авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального ...»

-- [ Страница 6 ] --

t Y (t ) = c{i ), DY (t ) = Y t.

i = D4. Нелинейная модель накопления износа:

Y (t ) = (t ). (7) где (t) – неслучайная неубывающая функция, т.е (t1)(t2), если t1t2, (0)=0.

В качестве (t) может быть использован полином третьей степени, то есть (t ) = a1 t + a2 t 2 + a3 t 3. (8) Коэффициенты а1, а2, а3 оцениваются из опыта, например, методом наименьших квадратов по трем или большем числе замеров износа резца при различных значениях t. Дисперсия износа растет пропорционально на работке t, то есть Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. Y (t ) = b1 t. (9) D5. Нелинейная модель износа, в которой среднее значение:

Y (t ) = (t ), (10) а дисперсия Y (t ) зависит от t, например Y (t ) = b0 + b1 t + b2 t 2, (11) где коэффициенты b0, b1, b2 определяются из опыта аналогично а1, а2, а3.

D6. Нелинейная модель износа со случайным коэффициентом С1:

Y (t ) = C1 (t ), (12) где С1 – случайный коэффициент, изменяющийся при замене резца и зави сящий от разброса стойкости резцов.

D7. Нелинейная модель износа со случайными коэффициентами С и С2:

Y (t ) = C1 (C 2 t ), (13) где С1, С2 – случайные коэффициенты, изменяющиеся при замене резца и зависящие от разброса стойкости резцов.

По варианту расчета и оптимизации параметров контрольных карт (признак E) возможны варианты:

E0. Параметры контрольной карты, рассчитанные по априорной информации (по предварительно собранной статистике) и в дальнейшем не изменяются.

E1. Внецикловая адаптация. Параметры контрольной карты не из меняются в течение цикла подналадки и уточняются после каждого цикла для следующего цикла. При этом учитывается статистика размеров дета лей и износов резца за текущий и прошлые циклы.

E2. Внутрицикловая адаптация I. Размер текущей коррекции опре деляется по результатам контроля размеров деталей перед коррекцией.

E3. Внутрицикловая адаптация II. Размер следующей подпартии рассчитывается исходя из предыдущих измерений размеров деталей теку щего цикла.

E4. Внутрицикловая адаптация III. Величина корреции и размер следующей подпартии рассчитывается исходя из измерений износа резца в текущем цикле.

Приведем примеры обозначения вариантов контрольных карт в со ответствии с проведенной классификацией.

Карта с обозначением {A0B0С0D0E0} выполняется без коррекции размерной настройки в цикле подналадки (А0), контроль деталей в середи не цикла не проводится (B0), износ резца не контролируется (С0), износ резца растет линейно с постоянной интенсивностью износа c (D0), пара метры контрольной карты рассчитаны заранее и не изменяются в процессе работы и подналадки (E0).

В этом случае Машиностроение и машиноведение Y (t ) = c t, X (t ) = X 0 + Y (t ) +, (14) где X0 – уровень начальной настройки, мм, – случайная компонента раз мера, зависящая от колебаний припуска на обработку, колебаний твердо сти заготовки, погрешности базирования, погрешности измерения, случай ности процесса износа резца и прочих факторов, мм.

Оптимизации подлежит уровень начальной настройки X0 и плано вая наработка до замены резца tp.

В карте с обозначением {A3B3С0D0E0} коррекция размерной на стройки проводится периодически, например, после обработки m деталей, то есть j-тая коррекция проводится после обработки m·j деталей. Величи на коррекций hj зависит от j (A3). Перед коррекцией контролируется только последняя деталь (B3). Контроль износа резца не проводится. Замена резца проводится после плановой наработки tp или по отказу (С0). Износ резца растет линейно (D0). Параметры контрольной карты рассчитываются с ис пользованием предварительно собранной статистики (E0).

В этом случае оптимизации подлежат: уровень начальной настрой ки X0 период между коррекциями m, величина коррекции hj;

плановая на работка за цикл подналадки tp:

Y (t ) = c t, X (t ) = X (t j + i ) = X (t j ) h j + c i +, t j = m j, (15) где i – номер обработанной детали после j-й до (j+1)-й коррекции.

Число коррекций за цикл равно или меньше:

k = int(t p / m), где int (…) – целая часть от выражения в скобках. Число коррекций меньше k, если преждевременно произойдет отказ резца.

В карте с обозначением {A1B3С1D6E2}: число коррекций в цикле фиксировано (A1);

перед коррекцией контролируется последняя деталь (B3);

износ резца не контролируется и резец заменяется по суммарной кор рекции, если она достигает нормативного износа L (C1);

износ изменяется по закону: Y(t)=c·(t) (D6);

в адаптивном режиме оптимизируются наработ ки между коррекциями mj (E2.).

В этом случае X (t ) = X (t j + i ) = X (t j ) h j + C [(t ) (t j i )] +, (16) Число коррекций за цикл равно или больше:

k = int( L ( X + X 0 )), (17) Величина коррекции hj в этом случае постоянна и равна h. Во избе жание брака на величину коррекции должно быть наложено ограничение, то есть h X + X0.

Период до j-й коррекции mj=tj-tj-1. Моменты коррекции определя Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. ются в результате решения следующих уравнений относительно tj:

c (t j ) = j h, j = 1,..., k, (18) где с определяется через значения С в предыдущих циклах.

Значение коэффициента разброса стойкости С оценивается методом наименьших квадратов из статистики размеров деталей X(tj), j=1,..,k, если в качестве оценки величины износа Y(tj) брать j·h+X(tj)–X0, то дисперсия D(c):

1k k D(c) = [Y (t j ) C (t j )] = [ j h + X (t j ) X 0 C (t j )]2, (19) k j =1 k j = Минимум (19) достигается при k k C = [(t j ) ( j h + X (t j ) X 0 )] / 2 (t j ), j =1 j = Карта с обозначением {A2B4C1D4E1,2} предполагает, что число кор рекций в цикле не фиксируется. Потребность в коррекции определяется исходя из размеров деталей после обработки подпартии (A7). При этом контролируется размер последних n деталей в подпартии (B4). Если сред ний размер выборки Xn больше сигнальной границы X2, то проводится кор рекция. Величина коррекции рассчитывается, например, по формуле hj = Xn X0, Резец заменяется, если после обработки j-ой подпартии Sh+hjL. В противном случае проводится коррекция и обрабатывается ещё подпартия из m деталей и так далее.

Износ резца Y(t) как случайная величина имеет асимптотически нормальное распределение с плотностью ( y (t )) ft ( y) =exp[ ], 2b1t 2b1t где среднее значение износа и дисперсия определяется по формулам (7 - 9).

Параметры контрольной карты X0, X2, m, n оптимизируются в ре жиме внецикловой адаптации (E1), а величина коррекции и необходимость коррекции определяются внутри цикла по результатам контроля размеров деталей после каждой подпартии (E2).

Воспользуемся приведенной классификацией для упорядочения ра нее полученных результатов путем введения соответствующих обозначе ний. В работе [5] по терминологии данной статьи рассмотрена карта с обо значением {A0B0C0D1E0}. В работе [3] кроме предыдущей карты и ее вари антов рассмотрена карта с обозначением {A0B0C4D1E0}. В работе [6] допол нтельно рассматрена карта с обозначением {A0B0C5D1E0}. Работы [7,8] от носятся к контрольной карте с обозначением {A0B0C2D1E1}. В работе [9] рассмотрена математическая модель контрольной карты с обозначением {A0B4C1D2E0}.

