автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Статистический анализ размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе моделирования настроенной размерной обработки их деталей

правах рукописи

Бугаевский Михаил Анатольевич

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ РОТАЦИОННЫХ АГРЕГАТОВ СЕЛЬХОЗМАШИН НА БАЗЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАСТРОЕННОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ИХ ДЕТАЛЕЙ

Специальности 05 20 01 -Технолог ии и средства

механизации сельского хозяйства

(технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2007

003069256

Диссертация выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ФГОУ ВПО ДГТУ)

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Полушкин Олег Алексеевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Касьянов Валерий Евгеньевич - кандидат технических наук, доцент Камышанов Александр Иванович

Ведущее предприятие - Технический центр ОАО

«Сельмаш-Капитва»

Защита диссертации состоится -{(¿I 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 058 05 ^Донском государственном техническом университете по адресу 344010, г.Ростов-на-Дону, пл Гагарина, 1, ДГТУ, ауд 252

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан ¿и -Я, 2007 г и размещен на

официальном сайте ФГОУ ВПО ДГТУ /»то/йи ес!и ги

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Качество продукции - наиболее актуальная проблема отечественного сельскохозяйственного машиностроения, которая стояла как в доперестроечные времена, так и стоит в настоящее время, характеризующееся вытеснением отечественных производителей с рынков (не только внешнего, но и внутреннего), свертыванием и ликвидацией производств, не выдерживающих конкуренции в сбыте своей продукции по причине ее низкого качества.

Достоверно установлено, что точность исполнения агрегатов машины, определяемая значениями допустимых (для кондиционных изделий) или недопустимых (для некондиционных изделий) погрешностей изготовления их деталей, погрешностей их сопряжений при сборке агрегата и погрешностей монтажа последнего на машине, является превалирующим фактором, наиболее сильно влияющим практически на все показатели качества функционирования агрегата в работающей машине Именно поэтому все созданные в мире системы контроля и управления качеством продукции Т<ЗС, ирС - соответственно статистический, общий и

универсальный контроль качества) возникли путем развития и совершенствования принципа Ф Тейлора (1905г), впервые связавшего качество изделия с характеристиками точности (допусками) его изготовления Также это аргументируется тем, что отмеченные погрешности могут генерировать при работе машины динамические нагрузки и вибрации, оказывающие прямое влияние на качество функционирования как отдельных агрегатов, так и машины в целом Особенно это характерно для сельхозмашин, при проектировании и производстве которых традиционно закладываются и реализуются низкие квалитеты точности исполнения агрегатов, что в условиях массового и серийного производства этих машин объективно обосновывается экономическими соображениями. Однако это приемлемо и дает эффект лишь в случае, когда конструктор и технолог обосновывают принимаемые решения точностными расчетами как конструкции машины, так и технологии её производства, используя для этого методы расчета, дающие результаты высокой достоверности и надежности

Существующая теория точности решает задачи анализа конструкции и технологии ее изготовления с использованием гипотетически принимаемых типовых законов распределения случайных значений погрешностей, что не обеспечивает достоверность результатов расчетов размерных цепей агрегатов сельхозмашин Кроме того, эти методы разработаны лишь для скалярных (одномерных) линейных и угловых (геометрических) цепей, имеющих одно замыкающее звено Практически отсутствуют разработки этой теории по анализу векторных (многомерных) связанных размерных цепей, имеющих конечное множество замыкающих звеньев Именно такие цепи характерны для ротационных агрегатов, получивших широкое использование в

сельхозмашинах, благодаря известным достоинствам таких агрегатов Уровень вибраций, как и качество выполняемых ротационным агрегатом технологических функций в работающей сельхозмашине, определяется погрешностями геометрии исполнения передач привода агрегата и его неуравновешенностью (инерционными погрешностями) Последние служат компонентами вектора замыкающего звена размерной цепи ротационного агрегата, значения которых зависят от комплекса одних и тех же составляющих звеньев этой цепи - погрешностей исполнения деталей, их сопряжений, погрешностей сборки агрегата и его монтажа на машине Разработка достоверных и надежных методов анализа таких размерных цепей, построенных на использовании обоснованных, а не гипотетических законов распределения случайных значений погрешностей исполнения их составляющих звеньев, крайне актуально для современного отечественного сельхозмашиностроения, т к это создает реальную основу системного подхода к управлению качеством машин сельскохозяйственного назначения при их проектировании и производстве и, в конечном счете, обеспечивает подъем эффективности производства и использования, а значит и конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной техники

Цель исследований - разработка и совершенствование методов контроля и управления качеством и эффективностью создания и работы технических средств механизации сельского хозяйства путем обеспечения надежности и достоверности проектных расчетов векторных многосвязных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе развития и уточнения существующих теоретических основ этих расчетов, что обеспечивает рост эффективности производства продукции сельского хозяйства

Объект исследования — ротационные агрегаты машин сельскохозяйственного назначения, особенности конструкции, технологии изготовления и эксплуатации которых заставляют их рассматривать как объект отдельного исследования

Предмет исследования — точностные расчеты в процессах проектирования и производства ротационных афегатов сельхозмашин, закономерности управления качеством и эффективностью функционирования создаваемых сельхозмашин

Научная новизна исследования состоит в обосновании оригинального негауссового распределения случайных значений размера изделия и числовых характеристик этого распределения, посредством моделирования точности настроенной размерной обработки этого изделия, преимущественно используемой в серийном и массовом производстве сельхозмашин, и решения задач управления качеством такой обработки, в разработке методики статистического анализа инерционной размерной цепи ротационного агрегата сельхозмашины с принципиально новым векторным представлением замыкающего звена, наиболее полно описывающим

(

неуравновешенность агрегата, в разработке не имеющей аналога методики построения модели и анализа комплексной размерной цепи ротационного агрегата сеньхозмашины с вектором замыкающего звена, компоненты которого учитывают все функциональные (вызывающие при работе машины динамические нагрузки и вибрации) погрешности исполнения ротационного агрегата на машине, определяющие надежность, производительность и качество вырабатываемого машиной сельскохозяйственного продукта и другие показатели качества создаваемой сельхозмашины

Практическая значимость и реализация.

Разработанные методы расчета векторных многосвязных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин и программы для ЭВМ по их реализации служат эффективным средством управления качеством этих агрегатов при проектировании, производстве сельхозмашин и рост их эффективности при эксплуатации Их использование позволяет с гарантированной достоверностью и надежностью обосновать значения всех компонентов вектора замыкающего звена агрегата и отразить их в технических требованиях на машину До настоящего времени такая информация не приводилась в технической документации, что не позволяло на объективной основе осуществлять диагностический контроль качества исполнения ротационных агрегатов на полнокомплектной сельхозмашине при ее заводских испытаниях Эффективность таких расчетов подтверждена их проведением для молотильного барабана и заднего контрпривода зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б»

Разработанная математическая модель точности настроенной обработки изделия и программные средства ее моделирования служат эффективным инструментом управления качеством и эффективностью процесса такой обработки Их использование позволяет не только исключить брак обработки и практически ликвидировать контрольную операцию, но и существенно уточняет характеристики рассеивания случайных значений размеров обработанной поверхности изделий Это крайне важно в обеспечении достоверности расчета размерной цепи агрегата, включающего обработанную таким образом деталь Практическая апробация полученных теоретически результатов осуществлена для процесса обработки посадочного отверстия шкива привода барабана измельчителя зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» на заводе «Сельмаш-Калитва»

На защиту выносятся решения таких новых научных задач как

- обоснования нового негауссова закона распределения значений размеров деталей сельхозмашин на основе моделирования точности и управления качеством настроенной размерной обработки этих деталей,

