2 1 1" »(1.108 24 ±6

Для выбранных средств измерений проведены исследования динамики изменения затрат в зависимости от вида и погрешности средства измерений с использованием методики многократных измерений для разных объемов производства. В результате проведенных исследований выявлено, что с ростом программы производства и с увеличением точности средств измерений (путем применения многократных измерений) затраты имеют тенденцию к росту, рисунок 3 (а, б).

На основании полученных данных построены графические зависимости потерь (потери от неправильного забракования и принятия деталей) от вида средства измерений (погрешности) для различных программ производства - рисунок 4 (а, б), откуда видно, что при использовании многократных измерений потери «выравниваются», т.е. становятся практически равными. При этом значительно выигрывает самое точное средство измерений - электронная пробка, т.к. она имеет наименьшую погрешность измерений. Это справедливо как для коренных, так и для шатунных опор.

Динамика изменения суммарных издержек при контроле шатунных опор, представлена на рисунке 5 (а), откуда видно, что при применении многократных измерений значительно возрастают затраты на измерение, причем ведущую роль здесь играет заработная плата контролера. Потери оказывают незначительное влияние на величину суммарных издержек, т.к. стоимость шатуна достаточно мала, поэтому рекомендуется для шатунных опор использовать однократные измерения, которые необходимо проводить индикаторным нутромером с измерительными головками МИГ-2 и МИГ-1, где суммарные издержки минимальны.

При контроле коренных опор, рисунок 5 (б), в общей величине суммарных издержек определяющее значение имеют потери, т.к. велика стоимость блока цилиндров двигателя. На величину потерь, в свою очередь, оказывает влияние погрешность измерения, которая снижается путем проведения многократных измерений, при этом растут затраты на контроль, но их рост незначителен по сравнению со снижением потерь. Поэтому при контроле коренных опор, при отсутствии высокоточных средств измерений, целесообразнее использовать многократные измерения с помощью индикаторного нутромера с измерительной головкой МИГ-2. Наиболее целесообразным является использование индуктивной пробки ЦДЗМ, которая имеет высокую стоимость, но малую погрешность измерений, при этом с позиции удовлетворения условий выбора средств измерений достаточно проведение однократных измерений. Потери при использовании пробки будут минимальны, а в итоговой сумме затрат значительную роль играет стоимость средства измерений. Поэтому для контроля коренных опор рекомендуется применять электронную пробку ЦДЗМ.

З' ,

3 411 , руб.

3000000 2500000 2000000 1>00000 ІОООООО 500000

о

Однократные ; Многократные

измерения ; измерения

1 ;

і і) ; ( \

І

-л -1 .»-*■'! ' шш'і'і «ііі! 1 ■ ■

Годовая программа производства

• 50 в100 »150 «200 я 300 а 400 »500 Ш600 » ~00 я то

900 я 1000

ч/

с

> .чй

а)

' ИП , руб.

4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 ІОООООО 500000

Однокршпные ' Многократные

измерения і итерения

1 .1

Ш і .....1 і II

жл__т«*/т___мят.,__яйЙ

Годовая программа про и іводства

и 50 а 100 ті 50 я 200 я 300 »400 ш 500 и 600 в 700 ш800 т 900 ® 1000

л лй

V іЛ

//У"/ </////

СИ

б)

Рисунок 3 - Годовые затраты на измерения шатунных (а) и коренных (б) опор двигателей ЯМЗ-238 в зависимости от вида и погрешности СИ при однократных и многократных измерениях

Пу , руб.

Гудовґія программа пр&изводства

1800000 1600000 иооооо 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 о

Однократные измерения

Мно го крат и ые измерения

м

ф>'>' ** ** V (.*'*

и >0 400 «450 ш 200 и і 00 Ш400 « 500 ■ 6 00 • "оо

я »00 900 я юно

СИ

Пу , руб.

а)

Годовая программа производства

/ / /

б)

Рисунок 4 - Потери от неправильного забракования и принятия шатунных и коренных опор при однократных и многократных измерениях

Иг ' /7І . руб-

Однократные измерения

Годовая программа п о о и уводст ва

лА <0

4

СИ

а)

ИГ -

П1 .РУО-

8000000 -тот : 6000000 $№00000 -4000000 3000000 2000000 1000000 о

Годовіш программа производства

Однократные и-шереиия

4

Мімого кратные измерения

ш> т 200

но

у/т

ся

ї л'О 400 »150 ш200 9.300 ш 400 я 500 »600 я '00 ШЦОО

а 900 »¡ООО

б)

Рисунок 5 - Зависимость суммарных издержек от измерений от погрешности и объемов измерения шатунных опор двигателя ЯМЗ-238

Глава 5. Расчет экономического эффекта от уменьшения погрешности измерения

В пятой главе был проведен расчет экономической эффективности метрологических работ в соответствии с МИ 2546-99 «ГСИ. Методы определения экономической эффективности метрологических работ».