Машиностроение и машиноведение Предлагаемая классификация и обозначение контрольных карт для станков с ЧПУ, по мнению авторов, позволяет не только упорядочить из вестные результаты, но и дает направление для разработки других вариан тов контрольных карт, возможно более эффективных.

Список литературы 1. ГОСТ Р 50779.42-98 (ИСО8258-91). Статистические методы.

Контрольные карты Шухарта.

2. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.:

Машиностроение, 1966. 264 с.

3. Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Надежность станков и станочных систем. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. 182 с.

4. Гумбэль Э. Статистика экстремальных значений. M.: Мир, 1965.

450 c.

5. Пасько Н.И. Расчет периода планово-предупредительной замены инструмента // Станки и инструмент. № 1. 1976. С.24-26.

6. Пасько Н.И., Анцева Н.В. Оптимизация режима профилактиче ского восстановления основного технологического оборудования машино строительного предприятия // СТИН. 2008. №4. С. 2.

7. Пасько Н.И., Шилов П.В. Адаптивная непараметрическая опти мизация плановой наработки инструмента при планово предупредительной системе замены. // Известия ТулГУ. Технические нау ки. Вып. 3, 2011. С. 283-287.

8. Пасько Н.И., Шилов П.В. Адаптивная оптимизация плановой на работки инструмента при планово-предупредительной замене // СТИН.

№ 9. 2012. С. 13-16.

9. Пасько Н.И., Картавцев И.С. Математическая модель контроля размерной настройки станка с ЧПУ по методу контрольной карты // Извес тия ТулГУ. Технические науки. Вып. №2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012.

С. 292 – 301.

Пасько Николай Иванович, д-р техн. наук, проф., pasko37@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Картавцев И.С., аспирант, Россия, Тула, Тульский ivan_2la@mail.ru, государственный университет CONTROL CHARTS FOR NC MACHINE TOOLS.

N.I. Pasko, I.S. Kartavtsev Some peculiarities of applying the control chart-based (CC) approach to in-process control and corrective adjustment for NC machine tools, namely, the cutter wear variation model, the CC parameters adaptation strategy, etc. have been considered. A CC classification with five identifying features has been covered.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. Key words: control chart, NC machine tool, classification, corrective adjustment.

Pasko Nikolay Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, pasko37@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University, Kartavtsev I.S., postgraduate, ivan_2la@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University УДК 629. ПОГРЕШНОСТИ НАВЕДЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ С УВЕЛИЧЕННЫМИ УГЛАМИ НАВЕДЕНИЯ В.С. Захариков Рассмотрена система стабилизации и наведения, обеспечивающая расширен ный диапазон углов горизонтального и вертикального наведения. В результате моде лирования работы системы определены погрешности системы стабилизации и наве дения линии визирования, установленной на борту беспилотного летательного аппа рата.

Ключевые слова: система стабилизации;

погрешности наведения;

углы наве дения.

В настоящее время при поиске и сопровождении различных целей широкое применение получили беспилотные летательные аппараты (БПЛА). БПЛА характеризуются малыми габаритами и массой, и, как следствие, высокой маневренностью. Для максимального использования разрешающей способности оптико-электронных систем БПЛА применяют ся системы стабилизации и наведения линии визирования (ССиН ЛВ) [8].

Малые габариты БПЛА требуют применения легких и малогабаритных ССиН ЛВ. Высокая маневренность носителя и отслеживаемых целей тре буют увеличения углов наведения ССиН ЛВ.

Обзор работ [1], посвященных ССиН, показал, что практически все существующие в настоящее время ССиН ЛВ построены на основе двухос ного карданова подвеса. Недостатком такого исполнения является то, что при угле вертикального наведения близком к 90 проявляется эффект «складывания рамок», и, как следствие, не обеспечивается стабилизация и слежение за целью [2-6].

Ввиду отмеченного недостатка, в работе [7] предложена кинемати ческая схема ССиН ЛВ (рис.1), обеспечивающая углы наведения по высоте Машиностроение и машиноведение ±123, по азимуту ±180.

Анализ кинематических уравнений связей (1), рассматриваемой ССиН показал, что для обеспечения устойчивого движения при любых уг лах горизонтального и вертикального наведения необходимо выполнение дополнительного кинематического соотношения:

y 3опт 2 з + ( x 0 cos y z 0 sin y ) sin z & y = y0 ;

& cos z z 3опт y sin 2 з sin z & z = x 0 (tg 2 з cos y cos z + & (1) cos 2 з + sin y ) y 0 tg 2 з sin z z 0 (cos y tg 2 з sin y cos z ).

где z – угол поворота внутренней рамки;

з – угол поворота зеркала (рад);

y – угол поворота наружной рамки, рад;

проекции векторов угло вой скорости на связанные с ними оси xi, yi, zi (при этом i=0 - для основания;

i=1 - для наружной рамки;

i = 2 - для внутренней рамки;

i=3 – для зеркала), рад/с;

лy, лz - проекции угловой скорости цели на оси системы координат, связанной с направлением на цель, рад/с;

з, y, & & z - относительные угловые скорости подвижного зеркала, внутренней & рамки и наружной рамки, соответственно, рад/с.

Из первого уравнения выражения (1) следует, что для того, чтобы при z 90° угловая скорость y не стремилась к бесконечности, необ & ходимо выполнение условия 2 з = y 3опт + ( x 0 cos y z 0 sin y ) sin z.

& (2) Таким образом, движение ЛВ по двум осям при больших углах вертикаль ного наведения обеспечивается дополнительной осью вращения.

При постоянном выполнении условия (2) угол з может неограни ченно нарастать (например, при наличии постоянной угловой скорости на ведения по азимуту y 3опт ). Из второго уравнения системы (1) видно, что угол поворота з подвижного зеркала 19 ограничен и не должен выходить за пределы ± (40...42)°. Кроме того, угол з ограничен конструкцией ССиН. Поэтому управление необходимо строить таким образом, чтобы ус ловие (2) выполнялось только при z 90°, т.е. при угле, при котором оси вращения наружной рамки и зеркала совпадают.

При z 0 угол з должен стремиться к нулю (в принятой систе ме координат). С учетом данных требований изменим условие (2) и потре буем выполнения следующего кинематического соотношения:

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. [ y 3опт + ( x 0 cos y z 0 sin y ) sin z ]sin 2 z k з cos 2 z з = &, где k 0 - коэффициент, задающий отношение между максималь ным углом з и максимальной угловой скоростью y ;

коэффициент & k з cos 2 z определяет «жесткость» электрической пружины на оси вра щения зеркала 19, которая образуется двигателем 2, коэффициентом об ратной связи k з cos 2 z и ДУ 21 (рис.1).