- анализ инерционных размерных цепей роторов с конечным числом локальных дисбалансов, что характерно для сборных конструкций роторов сельхозмашины,

| - анализ векторной многосвязной размерной цепи ротационного

( агрегата сельхозмашины с учетом геометрических и инерционных I погрешностей

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследования докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных научных конференциях ДГТУ (2002-2006гг), на Всероссийских научно-исследовательских конференциях «Научные основы решения проблем сельскохозяйственного машиностроения», г Тула, ТулГУ (2003-2004гг), на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 100-летию И.И Смирнова, «Теория и проектирование сельскохозяйственных машин и оборудования», г Ростов н/Д, ДГТУ, 2004г По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе две работы - в издательствах, определенных списком ВАК РФ для докторских диссертаций

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, общих выводов, списка литературы из 53 наименований и приложений Работа изложена на 195 стр , содержит 16 рисунков и 5 таблиц

Содержание работы Введение содержит обоснование актуальности темы исследования, цель работы, основные положения, вынесенные назащигу

В первой главе выполнен аналитический обзор материалов по вопросам исследования, в котором проанализированы разработки таких основоположников современной теории точности как Балакшин Б С, Бородачев Н А , Бруевич Н Г , Васильев А.С , Гаврилов А Н , Дунаев П Ф , Кован В Н , Корсаков В С , Сергеев В И , Соколовский А П , Яхин А Б и др В отрасли сельхозмашиностроения вопросы точности рассмотрены Полещенко П В , Черновым Г Г Отмечены большие заслуги научной школы кафедры ТММ ДГТУ (РИСХМ) в постановке и решении новых задач расчета геометрических и инерционных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин, совершенствованию и развитию которых посвящена настоящая работа Проведенный обзор позволил установить

- конструкции ротационных агрегатов (роторов) сельхозмашин, технология их производства и условия эксплуатации существенно отличаются от тех же характеристик роторов машин иного назначения, что служит основанием для рассмотрения роторов сельхозмашин в качестве объектов отдельного исследования,

сопрягаемые размеры деталей сельхозмашин гипотетически представляются как случайные величины, распределенные по нормальному закону, что в условиях автоматизированной обработки, характерной для серийного и массового производства сельхозмашин и их деталей, является неадекватным и, препятствуя постановке и решению задач управления точностью производства на объективной основе, вносит в точностные расчеты конструкторов и технологов существенную ошибку Имеющиеся попытки ученых использовать в точностных расчетах производственных

процессов негауссовы законы распределения случайных значений размеров деталей не получили необходимых обоснований и развития,

- возникшая в 70-х годах прошлого века и заложенная в ныне действующих нормативно-технических документах методика анализа скалярных инерционных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин использует в качестве замыкающего звена значение главного вектора допустимых дисбалансов ротора, установленного на машине, что не отвечает требованиям к контролю качества ею балансировки,

- существующая методика анализа комплексной многокомпонентной размерной цепи, совместно учитывающей геометрические и инерционные погрешности исполнения ротора на машине и рабочих элементов его передач, требует доработки и усовершенствования путем уточнения характеристик точности составляющих звеньев и учета характеристик неуравновешенности ротора в виде допустимых дисбалансов по плоскостям опор

Изложенное послужило основанием постановки следующих научных задач исследования

- обосновать закон распределения случайных значений размера партии изделий, прошедших настроенную размерную обработку, посредством статистического моделирования процесса такой обработки ,

- разработать теоретические основы анализа двухкомпонентной векторной инерционной размерной цепи ротационного агрегата сельскохозяйственной машины,

- разработать математическую модель точности ротационного агрегата сельхозмашины с комплексным учетом геометрических и инерционных ошибок исполнения его деталей

Во второй главе представлены теоретические и экспериментальные разработки по решению первой из поставленных выше задач исследования

Установлено, что основной причиной неадекватности существующих статистических методов расчета размерных цепей является гипотетическое принятие для описания рассеивания случайных значений размеров изделий, прошедших такую обработку, закона Гаусса Обосновывается эго в теории и практике таких расчетов допущением о независимости и случайности проявления всех факторов, определяющих случайное значение получаемого обработкой размера, в том числе и такого фактора как износ I инструмента

Вместе с тем, объективность наличия износа инструмента, имеющего достаточно строгую закономерность I = /(/) изменения во времени в свою очередь определяющую его стойкость - время Г работы до достижения критического значения = 1(Т), делает сомнительным рассмотрение этого фактора как случайного и, как следствие, сомнительным использование закона Гаусса для описания рассеивания случайных значений х размера деталей, обработанных этим инструментом за время Т

Обоснование негауссового распределения значений х основывали на использовании следующих допущений

- настройка оборудования, связанная с ремонтом или заменой инструмента, строго осуществляется с периодом Т стойкости инструмента, что отвечает требованиям технологии автоматизированного производства,

- интенсивность износа станка и приспособления пренебрежимо мала в сравнении с интенсивностью износа инструмента,

- зависимость Щ) считаем функциональной и определенной, пренебрегая рассеиванием значений характеристик и свойств инструмента, определяющих параметры этого закона,

- производительность оборудования считаем постоянной и не зависящей от износа инструмента,

- при отсутствии износа инструмента рассевание значений размера х обрабатываемой поверхности детали описывается законом Гаусса, параметры т - математическое ожидание и а — среднее квадратическое отклонение которого характеризуют настроечный размер инструмента и технологическую точность оборудования

Пренебрегая на основе этих допущений износом инструмента за время Л его работы и используя известную из теории вероятностей зависимость для подсчета вероятности попадания случайного значения х, распределенного по закону /[х), в заданный интервал, получили выражение негауссовского закона распределения х при неслучайном /(?) -

где, наряду с введенными выше обозначениями, у - параметр, учитывающий тип обрабатываемой поверхности (у = 1 при обработке охватывающей поверхности и у = ~ 1 при обработке охватываемой поверхности) Это распределение названо динамическим, т к оно учитывает изменение характеристик технологического процесса обработки во времени

Проведенный известными методами анализ закона /(х) позволил установить выражения для расчета математического ожидания и дисперсии

случайного значения х, а также установить, что в общем случае У(0 это распределение имеет асимметрию Кроме того, получено выражение для расчета вероятности попадания случайного значения х в заданный интервал [а,Ь]

Рассмотрев абстрактный процесс настроенной размерной обработки, характеризующийся параметрами ш = 100- исходный размер настройки инструмента, а-10- характеристика точности оборудования, 7=100 -стойкость инструмента, (все параметры в условных единицах), сравнили

(1)

(2)

описания рассеивания значений л- для полного множества деталей, обработанных за время 7', различными законами На рис 1 представлены эти описания законом (р(\) Гаусса, композиционным законом £(г)и динамическим законом /(х) и видно их существенное различие в описании одного и того же результата настроенной обработки

Характерно, что <р{х) и %(х) индифферентны к закону /(/) накопления износа инструмента, а композиционный закон #(х) при нелинейном /(/) описывает распределение значений х также, как и динамический закон /(х) при линейной зависимости /(?) Поэтому выведенный закон /(х) является

Рис 1 Сравнение нормального <р(х), композиционного g(x) и

динамического /(х) законов распределения при 1 = 9 10~3/2

точным и универсальным средством описания рассеивания значений размеров х, полученных настроенной обработкой при различных !(с)

Так как выражение (1) включает параметры процесса настроенной обработки (технологическая точность а оборудования для обработки, точностной параметр т настройки инструмента при I = 0, стойкость Т инструмента, закон /(г) размерного его износа, с помощью которых может быть обоснован критический износ 1кр =1(Т) инструмента), а сам закон /(х) количественно определяет рассеивание случайных значений размера х, обеспечиваемого этой обработкой при различных значениях её параметров, и соотношение этого рассеивания с полем [а,6] допуска на формируемый обработкой размер, то построенную зависимость (1) можно трактовать как математическую модель точности настроенной размерной обработки С помощью этой модели был поставлен и решен ряд задач управления качеством такой обработки

