Адаптивное управление процессом сборки продольно-прессовых соединений

• Автор: Новиков, Алексей Федорович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 194 с. : ил

Содержание
Введение.

1 Современное состояние проблемы и постановка задачи исследования.

1.1 Технология процесса сборки продольнопрессовых соединений

1.1.1 Основы расчета прочности соединений с гарантированным натягом

1.1.2 Учет параметров состояния поверхностного слоя деталей при

сборке.

1.2 Анализ предъявляемых требований и оценка качества собираемых соединений.

1.3 Исследование факторов приводящих к отклонениям характеристик качества соединений.

1.4 Управляемость операцией сборки продольнопрессовых соединений

1.5 Постановка задачи исследования

2 Идентификация процесса сборки продольнопрессовых
соединений.
2.1 Мехатронный модуль и процесс запрессовки объект системы автоматического управления
2.1.1 Физическая модель сборочного процесса
2.2 Обоснование выбора источников информации и дополнительного управляющего воздействия
2.2.1 Выбор источников информации и дополнительного управляющего воздействия
2.2.2 Область реализации управления объектом системы автоматического управления.
2.3 Математическая модель объекта при наложении дополнительного управляющего воздействия
2.3.1 Синтез структурных схем и передаточных функций, описывающих объект управления.
2.3.2 Представление показателя качества соединений в виде изображающей траектории.
2.4 Нестационарностъ объекта управления, формулировка выявленных требований к характеристикам системы.
3 Разработка алгоритмов управления, структурнопараметрический синтез и анализ системы адаптивного управления.
3.1 Разработка алгоритма управления процессом сборки продольнопрессовых соединений
3.1.1 Способы формирования эталонной модели процесса
3.1.2 Аппроксимация изображающих траекторий.
3.1.3 Схемы алгоритмов управления процессом запрессовки.
3.2 Структурный синтез системы адаптивного управления
3.2.1 Функциональная структура системы управления.
3.2.2 Технологическое обоснование требований к каналам регулирования.
3.2.2.1 Контур положения
3.2.2.2 Контур силы.
3.2.2.3 Контур скорости
3.2.3 Структурная схема системы адаптивного управления.
3.3 Параметризация и анализ структурной схемы системы автоматического управления.
3.3.1 Параметрический синтез и анализ контуров исполнительного уровня системы.
3.3.2 Параметрический синтез контура адаптации сборочного процесса.
3.3.3 Анализ системы методом имитационного моделирования
4 Экспериментальное исследование эффективности управления процессом запрессовки
4.1 Цель и задачи эксперимента, требования к экспериментальной установке
4.2 Экспериментальный стенд для исследования процесса сборки продольнопрессовых соединений.
4.2.1 Описание конструктивных особенностей стенда
4.2.2 Программное обеспечение
4.3 Расчетноэкспериментальное исследование области управления и характеристик объекта регулирования
4.3.1 Методика проведения исследований и планирование эксперимента.
4.3.2 Реализация плана эксперимента
4.3.3 Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов исследований.
4.4 Адаптивное управление процессом запрессовки, экспериментальное доказательство повышения качества собираемых соединений.
5 Рекомендации к инженерной методике синтеза систем автоматического управления процессом запрессовки и перспективы их развития.
5.1 Выбор элементов и особенности синтеза системы
5.2 Перспективы развития систем
Заключение.
Библиографический список.
Приложение 1.1.
Приложение 2.1.
Приложение 2.2.
Приложение 3.1.
Приложение 3.2.
Приложение 3.3.
Приложение 3.5.
V Приложение 3.
Приложение 4.1.
Введение
Себестоимость современной машиностроительной продукции в значительной степени зависит от трудоемкости сборочных работ. Рациональная технология сборки изделий машиностроения имеет в ряде случаев решающее значение для обеспечения их надежности и долговечности 1. Существенное сокращение общих трудозатрат, в последнее время, осуществляют путем замены нетехнологичных шлицевых и шпоночных соединений на технологичные посадки с натягом 2.
В то же время, важнейшей проблемой машиностроения и промышленного производства в целом на современном этапе является повышение качества выпускаемой продукции. Так как абсолютно очевидно, что без надлежащего качества продукция не может выполнять свое назначение, и затраченные на ее изготовление труд, энергия и сырье расходуются бесполезно 3.
Кроме того, на сегодняшний день, сборочное производство менее всего автоматизировано, поэтому предлагаемая работа посвящена повышению уровня автоматизации и качества операций сборки продольнопрессовых соединений.
Внедрение во все отрасли хозяйства прогрессивных технологических процессов, совершенствование систем управления, обеспечивающих экономию всех видов ресурсов при высоком качестве продукции является актуальной проблемой современного этапа развития автоматизации и управления технологическими процессами в промышленности.
В технологии программноуправляемой сборки одним из путей решения задачи обеспечения качества выполняемых соединений, производительности и сокращения затрат является автоматическое управление движением исполнительных органов оборудования в каждой реализации операций. Применительно к операциям сборки продольнопрессовых соединений,
например на электромеханических прессах, необходимо алгоритмическое обеспечение управления движением их исполнительного органа пуансона.
Протекание процесса сборки, а, следовательно, и качество собранного изделия, зависит от многих факторов натяга в соединениях, физикомеханических свойств материалов, параметров состояния контактирующих поверхностей, скорости выполнения операции, точности относительного положения деталей в сборке и многих других 1,2,. Влияние многих из перечисленных выше факторов в настоящий момент не поддается точному аналитическому описанию. Исходя из этого, детерминировать процесс сборки продольнопрессовых соединений так, чтобы все факторы в любой момент времени были бы заранее учтены, невозможно.
Эффективным средством решения задач управления в условиях неопределенности и нестационарности параметров управляемого процесса является применение адаптивного подхода, состоящего в направленном изменении адаптации закона управления в ходе наблюдения за управляемым процессом .
Таким образом, рост требований к качеству продольнопрессовых соединений, отсутствие полной априорной информации об объекте управления, а как следствие необходимость применения нетрадиционных принципов регулирования приводит к постановки и решению задач управления, значительно отличающих от известных и требующих разработки алгоритмов и систем, обеспечивающих повышение качественных показателей сборочных изделий в промышленности.
Актуальность