Для того, чтобы движение ССиН ЛВ соответствовало кинематиче ским уравнениям связей (1) и (3), необходимо сформировать соответст вующие управляющие воздействия для исполнительных двигателей ССиН ЛВ:

U з = K з ( dt )sin z K лy sin z + k з cos z, 2 2 & y U y = K y ( dt )cos z K [ лy y 0 ] K 22 з cos z, & y U y sin 2 з sin z K лz U z = K z, z cos 2 з cos 2 з (3) где и являются погрешностями наведения ССиН по каналам азимута и угла места, соответственно;

U з, U y, U z (В) – задающие воздействия для соответствующих двигателей;

K з, K y, K z – коэффициенты передачи кон туров обратной связи соответствующих двигателей по сигналу ошибки стабилизации, В с рад ;

k – коэффициент, задающий отношение между максимальным углом з и максимальной угловой скоростью y, В & ;

рад K y, K – коэффициенты передачи по внешним сигналам управления, z пропорциональным соответствующим угловым скоростям наведения.

В соответствии с описанным в работе [2] принципом работы ССиН и представленными выше уравнениями построена функциональная схема ССиН (рис. 2).

Как известно, точность стабилизации и наведения во многом зави сит от выбора ДУС. При построении малогабаритной ССиН ЛВ важными параметрами являются масса и габариты самого ДУС и точность измере ний скоростей. Поэтому при исследовании системы учтены математиче ские модели волоконно-оптического (ВОГ, ВГ941AS фирмы «Физоптика», масса 25 г, габариты 24х50 мм) и микромеханического гироскопов (ММГ, ADXRS620 фирмы Analog Devices, масса меньше 0,5 г).

Для оценки погрешностей стабилизации и наведения в программе Matlab проведено моделирование работы системы. Моделирование прове Машиностроение и машиноведение дено при параметрах качки основания, приведенных в табл.1 [8].

Таблица Параметры качки основания ССиН ЛВ, установленной на борту БПЛА Ось системы координат Параметр Х 0 Y0 Z Амплитуда угловой скорости качки основания, a, рад/c 1 0,9 0, i Частота качки основания i 0, Гц 1 0,5 1, Рис. 1. Принципиальная кинематическая схема ССиН: 1, 5, 11 – блоки управления исполнительными двигателями;

2, 8, 14 - исполнительные двигатели;

3 - внутренняя рамка;

4, 13, 18, 20 - датчики угловой скорости (ДУС);

6 - блок вычисления погрешностей стабилизации линии визирования: – погрешность по азимуту;

– погрешность по углу места;

7, 21 - датчики угла;

9 – наружная рамка;

10 – основание;

12 – фотоприемное устройство с объективом;

15, 16, 17 – зеркала, жестко связанные с наружной рамкой;

19 – подвижное зеркало;

OX 0Y0 Z 0 - система координат, связанная с подвижным основанием Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. Рис. 2. Функциональная схема работы ССиН ЛВ Результаты моделирования погрешностей наведения приведены в табл. 2.

Таблица Погрешности ССиН ЛВ, установленной на борту БПЛА Погрешности стабилизации, угл.с идеальный ДУС ВОГ ММГ Режим Стабилизации 4,8 3 14,5 11 17 Наведения при постоянной скорости 5,2 4,2 16 70 16 слежения за целью Наведение при переменной скорости 5 4 13 22 14 слежения за целью Полученные значения погрешностей стабилизации и наведения яв ляются амплитудными и получены без учета моментов сил сухого трения, дополнительных возмущений, влияющих на измерение угловых скоростей.

Из результатов моделирования видно, что использование ММГ в рассмат риваемой ССиН позволяет достичь точности стабилизации и наведения приемлемой для БПЛА.

Список литературы 1. Захариков В.С., Смирнов В.А. Системы стабилизации и наведе ния линии визирования, выпускаемые отечественной и зарубежной про Машиностроение и машиноведение мышленностью // Известия ТулГУ. Технические науки, Тула, 2011.

С.80-86.

2. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н. Еськов [и др.]. Л.: Машиностроение, 1988. 240 с.

3. Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов. Л.: Машино строение, 1975. 190 с.

4. Боднер В.А., Козлов М.С. Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты М.: Оборонгиз, 1961. 508 с.

5. Пельпор Д.С. Гироскопические системы. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1971. 567 с.

6. Рахтеенко Е.Р. Гироскопические системы ориентации. М.: Ма шиностроение, 1989. 227 с.

7. Смирнов В.А., Захариков В.С., Савельев В.В. Система стабилиза ции и наведения линии визирования с увеличенными углами обзора // Ги роскопия и навигация. № 4. 2011. С. 4-11.

8. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 615 с.

9. Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов. Л.: Машино строение, 1975. 190 с.

Захариков Вячеслав Сергеевич, аспирант, zaharikovvs@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет POINTING ERRORS SMALL-SIZED SYSTEM STABILIZATION WITH INCREASING ANGLE OF GUIDANCE V.S. Zaharikov System stabilization and guidance providing extended range of horizon and vertical angles guidance was considered in this article. Errors of system stabilization and guidance of line of sight installing on board unmanned aerial vehicles was considered as a result mod eling work system.

Key words: system stabilization, pointing errors, pointing angle.

Zaharikov Vyacheslav Sergeevich, postgraduate, Russian Federation, Tula, Tula State University Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. УДК 622.23.054.2:622.271. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ГИДРОМОНИТОРНОЙ БУРИЛЬНОЙ ГОЛОВКИ В.В. Колесников, А.В. Лежебоков, А.Е. Пушкарев Предлагается использовать встроенный генератор гидродинамических коле баний на основе эффекта Польмана-Яновского и явление кавитации для создания в ра боте инструмента машины горизонтального бурения продольно вибрационного уско рения, что повысит эффективность работы. Рассматриваются конструкции рабочих наконечников. Описана гидромониторная бурильная головка с встроенным генерато ром гидродинамических колебани.

Ключевые слова: гидромониторная бурильная головка, рабочий инструмент машин ГНБ, динамические колебания.

На сегодняшний день рост городов и совершенствование их инфра структуры, ведет к повышению количества подземных инженерных ком муникаций. Прокладка коммуникаций открытым способом сложно выпол нима или практически не выполним, под архитектурными памятниками, жилыми зданиями, магистралями дорог. В этих случаях пользуются спосо бом бестраншейной прокладки, при помощи техники горизонтально на правленного бурения (далее по тексту ГНБ). Тем самым обуславливая уве личение потребности в техники ГНБ [1].

Основной спектр инструмента применяемый, для работ машин ГНБ направлен на породы малой и средней крепости. Одним из путей повыше ния эффективности работы машин ГНБ по крепким породам, является со вершенствование конструкций рабочих наконечников, за счет применения энергии струй рабочих растворов и вибрации.

Для этого Ермолиным Д.А. и Зайнашевым М.М. разработана гид ромониторная бурильная головка (рис.1) [2] для горизонтально направленного бурения пилотной скважины с помощью струи жидкости или газа, применяемым при бестраншейном сооружении трубопроводов в грунте.

Техническая идея данного устройства, заключается в обеспечении условий для контролируемого отклоняющего воздействия на буровой сна ряд в породах с гравийно-валунно-галечниковыми отложениями и повы шении надежности опережающего направленного гидромониторного воз действия.

Для этого гидромониторная бурильная головка, содержащая дву скатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим вы ступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым кон туром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным ско Машиностроение и машиноведение сом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла, за счет того, что скаты фрон тальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопря жении скатов расположены на скосе направляющей части, при этом лобо вой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направле нию скоса направляющей части, по меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло рас положено на калибрующей части с ориентацией по продольному направ лению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности, а также за счет того, что устройство снабжено породоразру шающим зубом, расположенным на сопряжении скатов и поверхности ка либрующей части, и двумя дополнительными породоразрушающими вы ступами, при этом упомянутые выступы расположены на центрально симметричных оси бурильных труб сегментах краевых участков скатов.