Первой была рассмотрена задача обоснования значений критического износа 7V и стойкости Т инструмента для процесса настроенной обработки, реализуемого на оборудовании с требуемой технологической точностью а при определенном законе 1(f) и заданной допустимой доле В брака Выделяя в В доли исправимого (В„) и неисправимого (Д,) брака и ставя требование практически полного отсутствия неисправимого брака, свели задачу управления качеством технологического процесса обработки к обеспечению условия

в-кг1 <г„<в-5 ю4 (3)

Осуществив замену у = х-М и оперируя центрированным законом рассеивания значений размеров, получили интегральные выражения для расчетаВ„иВяприу = -1,г = 1, численным анализом которых на ЭВМ по специально разработанной программе определяются/^иГ, отвечающие (3)

Следующей была поставлена и решена задача идентификации параметров a, l(t), m, Т модели точности настроенной обработки при заданных у, а, Ь, Я„, В Разработана методика, основанная на проведении серии определенным образом организованных опытных реализаций процесса настроенной обработки, проведении замеров результатов обработки, с помощью которых и производится алгоритмический расчет параметров модели (1) точности этого процесса Эта методика была апробирована на процессе настроенной обработки зенкером посадочного отверстия 04ОН12 шкива привода барабана измельчителя зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» на заводе «Сельмаш-Калитва» Размер нового зенкера, определяющий параметр m модели, составлял De = 40,248 мм

Идентификацией были установлены следующие параметры модели этого процесса у = 1, о-= 8,1 мкм, 7(/) = 4,4 10 V56 мкм, m = 248мкм. Параметр Т = 435 мин принят по результатам обработки партии из N = 500 шкивов и обеспечил значение 1кр = /(Г) = 250 мкм, равное ширине поля допуска обрабатываемого отверстия с границами а - 0, b = 250мкм Диаметры отверстий всех N обработанных шкивов измеряли нутромером модели 109 с индикатором многооборотным 1МИГП по ГОСТ Р 9696-82 с ценой деления в 1мкм

На рис 2 представлена гистограмма и теоретическая кривая

1"

fix) =-f exp

W 435 8,1 -Jbt I

dt (4)

2 8,1*

распределения значений х, диаметра с/ = 40 +10 ! хмм отверстий, обработанных с существующими на заводе технологическими нормативами

Анализом (4) с помощью разработанных программных средств установили расчетные значения характеристик качества сущеывукнцего процесса обработки - доли неисправимого В. =0127 и исправимого /?„ -0 022

X

Рис 2 Гистограмма и теоретическая кривая распределения значений х шкива при существующей на заводе «Сельмаш-Калитва» технологии обработки отверстия

брака Определенные по фактическим замерам эти доли составили Bf =0,124, В* =0,026 Хорошее совпадение найденных по модели (В„,В„) и фактических {В*,В* ) характеристик качества обработки свидетельствует о высоком уровне адекватности модели (4) реальному процессу

Значительная доля В = Ви +Ва =0,149 брака при существующих нормативах обработки потребовала корректировки этих нормативов, обеспечивающей практически полное отсутствие брака обработки Решая эту задачу управления качеством процесса обработки, с помощью разработанных программных средств для ЭВМ обосновали необходимое значение настроечного параметра m = 225мкм инструмента и его стойкость Т = 391,5мин, определяющую оперативное время обработки N = 450 шкивов Исходными для этих расчетов служили уже определенные параметры у, 1{1),(тмодели процесса и ограничения В<2,1 10"5, 10"1 < Ва <1,35 10"1

Анализ математической модели процесса с новыми технологическими нормами его реализации —

(х - 225 + 4,4 10-V56)2

f(x) =--== f ехр

391,5 8,1 Vïr 0J

dt (5)

2 8,Г

установил расчетные характеристики его качества 5 = 2,63 10 3, 5„=129 10 что характеризует этот процесс как бездефектный Его реализация подтвердила, что при обработке партии из N = 450 шкивов зенкером с начальным размером Ц, = 40,225 мм имеет место В* = 0, В* = 0

Использование предложенной методики управления качеством процесса настроенной размерной обработки с помощью модели (1) позволяет практически ликвидировать контрольную операцию с обеспечением гарантии бездефектного производства

Характерно, что закон /(х) распределения значений х по (1) для генеральной совокупности изделий, обработанных за время / = кТ, где к — целое число, является тем же, что и для выборки из изделий, обработанных за время Т, вне зависимости от начала отсчета Т Положив в общем случае закон /(/) = £»", и>- 0, определяющим критический износ как 1^р=аТ'\ и осуществив интегрирование по (2), нашли

<6)

Сравнив2^( с дисперсией 2';' гипотетического нормального закона распределения х на поле допуска, получили

V2

Д

6а

Кп--

Кр j

К 18" 1 (1\

' (« + 1)2(2w + 1) 2 ^ 7

Введя характеристику с = 1кГ/6а относительной оценки износа инструмента и определяя введенный Бородачевым Н А коэффициент Кп

относительного рассеивания, служащий для сопоставления негауссового и гауссового распределений, получили

(8)

Л/1 + е2(1 + 2А'„)

1 + р

Анализ последнего позволил установить, что значение Кр имеет минимум при £• = (1 + 2АГ„) 1, определяющий для любого /(/) оптимальные технологические параметры процесса настроенной обработки, обеспечивающей минимум среднего квадратического отклонения £л рассеивания значений х

На этой основе построен алгоритм оптимизации технологического процесса настроенной обработки по критерию Ед Его использование позволяет не только создать наилучшие условия сборки агрегатов и машины в целом, но и, что крайне важно, служит средством уточнения проектных статистических расчетов размерных цепей этих агрегатов Такие расчеты строятся на использовании £д случайных значений составляющих звеньев в качестве исходных, значения которых определяются допуском 8 значения х и законом распределения генеральной совокупности значений х на поле допуска Если для гипотетического нормального закона £ = £„=6/6 , то использование в проектных расчетах размерных цепей значения 1 = £Дгпт= 0,143с>, обоснованного для условий реализации оптимального процесса настроенной обработки, ликвидирует ошибку в 16,6% на каждом из составляющих звеньев, обеспечивая тем самым точность и достоверность результатов расчета

В третьей главе представлена разработка методики статистического анализа инерционной размерной цепи ротационного агрегата сборной конструкции, преимущественно используемой в сельскохозяйственных машинах и характеризующейся тем, что такой агрегат собирается непосредственно на машине и не балансируется в сборе

На рис 3 представлена схема сборной конструкции ротационного агрегата (ротора), из которой следует, что его неуравновешенность определяется главными векторами И, и главными моментами Мп дисбалансов, возникающих в роторе от установки на нем каждой из 1 = 0 л его деталей и сборочных единиц Значения £>, и М¡„ определяются как собственной неуравновешенностью 7-й детали (сборочной единицы), так и погрешностями ее изготовления и сопряжения с валом ротора

Рассматривая О, и Мп, как замыкающее звено у-й инерционной размерной цепи, названной локальной, первой решили задачу статистического анализа такой цепи При этом замыкающее звено (в отличие от существующего метода анализа) представили в виде вектора Л(, = (о-(0,) о(Мг>1)}, где гЛО/), о(Мо,) - параметры ¡акопа Релея, по которому, как

установлено и подтверждено многими исследователями, распределены случайные значения характеристиь неуравновешенности

Обосновав, что значения П,, М», определяются совокупностью таких параметров точности как допустимое биение 8лту0 вала ротора в месте монтажау-й сборочной единицы относительно его опор, ширина /¡(¿/0/), А(^) полей допусков на изготовление сопрягаемых поверхностей отверстия у-й сборочной единицы и вала соответственно, тип их сопряжения, учитываемый значением /, =0 при сопряжении с натягом или по конической поверхности и у 1 = 1 при сопряжении с зазором, а также практически предельное значение £>„га собственного дисбалансау-й сборочной единицы, и учитывая, что все эти параметры регламентируются в чертежной документации, сформировали

О,

1>,

Мш . .