В качестве базового средства измерений при контроле обеих опор выступал микрометрический нутромер.

Экономический эффект от внедрения проектных предложений при программе ремонта 500 двигателей в год составит: при контроле шатунных опор при использовании нутромера индикаторного с головкой МИГ-2 составит 71662 рублей; при контроле коренных опор при использовании индуктивной пробки ЦДЗМ составит 3486793 рубля.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика выбора средств измерений для контроля отверстий при ремонте сельскохозяйственной техники, включающая в себя элементы расчета затрат на измерения и потерь из-за ошибок контроля с использованием алгоритма многократных наблюдений, а также методику оценки экономической эффективности от замены средства измерения на более точное.

2. Усовершенствованна методика проведения измерений диаметров шатунных и коренных опор двигателя в сборе с вкладышами при ремонте машин. Обосновано проведение контроля в трех сечениях, двух - ближайших к плоскости разъема и одном - перпендикулярном к плоскости разъема, и двух плоскостях для выявления отклонения диаметра и длины отверстия.

3. Анализ точности комплектации коренных и шатунных опор в сборе с вкладышами, выявил, что точность размеров шатунных и коренных опор неудовлетворительна. При контроле шатунных опор получено, что 91,33 % опор являются годными, а суммарный процент брака составляет 8,67 %. Контроль коренных опор выявил, что годными являются 91,4 % опор, а суммарный брак составляет 8,6 %.

4. Контроль шатунных опор при применении многократных измерений приводит к значительному увеличению затрат на измерение. Из-за низкой стоимости шатуна потери оказывают незначительное влияние на величину суммарных издержек. Рекомендуется для шатунных опор использовать однократные измерения, которые наиболее целесообразно проводить индикаторным нутромером с измерительными головками МИГ-2 или МИГ-1, где суммарные издержки минимальны.

5. При контроле коренных опор в общей величине суммарных издержек определяющее значение имеют потери, на величину которых существенное влияние оказывает стоимость блока цилиндров двигателя. Поэтому наиболее целесообразным является использование индуктивной пробки ЦДЗМ, которая имеет малую погрешность измерений.

6. При единичном производстве контроль коренных опор, при отсутствии высокоточных средств измерений, рекомендуется проводить с помощью индикаторного нутромера с измерительной головкой МИГ-2, используя методику многократных измерений.

7. Экономический эффект от внедрения проектных предложений при программе ремонта 500 двигателей в год составит: при контроле шатунных опор при замене базового средства измерений - микрометрического нутромера на нутромер индикаторный с головкой МИГ-2 - 71662 рублей; при контроле коренных опор при замене базового средства измерений - микрометрического нутромера на индуктивную пробку ЦДЗМ -3486793 рубля.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Леонов O.A., Журавлева А.Р. Контроль отверстий шатунных и коренных опор блоков цилиндров двигателей ЯМЗ // Вестник МГАУ. Агроинженерия. -М.:ФГБОУ ВПО МГАУ, Вып.2 (47). 2011. с. 72 - 74.

2. Журавлева А.Р. Выбор средств измерений при ремонте и эксплуатации сельскохозяйственной техники // Техника и оборудование для села. - М.: Росинформагротех, №1 (175) - 2012. с 38-39.

3. Журавлева А.Р. Обоснование количества измерений при контроле качества диаметров коренных и шатунных опор двигателя ЯМЗ-238 // Вестник МГАУ. Агроинженерия. - М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, Вып.2 (47). 2011. с.79 - 80.

4. Шкаруба Н.Ж., Журавлева А.Р. Особенности расчета потерь при допусковом контроле деталей в процессе их изготовления и ремонта // Инновационные технологии и технические средства для АПК: Материалы межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых. - Ч. I. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2009. с. 234 - 238.

5. Выбор номенклатуры средств измерений для контроля отверстий коренных опор блоков цилиндров двигателей ЯМЗ // Материалы III научно-образовательной конференции «Машиностроение - традиции и инновации» (МТИ-2010). Секция «Машиностроительные технологии». Сборник докладов. -М.: МГТУ «Станкин», 2010. с. 90 - 96.