Рис. 1. Гидромониторная бурильная головка: 1 - калибрующая часть;

2 - направляющей часть;

3 - асимметричный скос;

3 – резьба;

4 - колонна бурильной трубы;

5 – ввод, 6 - гидромониторное сопло, 7 - породоразрушающий зуб Гидромониторная бурильная головка (рис.2) [3], разработанная Рольфом Д., используется в устройствах для бурения подземных тоннелей.

Состоит гидромониторная бурильная головка из корпуса, связанного с бу рильной установкой, с возможностью вращения вокруг центральной оси головки.

Корпус имеет осевой канал, проходящий вдоль центральной оси, с направляющей поверхностью на боковой стороне корпуса, скошенной в направлении переднего конца головки и сообщенный с направленным впе ред соплом, выпускное отверстие которого расположено вне центральной оси, и с направленным назад дополнительным соплом, установленным на уровне задней концевой части направляющей поверхности. Впускное от верстие дополнительного сопла расположено снаружи направляющей по Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. верхности для образования за соплом свободного пространства и измене ния направления движения бурильной головки. Данная головка может иметь несколько вариантов исполнения: передних сопел может быть не сколько, они могут быть расположены симметрично под углом 45o относи тельно одного из них, дополнительных сопел также может быть несколько.

Дополнительное сопло может быть направлено под углом 15o относитель но центральной оси головки, а передние сопла - под углом 10o - 15o. Впу скные отверстия передних сопел могут быть расположены вне централь ной оси параллельно ей, а ось канала одного из них может лежать в общей плоскости с центральной осью.

Техническая идея гидромониторной бурильной головки состоит в повышении ее эффективности, благодаря которой обеспечивается облегче ние маневрирования бура при изменении направления бурения, что увели чивает возможность управления буром.

Для достижения этой технического идеи, гидромониторная буриль ная головка снабжена установленным в корпусе на уровне задней концевой части направляющей поверхности направленным назад дополнительным соплом, канал которого сообщен с осевым каналом, а выпускное отверстие расположено снаружи направляющей поверхности для образования за со плом свободного пространства и изменения направления движения бу рильной головки.

Рис. 2. Гидромониторная бурильная головка: 1 - бурильная головка, 2 - сопло направленное, 3 - шпонка, 4 - канал, 5 - управляющая поверхность, 6 – резьба, 7 - отверстие, 8 - передняя поверхность, 9 - канал, 10 - насадка, 11 - канал, 12 - насадка, 13 – выемка Институтом техники, технологии и управления СГТУ было разра ботано устройство, предназначенная для бестраншейной прокладки трубо проводов методом прокола (рис.3) [4], которое может найти применение для устройства скрытых переходов при строительстве трубопроводов, под земных кабельных линий связи и электропередач. Устройство содержит полый рабочий наконечник конической формы, соединенный через шар Машиностроение и машиноведение нир, установленный на опорах вращения, со стержнем, вибратор круговых колебаний в виде катка, опирающегося на внутреннюю поверхность поло го рабочего наконечника, привод вибратора, установленный в проклады ваемом трубопроводе и соединенный со стержнем, и подающий механизм.

Стержень смонтирован на опорах вращения на фланце, закрепленном на переднем по направлению прокола конце прокладываемого трубопровода.

Наконечник соединен водилом со стержнем.

Для достижения поставленной цели шарнир на стержне и стержень на фланце установлены на опорах вращения, а стержень соединен с приво дом вибратора и водилом катка.

Рис. 3. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов методом прокола: 1- трубопровод, 2 - фланец, 3 – опора, 4 - стержень, 5 - опора вращения, 6 - шаровая опора, 7 - рабочий наконечник, 8 - лидер, 9 - каток, 10 - водило, 11 - муфта, 12 - электродвигатель, 13 - уплотнение, 14 – кабель Для осуществления прокола включаются тяговая лебедка и элек тродвигатель привода вибратора, который через муфту приводит во вра щение стержень, а вместе с ним водило с катком, который перекатывается по внутренней поверхности полого рабочего наконечника. Под действием возмущающей силы катка рабочий наконечник совершает круговые коле бания с частотой, равной частоте вращения стержня, перпендикулярные направлению проходки. Центр колебаний рабочего наконечника, т.е. точка, в которой амплитуда колебаний равна нулю, совпадает с опорным шарни ром. С удалением от нее амплитуда возрастает и достигает максимума на его цилиндрической части. Рабочий наконечник обкатывается по поверх ности скважины и вызывает колебания грунта в радиальном направлении, что способствует уменьшению сил трения и сцепления в нем и, как следст вие, уменьшению сопротивления и увеличению скорости прокладки тру Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. бопровода.

Кафедрой ГиСПС Тульского государственного университета пред ложена гидромониторная бурильная головка с встроенным генератором гидродинамических колебаний. Данное устройство относится к горному делу и строительству, в частности к оборудованию для бестраншейной прокладки труб под дорогами и другими инженерными сооружениями, и может быть использовано для прокладывания пилотной скважины, приме няясь как головная часть исполнительного органа установки ГНБ, совме стно с растворами, используемыми в работе при бестраншейной прокладке трубопровода.

Гидромониторная бурильная головка с встроенным генератором гидродинамических колебаний включает буровую головку с каналами и соплами, управляющую поверхность и переднею поверхность. Внутри корпуса наконечника находится диск с входными струеформирующими каналами, резонирующими элементами в виде пластин, консольно закреп ленных в диске с выходными отверстиями, фиксирующими винтами, об жимным кольцом, штифтами, крепящимися к хвостовой части, с внутрен ним каналом.

Технической задачей, которая может решена с помощью данного устройства, является повышение эффективности работы породоразру шающего инструмента в крепких породах.

Данная задача решается за счет того, что внутри гидромониторной бурильной головки находится генератор гидродинамических колебаний, каждая резонирующая пластина которого находится напротив соосного с ней струеформирующего канала. При набегании буровой жидкости проис ходит интенсивное воздействие на резонирующие элементы, появляются возмущения жидкости, пульсирующая кавитационная область, возбужде ние в резонирующих элементах изгибных колебаний, вибрации, передаю щиеся на бурильную головку. С целью повышения интенсивности колеба ний необходимо настроить частоту собственных колебаний резонирующих элементов на частоту собственных колебаний поступаемой жидкой среды для создания резонанса, реализуя эффект Польмана - Яновского [5].

Техническим результатом является повышение эффективности ра боты породоразрушающего инструмента для прокладки пилотной скважи ны, придание воздействию на массив динамического характера, кратко временных ударных импульсов, в частности продольновибрационных ус корений, возникающих в инструменте при колебаниях жидкости, и кавита ции, протекающей в буровом растворе, способных повысить его работо способность.

Был изготовлен экспериментальный образец гидромониторной бу рильной головки с встроенным генератором гидродинамических колеба Машиностроение и машиноведение ний на рис. 4, а показана головка в разобранном виде на рис. 4, б в собран ном виде.