ГЦ »2 ->

Мг,

1->20 "1

Е>,Г

1-]

"и""

IJ

--------

1)

Рис 3 Обобщенная схема сборной конструкции ротора

специальную матрицу №

"Г)оп/о

о

уЖ) у А*1,)

о о

А,,

о Д.

(9)

допустимых предельных значении первичных погрешностей

Учитывая, что массовое и серийное производство сельхозмашин основывается на преимущественном использовании настроенной обработки с оптимальной ее организацией, и потому используя динамический закон /(х) распределения значений размеров х обработанных поверхностей на поле допуска, проведением статистического анализа построили матрицу передаточных отношений от первичных погрешностей к замыкающему звену локальной инерционной размерной цепи —

[V,] = [0,143т, 0,072га, 0,072т, 0,286 0,286/,], (10)

где т„ ¡1 - масса и габаритная осевая длина)-к сборочной единицы

Переходя к квадратичному описанию числовых характеристик рассеивания значений звеньев локальной цепи, привели общее уравнение ее анализа к виду

(11)

где Е = { 1 1 } - единичная матрица-столбец, а «7>> означает транспорирование.

Помимо использования (11) для решения дальнейших задач настоящего исследования, оно имеет самостоятельное значение как для проведения расчетов при наличии ограничений на неуравновешенность, вносимую в ротор его отдельными сборочными единицами, так и при выявлении превалирующих источников его неуравновешенности

В отличие от существующего (разработанного на кафедре ТММ ДГТУ и реализующего рекомендации МС ИСО 1940) метода расчета инерционных размерных цепей, использующего в качестве замыкающего звена характеристику рассеивания значения главного вектора дисбалансов ротора и предопределяющего рассмотрение этой цепи как скалярной, предложено использовать более полное и точное описание этого звена в виде вектора N = = {о(£>|) сг(Х>2)}, где ст(Д) - параметр закона Релея рассеивания значения дисбаланса в плоскости 1-й (/" 1,2) опоры ротора

Используя введенные и раскрытые в работе матрицу [//, | передаточных отношений от составляющих звеньев локальных цепей у = 1 п к компонентам г = 1,2 вектора замыкающего звена, матрицу [ /', | допустимых значений погрешностей составляющих звеньев, построили уравнение анализа инерционной размерной цепи ротора

Л'2={а2СО,) а2{Ог))^{[Р1]]{И11}[У,ЛР,А'Е) (12)

Основываясь на свойстве закона Релея рассеивания значений дисбалансов в плоскостях опор 1 ~ 1,2 ротора, нашли практические предельные значения этих дисбалансов как о„р, = З^д/ст^о,), /=1,2 Сравнение последних с нормативными значениями позволяет оценить качество балансировки ротора на машине Надежность такой оценки обеспечена проведением всех расчетов на ЭВМ по специально разработанной программе

Разработанная методика статистического анализа инерционной размерной цепи ротационного афегата сборной конструкции служит основой решения более общей задачи - анализ комплексной размерной цепи ротора, представляющей собой связанную совокупность инерционной и геометрических размерных цепей передач его привода Решение этой задачи выполнено в главе 4 последовательной разработкой общих уравнений векторных размерных цепей

- геометрии рабочего элемента (шкива, звездочки и т п ) /-й передачи, имеющей компонентами вектора омыкаюшего ^вена ¡(г,! =■ !<\ т,\ -

радиальное и юрцовое биения рабочей поверхности этого элемента, создающие при функционировании машины динамические на1рузки и вибрации - ¡С/;| - [У,] ¡//| в котором [1^] - матрица передаточных отношений от первичных погрешностей, объединенных вектором {/,}, включающим компонентами погрешности исполнения всех к - 1 п} деталей рабочего элемента /-Й передачи, к замыкающему звену,

-геометрии рабочих элементов всех п передач агрегата - {О0} = [И] входящие в которое матрицы представляются блочными матрицами с блоками {С,}, [V/], {(,}, определенными выше,

-комплексной размерной цепи - {О'} = [У\ {Г}, входящие в которое матрицы, являясь блочными, содержат не только {б0}. [1'°|, {г0}, но и компоненты, определяющие характеристики неуравновешенности ротора

Решив в матричном виде задачи построения отмеченных выше уравнений в детерминированной форме и перейдя к вероятностному описанию компонентов векторов {О} и {Г}, построили статистическую модель комплексной размерной цепи ротационного агрегата сборной конструкции

{а\0)} = [У1]{Тдт)\ (13)

в которой {ег2(0)} - матрица-столбец параметров закона Релея рассеивания случайных значений компонентов вектора замыкающего звена комплексной размерной цепи, представляющая расчетные характеристики рассеивания значений дисбалансов в плоскостях опор ротора и биений (радиальных и торцовых) рабочих элементов всех его передач, {Тдо„} - матрица-столбец допустимых значений погрешностей исполнения всех сборочных единиц ротора и их деталей, определяемых априори допусками из чертежной документации, [К2] - матрица квадратов передаточных отношений от первичных погрешностей к компонентам вектора замыкающего звена комплексной размерной цепи, формирование которой осуществляется по специально разработанному алгоритму Расчет по (13), как и определение допусков на значения компонентов замыкающего звена комплексной размерной цепи ротационного агрегата, осуществляемое по уравнению {С„р} = 3,5{<т2 ((У)}0 5, производится на ЭВМ по разработанной программе При этом программа расчета инерционной размерной цепи, представляющая результат исследований по главе 3, вошла составляющей частью в программу расчета комплексной размерной цепи, т к алгоритм формирования матрицы [V2], реализованный на ЭВМ, предусматривает использование специальных матриц идентификации

По разработанной программе анализа комплексной размерной цепи ротационного агрегата были проведены расчеты для молотильного барабана и заднего контрпривода зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» Расчетные схемы этих агрегатов приведены на рис 4 Используя чертежную документацию, сформировали блок исходных для расчетов, которые включили в себя геометрические, массовые, кинематические и точностные

характеристики как а(регатов в сборе, так и всех их сборочных единиц (рабочих элементов передач). Результаты расчетов комплексных размерных цепей этих агрегатов представлены в таблице, где, помимо результатов, полученных расчетом на ЭВМ по предложенной методике анализа, приведены результаты определения тех же характеристик точности исполнения рассмотренных агрегатов на машине, полученные другими методами методом расчета на «максимум-минимум», наиболее широко используемом в настоящее время при проверочных расчетах размерных цепей агрегатов сельскохозяйственных машин, и методом, разработанным ранее на кафедре ТММ ДГТУ (РИСХМа)