Подписано к печати 14.03.12 Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл.-печ. л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № 762

Отпечатано в издательском центре ФГБОУ ВПО МГАУ 127550, г. Москва, Тимирязевская ул., д. 58

61 12-5/2564

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П. Горячкина»

На правах рукописи

ЖУРАВЛЕВА Анастасия Романовна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТВЕРСТИЙ ПРИ РЕМОНТЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Леонов Олег Альбертович

Москва-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4 Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ 7

1.1 Анализ существующих методов выбора средств измерений............7

1.1.1 Общие положения........................................................................................................................7

1.1.2 Существующие методы выбора средств измерений..................................11

1.2 Анализ средств измерений для контроля и дефектации 22 внутренних линейных размеров при ремонте сельскохозяйственной техники..........................................

1.2.1 Выбор средств измерений при дефектации......................................................22

1.3 Анализ выбранных средств измерений для элементов типа «отверстие» дизелей сельскохозяйственного назначения......................24

1.4 Анализ методов определения количества неправильно принятых

и неправильно забракованных деталей..................................................................29

1.5 Цели и задачи исследования............................................................................................33

1.6 Выводы................................................................................................................................................33

Глава 2. МЕТОДИКА ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОТВЕРСТИЙ ДЛЯ РЕМОНТНОГО

ПРОИЗВОДСТВА 35

2.1 Общие теоретические положения................................................................................35

2.2 Разработка методики выбора средств измерений для контроля коренных и шатунных опор с учетом многократности измерений 42

2.2.1 Общая последовательность выбора средств измерений............................42

2.2.2 Классификация и способы определения затрат на измерения............44

2.2.3 Классификация и способы определения потерь, связанных с измерениями........................................................................................................................................48

2.3 Разработка методики определения потерь..........................................................51

2.4 Выводы................................ ..................................................................................57

Глава 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ со

Ь о

ИССЛЕДОВАНИИ

3.1 Методика измерений размеров, отклонений........................................................58

3.1.1 Методы контроля износа размеров, отклонений..........................................58

3.1.2 Теоретические основы проведения микрометража деталей..................59

3.1.3 Методика проведения микрометража элементов деталей при ^ ремонте машин................................................................

3.1.4 Микрометраж и контроль шатунных и коренных подшипников 63

3.2 Определение количества неправильно принятых и неправильно забракованных деталей..........................................................................................................69

3.3 Методика обработки результатов измерений..................................................70

3.3.1 Обработка результатов измерений с целью выявления рассеяния

размеров отверстий коренных и шатунных опор..........................................70

3.4 Выводы...........................................................................................................................75

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 76

4.1 Исследование характера распределения диаметров коренных и шатунных опор двигателей ЯМЭ-23 8......................................................................76

4.2 Выбор номенклатуры средств измере....................................................................83

4.3 Исследование затрат на измерения................................................................................84

4.3.1 Исследование динамики затрат на измерения в зависимости от

вида и погрешности средства измерения................................................................84

4.4 Исследование зависимости потерь от вида и погрешности средства измерения..................................................................................................................106

4.5 Выводы..................................................................................................................................................141

Глава 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ

УМЕНЬШЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ................................................142

5.1 Методика расчета экономической эффективности метрологических работ 142

5.1.1 Показатели коммерческой и экономической эффективности................143

5.1.2 Показатели бюджетной эффективности..................................................................149

5.1.3 Особенности формирования экономического эффекта с учетом погрешности измерения........................................................................................................149

5.2 Расчет экономической эффективности от повышения точности измерений............................................................................................................................................151

5.3 Выводы..................................................................................................................................................155

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................................................................................156

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................................157

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................................................................164

ВВЕДЕНИЕ

Сельское хозяйство играет важную роль в экономике и социальной жизни страны. Повышение конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции на основе финансовой устойчивости и модернизации сельского хозяйства напрямую зависит от качества применяемой техники.

Повышение качества ремонта сельскохозяйственных машин, их надежности и долговечности - одно из важных направлений технического и технологического развития сельского хозяйства.

В настоящее время Ресурс отремонтированной сельскохозяйственной техники составляет 40...80 % от ресурса новой, причем отказы машин происходят во время полевых работ, что приносит дополнительные убытки сельхозпроизводителям.

Одним из факторов повышения качества ремонта является соблюдение норм метрологического обеспечения. Рациональный выбор средств измерений приводит к значительному уменьшению внутренних и особенно внешних потерь и рекламаций от потребителя. Особенно актуален вопрос выбора средств измерений при контроле отверстий, так как номенклатура средств измерений здесь ограничена и большинство из универсальных средств измерений не удовлетворяют условиям обеспечения точности, особенно для контроля отверстий 5.. .7 квалитетов точности.