Рис. 4. Экспериментальный образец гидромониторной бурильной головки Головка прошла испытания, которые подтвердили её работоспособ ность и эффективность. Так снижение нагрузки на инструменте составило около 30 % при достижении резонансного режима колебаний пластинча тых элементов и собственных колебаний поступаемой жидкой среды (про мывочной жидкости).

Список литературы 1. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий. Теория и практика. М.: Изд-во ПрессБюро, 2005. 304 с.

2. Пат. 2081988, РФ. Гидромониторная бурильная головка / Рольф Д. Заявл. 25.03.1991. Опубл. 20.06.1997.

3. Пат. 2330928, РФ. Гидромониторная бурильная головка / Ермо линым Д.А., Зайнашевым М.М Заявл. 17.01.2007. Опубл. 10.08.2008.

4. Пат. 2190728, РФ. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов методом прокола / Институт техники, технологии и управ ления СГТУ. Заявл. 05.03.2001. Опубл. 10.10.2002.

5. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.

М: ИИЛ, 1956. 726 с.

Колесников В.В., аспирант, duckrobot87@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Лежебоков А.В., канд. техн. наук, troagn@mail.ru, Россия, Тула, ЗАО Тульская инвестиционно-строительная компания, Пушкарев А.Е., д-р техн. наук, pushkarev-agn@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. EXPERIMENTAL STUDIES OF THE CHARACTERISTICS OF NOZZLES V.V. Kolesnikov, A.V. Legebokov, A.E. Pushkarev It is proposed to use the built-in generator hydrodynamic fluctuations on the basis of the effect Pollman-Yanovsky and the phenomenon of cavitation inception in the work of the machine tool horizontal drilling longitudinal vibration acceleration, thus increasing effi ciency. We consider the design of the tool tip. Described jetting drilling head with built-in generator hydrodynamic fluctuations.

Key words: jetting drill bit, working tool machines for HDD, dynamic fluctuations.

Kolesnikov V.V., postgraduate, duckrobot87@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University, Legebokov A.V., candidate of technical science, troagn@mail.ru, Russia, Tula, "Tula Investment and Construction Company", Pushkarev A.E., doctor of technical science, pushkarev-agn@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University УДК 622.23.054.2:622.271. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПОГРУЖНОЙ ВЫСОКОНАПОРНОЙ СТРУИ В.В. Колесников, А. М. Лебедев, А.В. Лежебоков, К.А. Головин, А.Е. Пушкарев Предлагается математическая модель формирования затопленной высокона порной жидкостной струи, основанная на второй теории турбулентности Прандтля.

Модель описывает структуру и характеристики струи с различными свойствами.

Ключевые слова: кавитация, струеформирующие насадки, динамические коле бания;

турбулентная вязкость.

Гидроструйные технологии находят все большее применение в раз личных производственных областях. При этом одним из сдерживающих факторов является необходимость научно обоснованного прогнозирования свойств струй, что позволит осуществлять проектирование гидроструйного инструмента для конкретных условий применения. В этой связи построе ние математических моделей, отражающих динамические процессы, про исходящие при формировании высоконапорной струи, с учетом возможно большего числа влияющих факторов, является актуальной задачей.

Для построения математической модели используем модель осе симметричной струи [1], основанную на второй теории турбулентности Машиностроение и машиноведение Прандтля. В этой теории коэффициент турбулентной вязкости принима ется постоянным по сечению струи.

В предлагаемой модели рассматривается погружение турбулентной струи в неподвижную сплошную среду ( ).

Безразмерные профили скорости в различных сечениях струи оди наковы:

и в силу подобия потоков в различных сечениях путь смешения l, выра женный в долях толщины струи b, в сходственных точках по сечению струи один и тот же:

при.

Следовательно, коэффициент турбулентной вязкости, (1) где – значения скорости потока по оси струи;

b – толщина зоны смеше ния (для основного участка осесимметричной турбулентной струи равна ее радиусу);

– эмпирическая постоянная теории.

Таким образом, коэффициент кинематической вязкости в попереч ном сечении струи имеет постоянное значение, изменяясь в зависимости от координаты х, отсчитываемой от полюса основного участка турбулентной струи.

Напряжение трения в рассматриваемой струе. (2) По данным экспериментов давление в струе практически неизменно [1]. Уравнение установившегося движения для двухмерного стационарного изобарического течения несжимаемой жидкости с учетом (2) принимает вид. (3) Здесь u и v – скорости продольного и поперечного движения жид кости в струе.

Уравнение (3) по своей структуре полностью совпадает с аналогич ным уравнением Навье-Стокса для установившегося ламинарного течения.

Для случая течения из осесимметричного турбулентного источника Толминым предложен другой вариант уравнения установившегося движе ния для стационарного изобарического течения несжимаемой жидкости [1]. Для вывода уравнения с помощью теоремы импульсов рассматривалась цилиндрическая, симметричную относительно оси струи поверхность радиуса Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. y. Через внутреннюю часть этой поверхности с площадью переносится ежесекундно количество движения, равное.

Внутри поверхности секундное количество движения изменяется на величину где – напряжение в результате чего возникает касательная сила турбулентного трения,. Баланс количества движения Разделив на, получим уравнение движения. (4) Закон изменения осевой скорости вдоль основного участка струи круглого сечения имеет вид (согласно условию сохранения суммарного количества движения вдоль оси струи) (5) Согласно теории Толмина слой смешения имеет конечную толщи ну, изменяющуюся на основном участке осесимметричной турбулентной струи по линейному закону. (6) После подстановки (5) и (6) в формулу (1) получим, что коэффици ент кинематической турбулентной вязкости для осесимметричной струи имеет постоянное значение:

Введем обозначение:

(7) Тогда выражение для кинематического коэффициента турбулентной вязкости принимает вид. (8) По экспериментальным данным вдоль любого прямолинейного лу ча, проведенного из полюса на основном участке турбулентной затоплен ной осесимметричной струи безразмерная скорость потока сохраняет по стоянную величину:

(9) Из равенства (9) следует, что закон изменения скоростей основного участка струи круглого сечения можно записать в виде (10) где – безразмерной ордината, (11) Машиностроение и машиноведение Из (10) следует зависимость для продольной скорости Компоненты скорости в осесимметричном потоке можно выразить посредством функции тока :

Отсюда Введем обозначение и, следуя задаче Толмина [1], получим (12) Подставляя (8) и (12) в (4), после преобразований получим уравне ние для определения функции :

(13) Граничные условия: на оси струи Откуда F ' ( m ) m = 1 или Уравнение (13) имеет решение.

Подставив значение F ( ) в равенства (12) с учетом (5), получим формулы для вычисления компонент скорости:

, (14). (15) Согласно опытными данными Рейхардта [3] осесимметричная струя ограничена значением безразмерной ординаты, где B = 2,5…3,0;

.

В соответствующей точке. (16) Приравняв (14) в (16), получим Откуда Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. Следовательно,.

Тогда yс = 8( 2 1) и yгр = b = Byc = B 8( 2 1).

x x и Соответствующая безразмерная ординат (17) Средняя продольная скорость в сечении, соответствующем рас стоянию х от полюса основного участка струи, = =.

С учетом зависимости (5) окончательно получим. (18) Согласно экспериментальным данным статическое давление в струе практически неизменно [1] и равно давлению окружающей среды. Следо вательно, полное давление струи при встрече с препятствием можно найти из уравнения Бернулли (при размывке "тупиковых" прорезей угол отраже ния струи близок к 180° [2], что соответствует модельной ситуации "мгно венной остановки струи"):

, где – плотность массы материала струи.

