Введение к работе
Актуальность тени. Важнейшим фактором, определяющим надеж-ность элементов изделий, являются остаточные напряжения, которые могут значительно снижать запасы прочности, а иногда достигать значений предела текучести или прочности и вызывать образование трещин. Эти напряжения возникают как в процессе изготовления деталей (сварка, ковка, прокатка, точение, шлифование, обдувка дробью), так и в процессе их эксплуатации.
Очевидно, что экспериментальное изучение и технологический контроль остаточных напряжений в промышленных условиях является важной народнохозяйственной задачей, требующей для своего практического решения соответствующего приборного и методического обеспечения.
Для измерения остаточных напряжений на современном уровне имеется большой арсенал физических методов, основанных на измерении деформаций и вычислении напряжений по закону Гука, которые можно разделить на две большие группы: методы, требующие разрушения исследуемого изделия, и неразрушающие методы. В разрушающих методах обязательным условием является изменение целостности изделия.
К неразрушающим методам относятся рентгеновский метод, ультразвуковые методы, а также магнитоупругий метод. Для измерения и контроля напряжений в металлических конструкциях на сегодняшний день отдается предпочтение рентгеновскому методу, который, являясь неразрушающим. обладает, кроме того, такими достоинствами, как высокая точность, малые затраты времени, локальность, возможность раздельного определения трех главных компонент тензора напряжений и выполнения многократных измерений на одном и том же участке (для повышения точности), отсутствие дополнительных механических воздействий на объект измерений, как это имеет место при некоторых разрушающих методах.
Современный уровень требований к рентгеновскому методу определения напряженно-деформированного состояния, в особенности как средства технологического контроля напряжений, предъявляет к рентгеновским дифрактометрам. предназначенным для определения
напряжений, высокие требования по быстродеяствию при сохранении высокой точности; по обеспечению доступности точек поверхности исследуемого изделия (в той числе и сложной формы) для попадания на них первичного рентгеновского пучка. Дальнейшее развитие этого перспективного направления технической диагностики связано с разработкой автоматизированных контрольно-измерительных стендов, позволяющих исследовать детали различных размеров и конфигураций. Поэтому разработка комплекса вопросов, связанных с построением автоматизированных рентгеновских установок для измерения напряжений, представляется актуальной.
Цель работы. Разработка научных основ проектирования автоматизированных установок для измерения напряжений в деталях рентгеновским методом; оптимизация схемных и конструктивных решений автоматизированных рентгеновских стендов указанного назначения.
Основные задачи, решаемые в диссертации.-
-
Разработка методики решения технической задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации. Структурное построение автоматизированных рентгеновских стендов указанного назначения.
-
Исследование погрешностей автоматизированных рентгеновских стендов, обусловленных различными факторами.
-
Разработка принципов построения структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов и методов определения их параметров.
-
Исследование динамических характеристик манипуляционных систем автоматизированных рентгеновских стендов.
Методы исследования. При разработке принципов построения и выбора параметров автоматизированных рентгеновских стендов использованы методы системного проектирования. Исследование погрешностей рентгеновских стендов проводилось на основании методов метрологии и аналитической геометрии и измерительных методов рентгеновской дифрактометрии. При постановке и решении задач статики и динамики манипуляционных систем стендов применялись методы теоретической и аналитической механики, теории колебаний, сопротивления материалов, теории упругости. Вычисления в процессе теоретических исследований производились на ЭВМ. программирование осуществлялось с использованием языка программирования "Си". 2
Научная новизна. Разработаны принципы построения автоматизированных рентгеновских стендов для исследования напряжений в деталях и сформулированы требования к, их устройствам, системам и модулям. Разработан алгоритм реиения задачи измерения напряжений с использованием средств автоматизации. Исследовано влияние инструментальных погрешностей на точность измерения напряжений при различных геометрических схемах дифрактометров. Оптимизированы конструктивные параметры измерительных приборов для различных схем дифрактометров. Определены требования к точности структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов. Проанализированы и сопоставлены варианты компоновки измерительной головки дифрактоиетра. Предложены и исследованы варианты решения задачи точного позиционирования измерительного прибора относительно исследуемого изделия. Проанализированы возможности применения станочных манипуляционных систем и промышленных роботов для автоматизации рентгеновских измерений. Разработаны конструкции измерительных головок и проведена оптимизация их силовых параметров. Исследована динамика контактного взаимодействия измерительной головки с поверхностью изделия, предложены способы уменьшения динамических нагрузок.
Практическая ценность работы. Разработаны научные основы проектирования автоматизированных рентгеновских стендов для исследования полей напряжений з деталях. Предложены основные принципиально-компоновочные схемы устройств и систем автоматизированного ' рентгеновского стенда. Разработана методика и программа численного расчета на ЭВМ погрешностей измерения напряжений для различных геометрических схем дифрактометров, которая позволяет производить оптимизацию конструктивных параметров дифрактометров и рассчитывать допускаемые погрешности структурных элементов автоматизированных рентгеновских стендов в зависимости от требуемой точности измерения напряжений. Разработаны конструкции точных измерительных головок. Даны рекомендации по выбору режимов измерения.
Внедрение полученных результатов. Результаты работы ис
пользованы при проектировании опытных образцов автоматизирован
ных контрольно-измерительных стендов СКИФ-4 и СКИФ-4М, предназ
наченных для измерения полей напряжений в деталях ответственно
го назначения. Техническая документация передана в ГОИ имени
С.И.Вавилова. --
Апробация работы и публикации. Основные результаты докладывались на научных семинарах кафедры "Автоматы" СПбГТУ.
По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.
Объем диссертании. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и содержит страниц машинописного текста, рисунков, список литературы 102 наименований и приложения, ее полный обьем страниц.