Таким образом, исследования, связанные с обоснованием выбора и условий применения средств измерений отверстий для предприятий технического сервиса АПК являются актуальными и имеют важное значение для поддержания сельскохозяйственной техники в работоспособном состоянии.

Цель исследований. Разработка и апробация методики выбора средств измерений для контроля отверстий на основе исследования функции

изменения затрат и потерь в зависимости от погрешности и объема измерений.

Объект исследований. Коренные и шатунные опоры двигателей ЯМЗ 238.

Предмет исследований. Формирование брака первого и второго рода (количества неправильно-принятых и неправильно забракованных деталей), внешних и внутренних потерь в ремонтном производстве при измерении.

Общая методика исследований. Общая методика исследований базируется на анализе существующих методов выбора средств измерений по критерию допускаемой погрешности измерений, методике расчета затрат и потерь, связанных с измерениями, методике проведения измерения деталей, методике определения неправильно принятых и неправильно забракованных деталей, методике определения эффективности от замены средства измерения на более точное.

Научная новизна:

разработана методика выбора средств измерений для контроля отверстий 5...7 квалитетов точности для условий единичного и серийного производства, основанная на определении затрат на контроль и потерь от погрешности измерений с учетом использования алгоритма многократных измерений;

усовершенствована методика проведения измерений шатунных и коренных опор двигателя в сборе с вкладышами для условий ремонтного производства.

проведены исследования по определению суммарных издержек от процесса контроля в зависимости от объема производства.

Практическая значимость результатов исследований заключается в разработке практических рекомендаций по выбору средств измерений при контроле отверстий 5...7 квалитетов точности с учетом погрешности

измерений и объема производства.

Рекомендовано при контроле блока цилиндров, при отсутствии высокоточных средств измерений, рекомендуется применять индикаторный

нутромер с измерительными головками МИГ-1, МИГ-2 с использованием методики многократных измерений, но наиболее целесообразным является применение имеющей высокую стоимость, но наименьшую погрешность измерений электронной пробки ЦДЗМ, при этом достаточно проведение однократных измерений. При контроле шатуна, имеющего малую стоимость, рекомендуется проводить однократные измерения нутромером индикаторным с измерительными головками МИГ-1 и МИГ-2.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Автомастер», ООО «Механический завод», а также в аграрных вузах РФ для использования в учебном процессе и практической деятельности.

Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены:

на Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству», ФГБОУ ВПО ЧГСХА (Чебоксары, 2011 г.)

на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Инновационные технологии и технические средства для АПК», ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д.Глинки», (Воронеж, 2009 г.)

на конференциях ФГБОУ ВПО МГАУ имени В.П.Горячкина 2008 - 2011

гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста и содержит 31 рисунок, 64 таблицы, библиографию из 76 наименований и 2 приложения.

1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ существующих методов выбора средств измерений

1.1.1 Общие положения

Большой вклад в развитие теории точности и практики технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин, повышения их надежности внесли такие ученые, как А.А.Аникин, А.Н.Батищев, В.Н.Бугаев, Е.Л.Воловик, В.А.Деев, М.Н.Ерохин, С.П.Казанцев, Ю.А.Конкин, В.Е.Кряжков, В.В.Курчаткин, С.С.Некрасов, А.В.Поляченко, Г.К.Потапов, М.Ф.Сагач,

A.И.Сидоров, В.Я.Сковородин, Н.Ф.Тельнов, В.И.Цыпцин, С.С.Черепанов,

B.И.Черноиванов, М.А.Халфин и др. ученые. В их работах подробно рассматриваются методы теоретического и практического обоснования мероприятий по обеспечению надежности сельскохозяйственной техники, вопросы организации и экономики ее ремонта, технического оснащения производства, восстановления и упрочнения поверхностей (поверхностно-пластическим деформированием, термообработкой, контактной приваркой ленты, формированием износостойких покрытий из порошковых сплавов, диффузионной металлизацией, гальваническими способами, полимерными материалами), использования эффекта «безысходности» и др.

Метрологическим обеспечением машиностроительного производства занимались следующие ученые: П.Ф.Дунаев, В.И.Дунин - Барковский, Н.Н.Марков, Б.Н.Марков, В.Н.Плуталов, В.Д.Мягков, М.А.Палей, А.ИЛкушев, Н.П.Миф, И.Б.Каплун, И.А.Зданович и др., в том числе метрологическим обеспечением при ремонте и техническом обслуживании сельскохозяйственной

техники занимались такие ученые, как А.И.Иванов, О.А.Леонов, А.А.Куликов, ПА.Карепин И.С.Серый, Н.Ж.Шкаруба и др.