Расхождение результатов, полученных расчетом по предложенной методике, с результатами расчета на «максимум-минимум» превышает по отдельным позициям 100%, а с результатами расчета по совершенствуемому методу - 65% Помимо выданных на печать ЭВМ и приведенных в таблице предельных значений результирующих погрешностей исполнения исследованных агрегатов на комбайне, обеспечиваемых заложенными в чертежах нормами точности исполнения и сопряжения их деталей, разработанная программа производит анализ соответствия существующих конструкций каждого из этих агрегатов нормативным требованиям к точности их исполнения на машине Последние определяются по действующим стандартам и справочным материалам и вводятся как исходные в расчет Это позволило установить, что существующая конструкция молотильного барабана удовлетворяет нормативным требованиям к точности его исполнения на машине Для заднего контрпривода эти требования не выполняются для торцовых биений звездочки РСМ-10 14 00 480А (/-=1 на рис 4) и шкива РСМ-10 01 34 060А (/=3), для которых расчетные значения т„р1, тпр3 из таблицы превышают допустимые значения гЛ„, =0,3 мм и г .„„, = 0.5 мм, регламентируемые конструктивными нормативами к передачам справочником по сельскохозяйственным машинам При этом на печать ЭВМ выдается информация о лимитирующей первичной погрешности исполнения определенной детали, оказывающей наибольшее влияние на каждую из результирующих погрешностей исполнения агрегата на машине Также на печать выдаются рекомендации по обеспечению выполнения нормативных требований к точности исполнения агрегата на машине Так, по результатам расчетов для заднего контрпривода комбайна «Дон-1500Б» на печать ЭВМ выданы рекомендации по ужесточению допуска на перекос оси посадочной поверхности вала контрпривода в месте монтажа его сборочных единиц / = 1 и } - 3 (см рис 4)

Результаты проведенных расчетов позволяют не только ужесточать (как эго показано выше), но и ослаблять требования к точности исполнения и балансировки деталей ротационных агрегатов сельхозмашин, если это не ведет к нарушению требований к точности их исполнения на машине Так, в

течническич условиях на шкив РСМ-10 01 30 160 (/ = 5 на рис 4) заднего контрпривода заложена необходимость его балансировки с точностью Опр5 = 1гм Используя известные из литературы соотношения, нашли, что практически предельное значение дисбаланса этого шкива без балансировки составляет Впр5 = 8,26гм Введя в исходные последнее значение, повторным расчетом на ЭВМ установили предельные значения дисбалансов заднего контрпривода в плоскостях его опор на машине 0„р! = 8,00гм, Опр2 = 10,46гм, которые не превышают нормативные значения £><,„„, = Д,„„2 = 11,33 гм, отвечающие требованиям МС ИСО 1940 Это позволяет ликвидировать операцию балансировки сборочной единицы у = 5 контрпривода, что дает эффект производству комбайнов в 212500 руб/год при обеспечении требований к уравновешенности этого агрегата на машине

А

А У ! I

'4-.

0

В

а)

I х,

-г —

А >

-3 |

I

и и

Л

V

в

>

X!

Хз

Х-1

Х5

б)

Рис 4 Схема ротационных агрегатов комбайна «Дон-1500Б» с

измельчителем (а — молотильный барабан 0 — остов барабана, 1 - вариатор барабана, б - задний контрпривод 0 — вал контрпривода, 1 - звездочка, 2 5 - шкивы)

Дополнительный эффект может быть получен за счет снижения трудозатрат балансировки всех сборочных единиц молотильного барабана из-за установленной анализом возможности ослабления норм точности их балансировки в производстве поскольку приведенные в таблице

Таблица

Результаты анализа размерных цепей ротационных агрегатов зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б»

Наименование Практически предельное значение погрешности

Наименование и обозначение исполнения афегата на машине, найденное

агрегата погрешности расчетом

исполнения

агрегата на машине по на «максимум- по методике

разработанной методике минимум» РИСХМа (ДГТУ)

Дисбалансы по

плоскостям

опор ротора

к Й ю Ау>1, ГМ 19,12 41,82 10,29

Я о Д.р2, ГМ 6,63 12,52 10,29

8- о 1§ гм Радиальное и

■3 2 торцовое

2 __ 3 5 биения

5 ° вариатора на

1 ^ радиусе

§ и Я,тах=307 мм

относительно опор рогора

д„р\, мм 0 439 1,042 0,727

т„ри ММ 0,854 1,480 0,854

Дисбалансы по

плоскостям

опор ротора

Опр |, гм 7,86 13,51 6,24

й„р2 Ш 4,16 12,63 6,24

Э т ш о Радиальные и торцовые

к о р. г-1 биения рабочих

Й ^ а. зтементов

= £ О о передач по

К о >к — рис 4

§ 2 Ь„р\ мм 0 276 0,512 0,372

э к СП Т„р1 мм 0,438 0,618 0,438

д„р2, мм 0 462 0,762 0,556

Т„р2, мм 0 363 0,693 0,363

д„рз, мм 0,341 0,612 0 515

мм 0,595 0,787 0,595

<5при мм 0,341 0,612 0,515

т„р4, мм 0,281 0,431 0,281

д„п1, ММ 0,341 0,612 0,515

Т„рЧ, мм 0,275 0,365 0,275

расчетные значения Ц,.....=19,12гм, 0„„„, = 6,63 гм существенно меньше

значений/,) ,, = 0лт,=53,97гм наиденных по рекомендациям МГ ИСО 1940 и I ОСТР 22061

Определенные расчетами на ЭВМ и скорректированные по необходимости практически предельные значения погрешностей исполнения и балансировки ротационного агрегата на машине должны фиксироваться в технических условиях и служить нормативами качества исполнения этого агрегата при выходном диагностическом контроле, чем, в первую очередь, и должна обеспечиваться гарантия качества каждой выпускаемой на рынок сельскохозяйственной машины

Приведенные примеры использования разработанной методики статистического анализа комплексной размерной цепи ротационного агрегатасборной конструкции и программных средств реализации этой методики не только выявили высокую достоверность, точность и надежность получаемых результатов расчетов, но и продемонстрировали их широкие возможности и эффективность в решении задач управления качеством как при проектировании, так и в производстве сельхозмашин

Результаты исследования внедрены в ОАО «Сельмаш-Калитва», выпускающем измельчители к зерноуборочным комбайнам производства ООО «Ростсельмаш»

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Ротационные агрегаты сельскохозяйственных машин, выделяемые из-за присущих этим машинам особенностей конструкций, производства и эксплуатации в объекты отдельного исследования, являются одним из наиболее интенсивных источников динамических нагрузок и вибраций, определяющих практически все показатели качества функционирования сельхозмашин Это предопределило необходимость постановки и решения таких задач управления качеством проектирования и производства ротационных агрегатов сельхозмашин как нормирование и контроль точности их исполнения на машине Такие задачи в настоящее время не решаются из-за отсутствия достоверных и надежных методов расчета их размерных цепей Как результат, техническая документация на ротационные агрегаты сборной конструкции, преимущественно используемые в сельхозмашинах, не содержит характеристик точности их исполнения на машине, что препятствует реализации диагностического контроля качества исполнения таких агрегатов на полнокомплектной машине при ее выходных производственных испытаниях

2 Точность и достоверность результатов расчета размерных цепей определяется, в первую очередь, объективностью принимаемых законов распределения случайных значений составляющих звеньев этих цепей на поле допуска размера, регламентированного конструктором Гипотетическое использование в качестве такового закона Гаусса или композиционного закона не отвечает условиям массового и серийного производства

сельхозмашин, характеризующегося преимущественным использованием технологии настроенной размерной обработки деталей При такой обработке фактор размерного износа инструмента нельзя считать случайным, что ведет к объективной (теоретически и экспериментально доказанной) необходимости использования негауссового распределения случайного размера обработанной по такой технологии детали Обоснованный теоретическим анализом этой технологии динамический закон (1), учитывающий неслучайный закон I{t) размерного износа инструмента во времени, и проведенный его анализ установили значительные (до 40%) отличия его числовых характеристик от числовых характеристик гипотетически принимаемых законов

3 Установленный факт индифферентности (ошибка до 1%) числовых характеристик закона (1) к параметрам закона 1(f) размерного износа инструмента при оптимальной организации настроенной размерной обработки обеспечивает достоверность априорного расчета числовых характеристик рассеивания размеров на поле допуска Это ликвидирует ошибку, вносимую в расчет размерной цепи при использовании гипотетического закона Гаусса рассеивания значений составляющих звеньев этой цепи и равную 16,6% для каждого из этих звеньев