Отсюда давление разрушающей силы равно динамическому давле нию струи:

(19) Предложенная модель позволяет оценить структуру и свойства струи при её формирование в струеформирующем устройстве с известны ми характеристиками. Реализованный подход обладает новизной по срав нению с известными моделями, что расширяет возможности принятия обоснованных решений при создании инструмента для широкого спектра гидроструйных технологий.

Список литературы 1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. 715 с.


2. Бройд И.И. Струйная геотехнология. М: Изд-во Асоциации Машиностроение и машиноведение строительных вузов, 2004. 448.

3. Reihardt H., Gesetzmassigkeiten der freien Tubulenz. VDI – Forshug sheft, 1951. P. 414, Колесников В.В., аспирант, duckrobot87@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Лебедев А.М., д-р техн. наук, pushkarev-agn@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Лежебоков А.В., канд. техн. наук, troagn@mail.ru, Россия, Тула, ЗАО «Тульская инвестиционно-строительная компания», Головин К.А., д-р техн. наук, golovinka@inbox.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Пушкарев А.Е., д-р техн. наук, pushkarev-agn@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет MATHEMATICAL MODEL OF SUBMERSIBLE HIGH-PRESSURE JETS V.V. Kolesnikov, A.M. Lebedev, A.V. Legebokov, K.A. Golovin, A.E. Pushkarev A mathematical model of a flooded high-pressure liquid jet, based on the second the ory of turbulence Prandtl. The model describes the structure and characteristics of the jet with different properties.

Key words: cavitation, strueformiruyuschie heads, dynamic fluctuations, the turbu lent viscosity.

Kolesnikov V.V., postgraduate, duckrobot87@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University, Lebedev A.M., D. Sc. Science, pushkarev-agn@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University, Legebokov A.V., candidate of technical science, troagn@mail.ru, Russia, Tula, JSC "Tula Investment and Construction Company” Golovin K.A., D. Sc. Science, golovinka@inbox.ru, Russia, Tula, Tula State University, Pushkarev A.E., D. Sc. Science, pushkarev-agn@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. УДК. 005.6: 681.5.017: 621. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ НА ПРИМЕРЕ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА А.П. Байдюк, М.И. Ковалев Предложена система управления качеством специальным технологическим процессом, обеспечивающая эффективный контроль за расходом энергоресурсов и по зволяющая прогнозировать качество конечного продукта. С целью управления процес сом разработан алгоритм, в основу которого положена математическая модель не стационарного температурного поля литейного оборудования. Полученная система управления качеством рассмотрена как система широтно-импульсного модулирова ния, в которой широта импульса определяет качество продукции и рассчитывается использованием разработанного алгоритма. Быстродействие системы рассмотрено как критерий управления качеством.

Ключевые слова: управление качеством, система, литейное производство, температура металла, алгоритмизация, входные и выходные параметры, качество продукции, время интегрирования.

Для исследования системы управления качеством необходим сис темный подход. В статье ставится цель связать методы управления качест вом с теоретико-множественным представлением системы и выявить эле менты, влияющие на качество, на примере литейного производства.

Для наглядности на рис. 1 представлена предопределенная система, которую можно описать следующими выражениями [1]:

)) (( x, y ) S ) (( x, y) S ) (t t ) ([( xt, y t ) = ) (1) )) ) = x ] y) = y) ) = ( x, y ) & xt t t t ) tt tt tt ) ) )) ) t t ) ) (y) ) (( x t, y t ) S t (( x, y )) (xt t (2) ) ) ( xt xt, y t yt ) S ), ) ) ) ) ) где t верхний индекс, означающий время левее момента t ;

t - нижний ) индекс, означающий время правее момента t ;

«» верхний штрих, соот ветствующий i-му элементу.

То есть особенностью такой системы управления является то, что это система предопределенная разового действия. Предопределенность оз начает существование такого ~ T, что для любых t ~ будущая эволю t t ция системы определяется исключительно прошлыми наблюдениями, и нет никакой необходимости обращаться к каким-либо вспомогательным множествам вроде объекта начальных состояний [1].

Тогда надо показать, что система управления качеством литья не является неупреждающей, а, следовательно, является предопределенной.

Машиностроение и машиноведение Пусть = { t : Ct X t Yt } - семейство произвольных функций.

Семейство согласуется с временной системой S тогда и только тогда, когда совпадает с семейством реакций системы S (3), т. е. когда для лю бого tT [1].

St = St = So Tt.

(3) Рис. 1. Взаимодействие х и у для предопределенной системы Другими словами, требование, чтобы начальная реакция была пол ной функцией, может лишить нас возможности причинного описания по ведения системы в смысле ее неупреждаемости. Такие системы можно рассматривать либо как существенно непричинные, либо как такие, для ко торых известно лишь неполное их описание, так что в них нарушение при чинности объясняется лишь нехваткой информации. Проиллюстрируем сказанное с помощью рис. 2.

Пусть система имеет всего два элемента: S = { ( x1, y1 ), ( x2, y2 ) }. По скольку начальные интервалы у x1 и x2 совпадают, а соответствующие им интервалы выходных величин y1 и y2 разные, объект начальных состояний должен содержать по крайней мере два элемента, если мы хотим получить Со = {с, с} неупреждаемость начальной реакции. Положим и 0 (с, x1 ) = y1;

0 (c, x2 ) = y 2. Если 0 – полная функция, то (с, х2) тоже принадлежит области определения 0. Поэтому 0 (с, х2) должна равняться либо у1, либо у2. Но из равенства 0 (с, х2) =у1 следует, что ( x2, y1) S, т.е.

0 не согласуется с S. В то же время условие 0 (с, х2) = у2 противоречит ус ловию неупреждаемости, поскольку начальные отрезки функций х1 и х Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. одинаковы, а функций у1 и у2 – нет. Таким образом, система S не может иметь полной неупреждающей реакции и, следовательно, ее можно рас сматривать как предопределенную.

Рис. 2. Изменение элементов объекта Xt и Yt Рассмотрим приведённые выкладки на примере литейного произ водства применительно к нагреву ковша. Такая система с точки зрения теории автоматического регулирования является системой разового дейст вия.

Применительно к литейному производству температура расплав ленного металла является одним из важнейших факторов при производстве отливок, следовательно, необходимо управлять данным параметром в ре жиме реального времени. В существующей технологии управление темпе ратурой металла никак не осуществляется, а проводятся лишь контроль посредством пирометров (замер температуры металла в контрольных точ ках) и визуальный осмотр (предварительный нагрев барабанного ковша перед заливкой в него расплавленного металла). Согласно технологии про изводства отливок из чугуна разливщик металла должен нагреть футеро ванный шамотным кирпичом барабанный ковш до температуры 500…700 0С (темно-красный цвет), что является показателем качества процесса. Нагрев осуществляется газовой горелкой, которая направляется в центр ковша через горловину. Температура металла в барабанном ковше должна соответствовать диапазону от 1360 до 1390 0С. Контроль состояния футеровки перед плавкой согласно технологическому процессу осуществ ляется визуальным способом, который, в свою очередь, не защищен от субъективности и человеческого фактора.