Выбор средств измерений связан с множеством факторов, характеризующих метрологические параметры средства измерения, конструктивно-технологические особенности измеряемых величин, задачами на измерение этих величин, разнообразных организационных, технических и экономических факторов и т.д. [22].

Метрологическими показателями, учитываемыми при выборе средств измерений являются: цена деления, пределы измерения прибора, пределы измерения шкалы, точность прибора, измерительное усилие и предельную погрешность измерения. К экономическим и эксплуатационным характеристикам относят стоимость средств измерений, повторяемость измеряемых размеров и доступность их для контроля, продолжительность их работы до повторной установки, продолжительность их работы до ремонта, время, затрачиваемое на установку и сам процесс измерения, режим работы, рабочая нагрузка, масса, габаритные размеры прибора, жесткость и шероховатость поверхности объекта контроля и необходимая квалификация оператора [1].

Комплексность задачи выбора средств измерения определила необходимость разработки различных методов выбора средств измерения. Но, учитывая различное назначение контрольно-измерительных операций в зависимости от этапов жизненного цикла технических систем (производство, эксплуатация, ремонт), сложно составить единую методику выбора средств измерений. Тем не менее, можно предложить несколько общих принципов выбора средств измерений [1]:

1. Для гарантирования заданной или расчетной относительной погрешности измерения 5И относительная погрешность СИ Зси должна быть на

25-30% ниже, чем 8И (т.е. 8Си = 0,7 8И). Если известна приведенная погрешность уи измерения, то приведенная погрешность СИ [1]

X

Гси = Уи-—(1.1) лн

где X и Хн - результат измерения и нормированное значение шкалы СИ.

2. Выбор СИ зависит от масштаба производства или количества находящихся в эксплуатации однотипных (одноименных) ТС.

Например, в массовом производстве с отработанным техн ологическим процессом, включая контрольные операции, используют

высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля. Универсальные СИ применяются преимущественно для наладки оборудования.

В серийном производстве основными средствами контроля должны быть жесткие предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления. Возможно применения универсальных СИ.

В мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные СИ, поскольку применение других организационно и экономически невыгодно: неэффективно будут использоваться специальные контрольные приспособления или потребуется большое количества калибров различных типоразмеров.

3. Метод измерения, зависящий от цели контроля, определяет требования к СИ по базировке: если контролируется точность технологического процесса, то выбирают СИ для технологических баз; если ТС контролируется с точки зрения эксплуатации, то СИ выбирается под эксплуатационные базы.

4. При выборе СИ по метрологическим характеристикам необходимо учитывать следующее:

если технологический процесс неустойчив, т.е. возможны существенные отклонения измеряемого параметра за пределы поля допуска, то нужно, чтобы пределы шкалы СИ превышали диапазон рассеяния значений параметра;

цена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точности измерения. Например, если размер необходимо контролировать с точностью до 0,01 мм, то и СИ следует выбирать с ценой деления 0,01, так как СИ с более грубой шкалой внесет дополнительные субъективные погрешности, а с более точной - выбирать не имеет смысла из-за удорожания СИ. При контроле технологических процессов должны использоваться СИ с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление;

поскольку качество измерения определяется величиной относительной погрешности [1]

¿ = ±А.1оо%, (1.2)

Л.

т.е. с уменьшением X величина 5 увеличивается (качество измерения ухудшается). Следовательно, качество измерений на разных участках шкалы неодинаково.

Поэтому при измерениях рабочий участок шкалы СИ должен выбираться по правилу: относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы СИ не должна превышать приведенную погрешность более чем в 3 раза (5<3у). Из этого правила следует [1]:

а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимает последние две трети длины шкалы;

б) при двусторонней шкале с нулевой отметкой посредине - последнюю треть каждого сектора;

в) при шкале без нуля рабочий участок может распространяться на всю длину шкалы.

В пределах рабочего участка шкалы наибольшая возможная абсолютная погрешность равновероятна на всех отметках. Таким образом, при выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и ее цену деления.

5. К регистрирующей аппаратуре предъявляются следующее основные требования:

сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимую информацию, не подвергаться искажению и отделяться от помех;

первичные преобразователи (датчики) должны потреблять минимум энергии от объекта измерения, и их подключение не должно нарушать его нормальной работы. Особые требования предъявляются к точн