4 Разработанная методика и алгоритм статистического анализа инерционной размерной цепи сборной конструкции ротационного агрегата сельскохозяйственной машины, основанные на использовании в качестве замыкающего звена значений дисбалансов в плоскостях опор ротора, уточняет модель неуравновешенности ротора на машине, позволяя объективно оценивать динамику последней, и обеспечивает адекватное требованиям кон гроля качества балансировки ротора описание его неуравновешенности в собранном состоянии на машине Построенная модель (12) инерционной размерной цепи ротора сборной конструкции позволяет решать как задачу анализа, так и задачу синтеза этой цепи, обеспечивая создание конструкции ротора, имеющей предельные значения дисбалансов в плоскостях опор, отвечающие действующим стандартам

5 Развитием существующей теории расчета комплексной размерной цепи ротационного агрегата сельскохозяйственной машины явились разработки методики, алгоритма и программы анализа на ЭВМ такой цепи, основанные на построении оригинальной модели точности агрегата Замыкающее звено такой цепи, помимо радиальных и торцовых биений передач, учитывает характеристики законов распределения значений дисбалансов в плоскостях опор ротора на машине, а характеристики составляющих ее )веньев определяются дисперсиями динамических законов (1) рассеивания их значений при оптимальной организации процессов настроенной обработки деталей ротора

6 Построенная обобщенная статистическая модель (13) точности комплексной размерной цепи ротационного агрегата и соотношения, ее

раскрывающие, позволяют управлять качеством такого агрегата при проектировании и в производстве сельхозмашины посредством обоснования необходимости ужесточения и (или) возможности ослабления требований к точности исполнения деталей ацетата без нарушения требований к точности исполнения и монтажа его на машине

7 Расчеты на ЭВМ комплексных размерных цепей молотильного барабана и заднего контрпривода зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» позволили установить, что использование разработанной методики расчета позволяет устранить значительные (до 100% и более) ошибки, вносимые в результаты расчета другими методами анализа этих цепей Кроме того, для заднего контрпривода эти расчеты выявили необходимость ужесточения допусков на торцовые биения звездочки и одного из шкивов этого агрегата, а также установить возможность исключения операции балансировки одного из шкивов, что позволяет получить эффект в 212500 руб/год в производстве комбайнов на заводе «Ростсельмаш»

8 Трактовка закона Дх) по (1) как модели точности настроенной размерной обработки, построение и экспериментальная апробация методики идентификации параметров этой модели не только обосновали высокую степень ее адекватности, но и позволили решить такие задачи управления качеством обработки как ликвидация брака без использования контрольных операций и средств их реализации, оптимизация процесса обработки по критерию минимума дисперсии рассеивания значений размеров обработанных изделий Использование для решения этих задач алгоритмов и программ для ЭВМ, рекомендуемых для проведения расчетов при технологической подготовке производства, дает эффект в повышении качества и снижении трудозатрат производства

9 Построение и использование отмеченной выше модели для управления качеством процесса обработки отверстия шкива привода измельчителя зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б» позволило заводу «Сельмаш-Калитва» устранить брак этой обработки в 14,9%, что подтверждено актом внедрения

10 Результаты исследования, гарантированно обеспечивая выполнение существующих нормативов точности исполнения ротационных агрегатов создаваемых сельхозмашин, служат одной из основ подъема эффективности использования этих машин в сельском хозяйстве

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 О задачах точностного расчета ротационных агрегатов сельхозмашин

/Соавторы О А Полушкин, О О Полушкин - Известия ТулГУ, Серия

«Проблемы сельскохозяйственного машиностроения» Вып 1. - Тула

Изд-во ТулГУ, 2004

2 Моделирование точности как средство управления качеством и эффективностью размерной обработки деталей сельхозмашин /Соавторы О А Полушкин, ГИКаныгин - Известия ТулГУ Серия «Проблемы сельскохозяйственного машиностроения» Вып 1. - Тула Изд-во ТулГУ, 2004

3 Размерная цепь ротационного агрегата сельхозмашины /Соавторы О А Полушкин, Г И Каныгин - Материалы Всероссийской науч -техн конф, посвященной 100-летию со дня рождения И И Смирнова «Теория и проектирование сельскохозяйственных машин и оборудования» - Ростов н/Д ДГТУ, 2004

4 Специфика ротационных агрегатов сельхозмашин и задачи их исследования как объектов управления качеством /Соавтор О О Полушкин - Ростов н/Д ДГТУ Деп в ВИНИТИ 01 07 2005, № 942-В2005

5 Обоснование настроечных параметров процесса автоматизированной размерной обработки изделия /Соавтор О А Полушкин - Ростов н/Д ДГТУ Деп в ВИНИТИ 01 07 2005, № 942-В2005

В набор /7 ММВ печать

Объем ^Цуел п л , ^(Руч -изд л Офсет Формат 60x84/16 Бумага тип №3 Заказ №

Щ Тираж ^

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия 344010, г Ростов-на-Дону, пл Гагарина,!

ВВЕДЕНИЕ.

1 .АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1 .Особенности конструкции, производства, эксплуатации и балансировки ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин.

1.2.Первичные погрешности исполнения деталей ротационных агрегатов и способы их описания.

1.3.Методы расчета размерных цепей.

1 АВыводы по обзору литературы. Постановка научных задач исследования.

2.МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ НАСТРОЕННОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬХОЗМАШИН.

2.1.Описательное содержание модели настроенной размерной обработки.

2.2.Математическая модель точности настроенной размерной обработки.

2.3.Анализ математической модели точности настроенной размерной обработки.

2.3.1 .Полнота распределения.

2.3.2.Математическое ожидание.

2.3.3. Дисперсия.

2.3.4.Асимметрия распределения.

2.3.5.Вероятность попадания случайного размера в заданный интервал значений.

2.3.6.Сравнение модели (2.7) с нормальным распределением.

2.3.7.Сравнение динамической модели процесса с композиционным законом распределения.

2.4.0боснование значения критического износа и стойкости инструмента.

2.4.1.Обработка охватываемой размерной поверхности.

2.4.2.0бработка охватывающей размерной поверхности.

2.4.3 .Обобщение и анализ результатов, формализация расчетов.

2.5.Идентификация параметров модели точности при настроенной обработке размерной поверхности.

2.6.Числовые характеристики рассеивания размеров генеральной совокупности кондиционного множества изделий, прошедших настроенную размерную обработку.

2.7.Практическая апробация методики.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

3.СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИНЕРЦИОННОЙ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ РОТАЦИОННОГО АГРЕГАТА.

3.1 .Постановка задачи.

3.2.Ротационный агрегат сборной конструкции.

3.3.Анализ локальной инерционной размерной цепи ротора.

3.4.0бщее уравнение инерционной размерной цепи ротора сельскохозяйственной машины.

3.5.Алгоритм анализа инерционной размерной цепи ротора на ЭВМ.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

4.АНАЛИЗ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ РОТОРА.

4.1 .Постановка задач.

4.2.Уравнение размерной цепи геометрии ]-й передачи ротационного агрегата.

4.3.Уравнение размерных цепей геометрии полного множества передач ротора.

4.4.Статистическая модель комплексной размерной цепи ротора.

4.5.Формализация расчетов при анализе размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин.

4.6.Примеры расчетов, анализ результатов.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

Качество продукции - наиболее актуальная проблема экономики России, которая стояла как в доперестроечные времена (безуспешно завершенная пятилетка качества), так и в настоящее время, характеризующееся вытеснением отечественных производителей с рынков (не только внешнего, но и внутреннего), свертыванием и ликвидацией производств, не выдерживающих конкуренции в сбыте своей продукции по причине её низкого качества.