Наличие системы управления температурой расплавленного метал ла позволит повысить качество выпускаемой продукции и даст возмож ность экономить энергоресурсы. Литейное производство это специальный Машиностроение и машиноведение процесс, и качество процесса (отливок) можно оценить только после за вершения самого процесса. Такая система с точки зрения автоматизации контроля температуры расплавленного металла является дискретной сис темой разового действия. Учитывая тот факт, что технологическая цепочка производства отливок это последовательность нескольких однотипных систем разового действия, а возможность контроля качества в ходе про цесса исключена, единственно эффективным способом управления про цессом будет предопределение результата посредством математического моделирования. Алгоритмизация цикла систем разового действия позволит рассматривать его как некоторую предопределенную систему длительного действия, в которой функцию предопределения предлагается выполнять с помощью алгоритма [2].


В теории автоматического управления разовые системы не изуча ются. Однако с точки зрения управления качеством такую систему можно представить как предопределенную длительного действия [1], и тогда воз можно управлять ею с помощью цикла улучшения процессов и решения проблем PDCA, который отображает последовательную сущность процес са постоянных улучшений (рис. 3). Цикл PDCA лежит в основе стандартов серии ИСО 9000, где особое внимание уделяется управлению специальны ми производственными процессами [3]. Такая система будет дискретной длительного действия.

Воспользовавшись положениями общей теории систем, был прове дён теоретический анализ. Рассмотрим систему в виде некоторого множе ства S: XYC, где X – множество входного объекта, Y – множество вы ходного объекта, C – множество объекта состояний. [1]. Для исследования такой системы вопрос можно поставить таким образом. Что соответствует в данной системе выходному объекту, то есть множеству Y, входному объ екту – множеству Х и что является объектом состояний С?

Особенностью алгоритма РDСА является то, что он выполняется циклически, и после того, как завершен цикл РDСА в отношении выявлен ной проблемы, необходимо повторять «круг управления» для проверки эффективности корректирующего действия и поиска потенциальных про блем согласно общей теории систем [1,3].

Рассматриваемая предопределенная временная система разового действия имеет входные параметры (множество Х= { X1;

X2… X10}), которые сведены в таблицу. Сужения временной системы S определяется через су жения ее входных воздействий X и выходных величин Y [1]. Начальные условия временной системы разового действия принимаются нулевыми, но в различные периоды времени половина из них (5 из 10) меняют свои зна чения, в связи с ним возникает необходимость корректировок начальных условий системы на различных временных сужениях.

Как видно из данных таблицы, начальные условия являются валид ными и постоянными не на всех временных сужениях. Учитывая тот факт, Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. что система разового действия, в математической модели учтена возмож ность корректировки входных параметров перед началом нового цикла итераций. Это позволяет рассматривать входные координаты системы (множество Х) как неизменные величины и дает возможность на каждом очередном цикле итераций принимать множество Х за константу.

Рис. 3. Цикл PDCA: Plan – планируй;

Do – делай;

Check – контролируй;

Act - совершенствуй Изменения входных параметров на различных временных сужениях № Входной Смена Сутки Неделя Месяц Квартал Год п/п параметр Температура газового X1 Const Const Const Const Const Const факела Температура окру X2 Const Var Var Var Var Var жающей среды Теплопроводность X3 Const Const Const Const Const Const стали Теплопроводность фу X4 Const Var Var Var Var Var теровки Теплоемкость стали X5 Const Const Const Const Const Const Теплоемкость футе X6 Const Var Var Var Var Var ровки Плотность стали X7 Const Const Const Const Const Const Плотность футеровки X8 Const Var Var Var Var Var Толщина стали X9 Const Const Const Const Const Const Толщина футеровки X10 Const Var Var Var Var Var Выходные параметры (множество Y):

- количество тепла, сообщаемого объекту управления;

- конечная температура объекта управления;

- процент брака;

- количество энергоресурсов.

Вышеприведенные факторы свидетельствуют об эффективности работы системы и показывают насколько система обеспечивает достиже Машиностроение и машиноведение ние запланированного результата (предопределенный результат) по срав нению с фактическим (выходной объект). В случае возникновения откло нения запланированного результата от фактического следует осуществлять поиск причины и проведение корректирующих действий над входными параметрами системы (объектом входных воздействий), т.е. изменять пре дысторию с целью изменения ее дальнейшей эволюции. Под эволюцией здесь следует понимать достижение требуемых показателей качества (множество Y), что хорошо согласуется с циклом РDСА. Блок-схема сис темы управления объектом включает следующие блоки, соответствующие условиям предопределенности (рис. 4):

1) Математическая модель – соответствует программному блоку и выполняет первый этап цикла РDСА (Plan);

описывается выражениями (1) и (2).

2) Блок интегратора – соответствует физическому нагреву бара банного ковша и выполняет второй этап цикла РDСА (Do);

описывается количеством тепла, передаваемого ковшу, т.е. процесс достижения элемен тов множества объекта Y.

3) Блок контроля качества – соответствует статистическому анали зу дефектности готовой продукции и количеству затраченных энергоре сурсов выполняет третий этап цикла РDСА (Check), т.е. контроль значений элементов множества объекта Y.

4) Блок корректирующих и предупреждающих действий – соответ ствует мероприятиям, направленным на улучшение процесса в целом и выполняет четвертый этап цикла РDСА (Act);

является обратной связью.

Из схемы управления барабанным ковшом (объект управления) сле дует, что температурное поле объекта управления в ходе нагрева изменя ется в пределах от температуры окружающей среды (окр) до температуры разогретого ковша (ковша), удовлетворяющего требованиям технологиче ского процесса. Нагрев объекта управления осуществляется газовой горел кой, направленной в центр ковша через заливочное отверстие. Температу ра (пл) и давление (Ргор) газового факела являются неизменными в течение всего процесса нагрева. Посредством математической модели осуществля ется расчет необходимого времени нагрева ковша перед началом каждой плавки металла с учетом исходных данных согласно таблице. Представ ленная на рис. 4 система управления позволяет предупреждать появление дефектных изделий и приводит к снижению процента бракованных отли вок, а также дает возможность оптимизировать управляющее воздействие и экономить энергоресурсы, исключая перегрев ковша.

В целом процесс розлива металла представляет собой технологиче скую цепочку из систем разового действия, которые, в свою очередь, зави сят от пределов интегрирования в блоке интегратора. Из рис. 4 видно, что для системы управления нагревом барабанного ковша нижним пределом интегрирования является - температура окружающей среды (окр), а верх Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. ним температура разогретого ковша (ковша). На одной из эксперименталь ных кривых нагрева объекта управления (рис. 5) показано, что на основа нии математической модели осуществляется расчет верхнего предела ин тегрирования системы управления.

Рис. 4. Блок-схема предопределенной системы на примере нагрева барабанного ковша Рис. 5. Динамика нагрева ковша в экспериментальной точке С- Поскольку выходом программного блока по сути являются пределы интегрирования, то для интегратора представленная кривая должна быть повернута на 900 (рис. 6). Рис. 6 пиказывает, что рассчитанная по разрабо танному алгоритму длительность нагрева (импульса) определяется време нем нагрева ковша до расчетной температуры.

Машиностроение и машиноведение Рис. 6. Результирующая кривая для определения длительности импульса Из проведенного теоретического анализа можно сделать следую щие выводы:

1. Систему можно рассматривать как предопределенную, дискрет ную.