Сборочный процесс, являясь завершающим этапом изготовления продукции, во многом определяет возможность получения требуемых показателей качества собираемого изделия. Общепринятыми методами решения задач управления такими процессами, было повышение качественных показателей самих систем автоматического управления, путем изменения их структур или параметров, входящих в них регуляторов, не воздействуя на объект управления. Однако, как отмечено в 1 многие погрешности сборки можно избежать, если при разработке процесса будет учитываться возможность их появления. Поэтому для решения задач достижения высокой точности при заданной производительности и затратах труда, в условиях, когда отклонения значений показателей от требуемых происходят под совокупным влиянием случайных факторов, наиболее эффективным является автоматическое управление ходом технологического процесса. Впервые эту идею высказал Гусев , однако до сих пор не были реализованы алгоритмы управления и системы, обеспечивающие внедрение е в промышленности. Проблеме качества и управления технологическими процессами в машиностроении посвящены также работы Балакшина Б. С., Новикова М. П., Базрова Б. М., Дальского А. М., Колесова И. М., Соломенцева Ю. М., Суслова А. Г., Гречищева Е. С., Лысова В, Николаева В. А. и ряда других. Сборка продольнопрессовых соединений является наиболее распространенным технологическим процессом получения неподвижных неразъемных соединений в машиностроении 1, . Получение контактных напряжений на сопрягаемых поверхностях соединения с гарантированным натягом, чем достигается относительная неподвижность деталей, обеспечивается при продольном прессовании приложением осевой силы Т7 рис. Рисунок 1. Таким образом, способность прессовых соединений выдерживать значительные нагрузки зависит от натяга 1,, расчетную величину которого определяют в процессе конструирования узла при расчете посадок. В настоящее время для повышения долговечности и надежности соединений расчет посадок ведут по наибольшему допустимому натягу, принимая во внимание условия прочности деталей 1,. Вследствие натяга на поверхности контакта возникает удельное давление р рис. В работе Новикова М. П. 1, возникновение того или иного характера деформаций определены условиями, приведенными в табл. Таблица 1. Т,
т

1

Примечание О наружный диаметр охватывающей детали рис. Т, епт пределы текучести материала охватываемой и охватывающей деталей. Из табл. Фактический или номинальный натяг Ас при прессовой посадке чаще всего 1,,,, определяют как разность наружного диаметра охватываемой 1 и внутреннего диаметра охватывающей 2 деталей см. Однако экспериментальные исследования см. Вследствие этого, в 1, учет микрогеометрии при расчете натяга рекомендуют вести исходя из величин параметров шероховатости поверхности согласно ГОСТ , т. Л2 Лг2, 1. Яги Яг2 высоты микронеровностей профиля шероховатости поверхности деталей 1 и 2 по точкам. Несущую способность прочность соединений с гарантированным натягом при продольнопрессовой сборке, в настоящее время, оценивают по наибольшей силе запрессовки необходимой для выполнения операции и ориентировочно определяют по формуле 1, 8, и др. Огб2 . Пуассона 1 и 2 деталей. При изготовлении втулки и вала из одного материала
где Е модуль упругости материала. Анализ работ выполненных в области внешнего сухого трения и износа , , , расчеты по эмпирическим формулам Вихерта, Франка и Флишера показывают, что коэффициент трения3 существенно зависит от величины контактного давления р и скорости скольжения у. Необходимо отметить, что величина1 при запрессовке, которая, согласно формуле 1. Т7, меняется в широких пределах и согласно 1, 8 для, к примеру, стальных сопрягаемых поверхностей находится в пределах,4. Такой значительный разброс коэффициентов трения авторы 1,8 объясняют зависимостью последнего от материалов сопрягаемых деталей, физикомеханического состояния поверхностей, скорости выполнения операции, удельного давления на контактной поверхности и многих факторов, вытекающих из молекулярномеханической теории трения , , .