Изложенное справедливо для продукции любого назначения, в том числе и для продукции сельхозмашиностроения. Последняя в условиях нашей страны, имеющей значительный сектор сельскохозяйственного производства, характеризуется наиболее массовым спросом и потреблением, и именно поэтому современный кризис отечественного производства сельскохозяйственной техники наиболее ощутим для экономики как отдельных регионов, так и страны в целом. Так, бывший гигант отечественного комбайностроения - завод Ростсельмаш - в настоящее время только начинает выходить из кризиса, и наш рынок зерноуборочных комбайнов и другой сельхозтехники свободен для интервенции зарубежных производителей. Последние не только расширяют сбыт своей продукции в РФ, но и активно создают у нас сборочные производства техники для сельского хозяйства. Примеры тому -комбайновые заводы в г.Шахты и г.Краснодаре, построенные совместно с финской и немецкой фирмами, которые уже сейчас, когда только начато производство, создают серьезную конкуренцию заводу Ростсельмаш, обеспечивая выпуск более качественной продукции.

Достоверно установлено, что точность исполнения и монтажа на машине её агрегатов является превалирующим фактором, определяющим практически все показатели качества её функционирования. Ещё на заре становления серийного и массового производства машин их качество связывалось с точностью исполнения деталей, точностью их сопряжений в агрегатах, точностью монтажа агрегатов на машине, отчего принято считать началом постановки и решения проблемы качества машин введение в 1905г. принципа Ф.Тейлора, положенного в основу управления качеством продукции промышленности и используемого и по сей день. Ф.Тейлор выдвинул идею использования не одной, а двух моделей, которые определяли бы пределы допустимого качества. Для графических моделей (чертежей) это свелось к понятиям нижней и верхней границ допусков, а для моделей «в металле» (шаблонов) - к появлению двух типов калибров: пропускных и непропускных. Им, по существу, был разработан механизм, включающий три функции управления: техническое нормирование качества, контроль за соблюдением норм и административное (экономическое) принуждение к их соблюдению. Нормирование качества осуществлялось конструктором и затем реализовывалось технологами; технический контроль - соответствующими отделами (ОТК); административное принуждение - администрацией и службами, определяющими размеры заработной платы, штрафов и удержаний.

Не останавливаясь на последних двух функциях управления качеством, заметим, что требование нормирования точности конструкций при проектировании и реализация этих требований в производстве машин дали толчок бурному развитию теории точности, отдельным разделом которой стала теория расчета размерных цепей, получившая широкое использование в практике создания (проектирование и производство) машин серийного и массового изготовления как средство управления их качеством.

Отечественные ученые внесли весомый вклад в становление и развитие теории точности. Работы Н.А.Бородачева, Н.Г.Бруевича, В.И.Сергеева, В.М.Кован, А.Б.Яхина заложили фундамент этой теории, широко использованный в различных отраслях машиностроения как при конструировании, так и в производстве машин. В отрасли сельхозмашиностроения, имеющей особенности и традиции конструирования и производства машин и их различного рода агрегатов (эти особенности отдельно рассмотрены в п.1.1.), необходимо отметить разработки П.Ф.Дунаева, Б.Д.Дюсенова, П.В.Полещенко и Г.Г.Чернова. Начиная с 80-х годов 20 в., учение о точности получило развитие в разработках О.А.Полушкина, Г.И.Каныгина и других ученых Донского государственного технического университета, которые создали в нем новое направление - исследование точности ротационных агрегатов машин.

Ротационные агрегаты - объекты настоящего исследования -наиболее широко используются в конструкциях машин вообще и в сельхозмашинах, в частности. Объясняется это не только соображениями непрерывности технологических процессов, но и их высоким КПД, относительно низкой стоимостью механизмов трансформации энергии и другими достоинствами передач вращения. Именно поэтому в конструкции зерноуборочного комбайна в качестве молотильных агрегатов, битеров, шнеков и других исполнительных органов используются агрегаты ротационного принципа действия (роторы). Это имеет место и в конструкциях других машин, не только сельскохозяйственного назначения.

Работа ротационных агрегатов связана с генерацией значительных по уровням вибраций, что особо заметно у современных сельхозмашин и зерноуборочных комбайнов, поскольку тенденция роста производительности этих машин привела к росту скоростей вращения их роторов. Наряду с погрешностями привода, одним из наиболее существенных источников этих вибраций является неуравновешенность роторов, устранение которой производится при производстве машин балансировкой.

Как обязательная для роторов зерноуборочных комбайнов технологическая операция балансировки стала лишь в начале 60-х годов прошлого века. На заводе Ростсельмаш по предложенным НИИтракторосельхозмаш технологии и оборудованию была введена операция балансировки молотильного барабана комбайна СК-4 и ряда его шкивов. В настоящее время все ротационные агрегаты зерноуборочных комбайнов СК-5, Дон-1500 и его модификаций проходят балансировку в условиях производства. Все это стало возможным благодаря тому, что исследования динамики ротационных агрегатов сельхозмашин и решение связанных с ними вопросов балансировки за отмеченное время претерпели качественный скачок. Результаты этих исследований, которые производились и в РИСХМе (ДГТУ), легли в основу создания как Государственного /12/, так и отраслевых /27,28/ стандартов, использование которых в практике регламентировало не только использование балансировки для ротационных агрегатов сельхозмашин, но и разработку нормативов точности этой операции при решении вопросов конструирования и производства сельскохозяйственной техники.

Отмеченные исследования, как и созданные на их основе нормативные материалы, позволили решать вопросы точности балансировки в отрыве от рассмотрения и учета погрешностей геометрии привода, которые не только влияют на неуравновешенность ротора, но и являются самостоятельным источником вибраций, определяя тем самым уровни показателей качества работы ротационного агрегата сельскохозяйственной машины. Этот недостаток проистекает из того, что современная теория точности предлагает методы анализа и синтеза лишь скалярных (одномерных) размерных цепей, имеющих одно замыкающее звено, определяемое конечным множеством составляющих звеньев. Лишь отдельные исследователи ставят (но не решают) задачу расчета векторных (многомерных) цепей с конечным множеством замыкающих звеньев, каждое из которых определяется конечным множеством составляющих звеньев.

Хотя подробный анализ работ - как отмеченных выше авторов, так и других разработчиков различных аспектов теории точности - предоставлен ниже (п.1), здесь отметим, что основной проблемой, с которой сталкиваются все исследователи, конструкторы и технологи, является низкая надежность и достоверность точностных расчетов агрегатов машин и технологических процессов их изготовления, обеспечиваемая существующими методами анализа и синтеза размерных цепей. Особо остро эта проблема стоит при расчетах размерных цепей ротационных агрегатов машин, которые с совместным учетом как геометрических погрешностей элементов привода ротора, так и инерционных погрешностей, определяющих характеристики его неуравновешенности, становятся сложными многосвязными векторными цепями, методы исследования которых не разработаны.

Изложенное выше обусловило постановку научной цели настоящей работы - разработка и совершенствование методов контроля и управления качеством и эффективностью создания и работы технических средств мехнизации сельского хозяйства путем обеспечкния надежности и достоверности проектных расчетов векторных многосвязных размерных цепей ротационных агрегатов сельхозмашин на базе развития и уточнения существующих теоретических основ этих расчетов. Достижение этой цели является крайне актуальным для решения проблемы управления качеством и конкурентоспособностью этих машин в необходимых для России условиях их серийного и массового производства.