2. Дискретность определяется необходимым временем интегриро вания, приводящим к определенному значению выходной величины, ха рактеризующей температурное поле и являющегося элементом выходного объекта Y.

3. Система в таком виде может быть представлена только для уров ня управления качеством.

4. В качестве инструмента для практической реализации модели це лесообразно использовать цикл РDСА.

5. Предыстория системы, как системы управления качеством долж на учитывать результаты контроля как элемент обратной связи.

Список литературы 1. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математиче ские основы / под ред. С.В. Емельянова;

пер. с англ. Э.Л. Наппельбаума.

М.: Мир, 1978. 305 с.

2. Соболев В.В., Ковалев М.И., Горбунов С.А. Пат. 2011618037.

Расчет нестационарного поля ковша для розлива чугуна (KOVSH). / Заявл.

27.10.2011. Опубл. 10.01.2012.

3. Управление качеством: учеб. для вузов / С. Д. Ильенкова, Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. [и др.];

под ред. С. Д. Ильенковой. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЮНИТИ– ДАНА, 2003. 334 с.

Байдюк Андрей Петрович, канд. техн. наук, доц., baidiouk@mail.ru, Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный технический университет, Ковалев Максим Игоревич, аспирант, KovalevMI@nevz.com, Россия, Новочер касск, Южно-Российский государственный технический университет CONTROL SYSTEM OF QUALITY ON THE EXAMPLE FOUNDRY PRODUCTION A.P.Baydiouk, M.I.Kovalev The control system of quality of the special technological process, providing effective control behind an expense of energy resources and allowing to predict quality of the final product is offered. For the purpose of management of process the algorithm is developed in which basis the mathematical model of a non-stationary temperature field of the foundry equipment is put. The received control system of quality is considered as system of pulse width modulation in which width of an impulse defines quality of production and pays off in result of application of the developed algorithm. Speed of system is considered as criterion of quality management.

Key words: quality management, system, foundry production, metal temperature, al gorithmization, input and output parameters, quality of production, integration time Baydiouk Andrey Petrovitch, Cand.Tech.Sci., docent, baidiouk@mail.ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian state technical university, Kovalev Maxim Igorevich, postgraduate, KovalevMI@nevz.com, Russia, Novocherkassk, South-Russian state technical university СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ Травин В.Ю., Грязев М.В., Фан Дык Тхиен Последующие операции комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов ……………... Степанов Б.А., Субич В.Н., Шестаков Н.А., Максименко А.Е.

Штамповка с кручением на прессе с кривошипно-кулисным исполнительным механизмом …………………………………………… Шестаков Н.А., Соловьев Б.М.

Методика обратного проектирования оптимального контура заготовки для штамповки коробчатых изделий ………………. Платонов В.И., Черняев А.В., Булычев В.А., Пасынков А.А.

Оценка влияния относительных размеров трубных заготовок на технологические параметры изотермического обратного выдавливания ……………………………………………………………... Кокорин В.Н., Шанченко Н.И., Сизов Н.А., Крупенников О.Г.

Моделирование процесса уплотнения увлажненных металлических порошков с использованием ультразвукового воздействия …………... Яковлев С.С., Ларин С.Н., Леонова Е.В.

Изотермическое деформирование элементов вафельных листовых конструкций квадратного поперечного сечения из анизотропных материалов ………………………………………………………………... Нгуен Тхань Чунг Моделирование процесса холодного обратного выдавливания методом конечных элементов …………………………………………… Чудин В.Н., Яковлев С.С., Корнюшина М.В.

Математическая модель операции отбортовки отверстия в листовых анизотропных заготовках в режиме кратковременной ползучести …... Митин О.Н.

Математическая модель обжима трубной заготовки …………………... Черняев А.В., Пасынков А.А., Ларин С.Н.

Изотермическое выдавливание фланцевых втулок из высокопрочных материалов в условиях плоской деформации …………………………... Ремнев К.С.

Устойчивость тонкой полосы из анизотропного материала при правке растяжением …………………………………………………. Евдокимов А.К., Ву Нгок Тхыонг Герметизация алюминиевых капсул холодной сваркой давлением …... Митин О.Н., Иванов Ю.А.

Напряженно-деформированное состояние материала при редуцировании цилиндрического стакана пуансоном с рифлями …………………………………………………………………. Тарасова Н.А.

Напряженно-деформированное состояние процесса полугорячей штамповки полуфабрикатов специзделий ……………………………… Тарасова Н.А.

Технологический процесс изготовления гильзы спортивно-охотничьей из стали 18ЮА на базе ключевой операции полугорячей штамповки …………………………………………………. Тарасова Н.А.

Экспериментальное исследование процесса полугорячей штамповки прутковой заготовки ……………………………………………………... УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Акименко Т.А., Аршакян А.А., Будков С.А., Ларкин Е.В.

Промышленный робот с информационной системой управления ……. Ивутин А.Н.

Временные характеристики полумарковских процессов обработки информации специализированной ЭВМ ………………………………... Аршакян А.А.

Панорамное наблюдение сцены с борта летательного аппарата ……… Филиппова Е.В., Филиппов А.Е.

Системы тепловидения …………………………………………………... Шевелев С.С.

Сумматор–вычитатель старшими разрядами вперед на нейронах ……. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Маленко П.И.

Анализ фазового состава никотрированных покрытий на конструкционных сталях ……………………………………………... Зенкин Р.Н., Уткин М.М., Вальтер А.И.

Изучение микроструктуры высокопрочного чугуна при различных методах термообработки ………………………………………………… Маленко П.И., Леонов А.Ю.

Модельные представления термического удара при трении скольжения со смазочным материалом и оценка его влияния на структурно-фазовые превращения в поверхностных слоях сталей... МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ Качурин Н.М., Мохначук И.И., Поздеев А.А., Стась Г.В.

Математические модели газовыделения и диффузионного переноса газовых примесей на очистных участках шахт и рудников …………… Пасько Н.И., Картавцев И.С.

Математическая модель процесса изменения размера деталей при токарной обработке партии деталей ……………………………….. Колесников В.В., Лежебоков А.В., Пушкарев А.Е.

Экспериментальные исследования характеристик насадок …………… Нечаев В.И., Нечаев Ю.В.

Выбор метода мониторинга технологического процесса ……………… Пасько Н.И., Картавцев И.С.

Контрольные карты для станков с ЧПУ ………………………………… Захариков В.С.

Погрешности наведения малогабаритной системы стабилизации с увеличенными углами наведения ……………………………………... Колесников В.В., Лежебоков А.В., Пушкарев А.Е.

Особенности конструкции гидромониторной бурильной головки …… Колесников В.В., Лебедев А.М., Лежебоков А.В., Головин К.А., Пушкарев А.Е.

Математическая модель формирования погружной высоконапорной струи ………………………………………………………………………. Байдюк А.П., Ковалев М.И.

Система управления качеством на примере литейного производства … Научное издание ИЗВЕСТИЯ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Выпуск Редактор И.А. Есаян Компьютерная правка и верстка Б.С. Яковлева Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 26.04. Формат бумаги 70 100 1/16. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 15,4. Уч.-изд. л. 13,3.

Тираж 500 экз. Заказ Тульский государственный университет 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп. Ленина,

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.