На защиту выносятся полученные результаты решения таких новых научных задач как:

- обоснования нового негауссового закона распределения значений размеров деталей сельхозмашин на основе моделирования точности и управления качеством настроенной размерной обработки этих деталей;

- анализ инерционных размерных цепей роторов с конечным числом локальных дисбалансов, что характерно для сборных конструкий роторов сельхозмашины;

- анализ векторной многосвязной размерной цепи ротационного агрегата сельхозмашины с учетом геометрических и инерционных погрешностей, которые в совокупности можно характеризовать как дальнейшее развитие современной теории точности.

Работа выполнялась в рамках научно-технической Программы П.Т. «Ресурсосберегающие технологии автомобильного и тракторного машиностроения», раздел 2: «Энерго- и ресурсосберегающие технологии мобильной сельскохозяйственной техники» Минобразования России в 1998-99 гг. и в рамках научно-технической Программы «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий», раздел: «Механика в машино- и приборостроении» Минобразования России в 2000г. Отдельные из представленных здесь результатов получены при выполнении НИР по грантам ТОО-6.1-Ю44, Т02-06.09-260 Минобразования РФ, выделенным ДГТУ для проведения фундаментальных исследований в области технических наук на 2001.2004гг. Тематика работы вкладывается в такие приоритетные направления научных исследований ДГТУ как «Управление качеством изготовления изделий машиностроительного комплекса» и «Проблемы создания машин и технологических процессов агропромышленного комплекса».

Автор приносит большую благодарность коллективу кафедры «Теория механизмов и машин» ДГТУ за помощь и содействие в выполнении исследований и оформлении диссертационной работы.

10. Результаты исследования, гарантированно обеспечивая выполнение существующих нормативов точности исполнения ротационных агрегатов создаваемых сельхозмашин, служат одной из основ подъема эффективности использования этих машин в сельском хозяйстве.

1. Абдрашитов P.M., Гребенников Н.И., Райбман Н.С. Точностные расчеты в общем машиностроении. - М.: Машгиз, 1961.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988

3. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.

4. Бородачев H.A. Обоснования методики расчета допусков и ошибок кинематических цепей. 4.1 М.: Изд-во АН СССР, 1943.

5. Бородачев H.A. Анализ качества и точности производства. М.: ОНТИ, 1946.

6. Бородачев H.A., Журавлев А.Н. Статистические методы анализа и контроля качества продукции, хода технологического процесса и состояния производственного оборудования. ЭСМ. т. 15 - М.: Машгиз, 1950.

7. Бородачев H.A. Основные вопросы теории точности производства. -М.: Изд-во АН СССР, 1950.

8. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М. - Л.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1946.

9. ГОСТ Р 22061. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения.

10. ГОСТ Р 50642. Шкивы для клиноременных передач (система, основанная на исходной ширине). Геометрическая проверка канавок.

11. ГОСТ Р 19534. Балансировка вращающихся тел. Термины.

12. Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию в 2-х кн. Под ред. Н.С.Ачеркана, кн.1. М.: Машгиз, 1953.

13. Дунаев П.Ф. Размерные цепи. М.: Машгиз, 1963.

14. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. М.: Машиностроение, 1981.

15. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении. М.: Машгиз, 1953.

16. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1965.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974.

18. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 1974.

19. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. -Л.: Машиностроение, 1970.

20. МС ИСО 1940. Качество балансировки вращающихся деталей. М.: Изд-во стандартов, 1970.

21. МУ105-0-052-80. Оптимизация параметров точности сборочных единиц и деталей изделий. Киев: ВНИИживмаш, 1980.

22. ОСТ 105-449-77. Роторы жесткие. Нормирование точности балансировки. Требования к контролю остаточных дисбалансов. М.: Мин-во машиностр. для животноводства и кормопроизводства, 1978.

23. Полещенко П.В., Чернов Г.Г. Допуски и размерные цепи в сельскохозяйственных машинах. Справочное пособие. М.: Машгиз, 1963.

24. Полушкин O.A. Изыскание и разработка методики оптимального нормирования остаточного дисбаланса ротационных узлов зерноуборочных машин. Дисс.канд.техн.наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1968.

25. Полушкин O.A. К вопросу о нормировании точности роторов сельхозмашин. Сб. статей научн.-исслед. работ по созданию сельскохозяйственных машин и их рабочих органов. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1972.

26. Полушкин O.A. Анализ инерционных размерных цепей роторов сельскохозяйственных машин. В кн.: Труды III конф. молодых ученых и специалистов Ростовской обл. Сельскохозяйственные машины. - Сб. статей. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1973.

27. Полушкин O.A. Общее уравнение анализа функциональных погрешностей роторов сельхозмашин. Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Сб. ст. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1980.

28. Полушкин O.A. Статистический анализ неуравновешенности роторов. /РИСХМ, Ростов н/Д, 1980-Деп. в ЦНИИТЭ Итракторосельхозмаш 11.06.80, № 166.

29. Полушкин O.A. Научные основы нормирования точности исполнения агрегатов сельхозмашин на базе моделирования их динамики и процесссов функционирования. Дисс.д-ра техн. наук. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1983.

30. Полушкин O.A. Алгоритм статистического анализа неуравновешенности сборных конструкций жестких роторов на ЭЦВМ /РИСХМ, Ростов н/Д, 1988. Деп. во ВНИИТЭИагропром 25.04.88, № 285.

31. Полушкин O.A., Декамили J1.E. Определение характеристик неуравновешенности жесткого ротора на машине.-Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб.науч.тр- Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1989.

32. Полушкин O.A., Фокин В.А., Каныгин Г.И. Классификация роторов кормо- и зерноуборочных комбайнов как объектов балансировки. Динамика, прочность и надежность сельскохозяйственных машин. Межвуз. сб. науч. тр. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1996.

33. Полушкин O.A., Полушкин О.О. Механика квазигибкой роторной системы.-Вестник Донского государственного технического университета. Серия «Вопросы машиноведения и конструирования машин». -Ростов н/Д, 1999.

34. Полушкин O.A., Каныгин Г.И., Василенко A.C. Математическая модель точности автоматизированной обработки изделия.-Вестник-Донского государственного технического университета. Том 1, №1(7), 2001.

35. Полушкин O.A., Бугаевский М.А. Обоснование настроечных параметров процесса автоматизированной размерной обработки изделия /ДГТУ, Ростов н/Д, 2005. Деп. в ВИНИТИ/01.07.2005, № 941 -В2005.

36. Бугаевский М.А., Полушкин О.О. Специфика ротационных агрегатов сельхозмашин и задачи их исследования как объектов управления качеством / ДГТУ, Ростов н/Д, 2005. Деп. в ВИНИТИ/01.07.2005, № 942 -В2005.

37. Сергеев В.И. К расчету точности приборов на стадиях их проектирования. /Труды института машиноведения. Семинар по точности в машиностроении и приборостроении. М.: Изд-во АН СССР, вып.10,1957.

38. Сергеев В.И. О влиянии производственных погрешностей на точность линейных динамических систем.-К кн.: Вопросы точности и надежности в машиностроении. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

39. Сергеев В.И. Корреляционные методы расчета точности механических цепей.-В кн.: О точности и надежности в автоматизированном производстве. -М.: Наука, 1965.

40. Соколовский А.П. Курс технологии машиностроения.-Л.:Машгиз, 4.1, 1947; ч.2,1949.

41. Справочник машиностроителя. В 6-и т. Т.5, кн.И-М.: Машиностроение, 1964.

42. Справочник по балансировке. -М.: Машиностроение, 1992.

43. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 4-х т.- М.: Машиностроение, т. 1-1967; т.2-1967; т.3-1969; т.4-1969.

44. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. А.Н.Гаврилова. -М.: Машиностроение, 1973.

45. Фридлендер И.Г. Критерии и методы оценки точности обработки деталей на станках-В кн.: Труды института машиноведения. Семинар по точности в машиностроении и приборостроении. М.: Изд-во АН СССР, вып.15,1961.