Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
Глава 1. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ РЕШЕНИЕ
С ПОМОЩЬЮ РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ СБОРОЧНЫХ
ЕДИНИЦ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
1.1. Точность деталей и сборочных единиц как
основа качества сельскохозяйственной техники 22
1.2. Анализ соответствия норм точности размеров деталей и сборочных
единиц служебному назначению сельскохозяйственной техники
и возможностям технологического оборудования
Анализ причин отказов сельскохозяйственной техники 23
Анализ состояния технологического оборудования для изготовления
и восстановления деталей сельскохозяйственной техники 25
1.3. Назначение и восстановление необходимой точности размеров
деталей сборочных единиц сельскохозяйственной техники на основе
решения задач размерных цепей
1.3.1. Существующая концепция расчета размерных цепей
и ее воплощение в многомерных размерных цепях 27
1.3.2. Основные направления применения теории
размерных цепей в ремонтном производстве 38
Выводы 43
1.4. Цель и задачи исследования 44
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗМЕРНЫХ
СВЯЗЕЙ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ 48
2.1. Базирование как основа геометрического моделирования
размерных связей деталей в сборочных единицах 48
2.2. Построение схем размерных цепей с помощью геометрического
моделирования размерных связей деталей в сборочных единицах
2.2.1. Внешние и внутренние размерные связи деталей
в сборочных единицах 57
2.2.2. Методика построения схемы размерной цепи
сборочной единицы 63
2.3. Построение функции взаимосвязи звеньев размерной цепи
на основе алгебраического моделирования размерных связей
Обоснование математического пространства звеньев размерной цепи ...73
Классификация функций взаимосвязи звеньев на основе алгебраического моделирования размерных связей 77
Способы построения функции взаимосвязи звеньев размерной цепи 78
2.4. Получение основных уравнений на основе линейной аппроксимации
функций взаимосвязи звеньев размерных цепей
2.4.1. Линейная аппроксимация нелинейных функций
взаимосвязи звеньев размерной цепи 83
2.4.2. Обоснование основных уравнений базовых размеров
и точности звеньев размерной цепи 88
2.5. Получение расчетных формул для решения задач размерных цепей
сборочных единиц сельскохозяйственной техники
2.5.1. Вывод расчетных формул для решения задач линейных
одномерных размерных цепей 92
2.5.2. Вывод расчетных формул для решения задач нелинейных
одномерных и двухмерных (плоских) размерных цепей 99
2.6. Решение задач синтеза и анализа размерных цепей
сборочных единиц сельскохозяйственной техники
2.6.1. Структура решения задач синтеза и анализа
размерных цепей сборочных единиц 112
2.6.2. Порядок решения задач анализа и синтеза
размерных цепей сборочных единиц 121
Выводы 126
Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ РАЗМЕРНЫХ
ЦЕПЕЙ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ 130
3.1. Теоретические законы распределения случайных объектов
и методы их построения
3.1.1. Теоретические законы распределения и необходимость
их применения при решении задач размерных цепей 130
3.1.2. Методы построения теоретических законов распределения
случайных объектов 133
3.2. Обоснование теоретических законов распределения звеньев
при решении задач синтеза и анализа размерных цепей
Методы образования теоретического закона распределения замыкающего звена при решении задач размерных цепей 143
Непредельный, допредельный, универсальный и предельный случаи образования теоретических законов распределения замыкающих звеньев размерных цепей 149
3.3. Образование теоретических законов распределения замыкающих
звеньев на основе ограниченного ряда известных моментов
Определение первых четырех моментов линейного приближения функции взаимосвязи звеньев размерной цепи 153
Образование функции плотности вероятности замыкающего
звена на основе нормального закона 159
3.3.3. Образование функции плотности вероятности замыкающего звена
на основе конечных рядов Грама-Шарлье 162
3.3.4. Условия аппроксимации функции распределения замыкающего
звена конечным рядом Грама-Шарлье 169
3.4. Методика установления теоретических законов распределения
звеньев при решении задач синтеза и анализа размерных цепей
3.4.1. Общий подход к выявлению теоретических законов
распределения случайных объектов на основе изучения
процесса их образования 172
3.4.2. Рекомендации по установлению теоретических законов
распределения звеньев при решении задач размерных цепей 177
Выводы 179
Глава 4. МЕРЫ ВКЛАДОВ ПАРАМЕТРОВ ЗВЕНЬЕВ ПРИ РЕШЕНИИ
ЗАДАЧ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ 184
4.1. Исследование основных уравнений базовых размеров и точности
для выявления вкладов параметров звеньев размерных цепей
Анализ основных уравнений базовых размеров размерных цепей 184
Анализ основных уравнений точности размерных цепей 186
4.2. Обоснование коэффициентов вклада параметров звеньев
при решении задач размерных цепей
4.2.1. Определение коэффициентов вклада на базе основного
уравнения базовых размеров размерных цепей 199
4.2.2. Определение коэффициентов вклада на базе основного
уравнения точности размерных цепей 201
Выводы 203
Глава 5. МЕТОДИКИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ
ТЕХНИКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ 205
5.1. Методики ранжирования звеньев размерных цепей сборочных единиц
при использовании метода компенсации в процессе изготовления
и ремонта сельскохозяйственной техники
5.1.1. Общий подход к ранжированию звеньев размерных цепей
сборочных единиц при использовании метода компенсации
в процессе изготовления и ремонта 205
5.1.2. Методика ранжирования звеньев размерных цепей сборочных
единиц при использовании метода компенсации
в ходе изготовления 209
5.1.3. Методика ранжирования звеньев размерных цепей сборочных
единиц при использовании метода компенсации в ходе ремонта 212
5.2. Методики решения задач синтеза и анализа размерных цепей
сборочных единиц с помощью метода неполной
взаимозаменяемости в ходе изготовления
Общий подход к решению задач синтеза размерных цепей сборочных единиц с помощью метода неполной взаимозаменяемости в ходе изготовления 219
Методика решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц с помощью метода неполной взаимозаменяемости на основе построения зависимостей характеристик (допусков и основных отклонений) составляющих звеньев 224
Методика решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц с помощью метода неполной взаимозаменяемости на основе
перебора стандартных значений характеристик (полей допусков
предпочтительного применения) составляющих звеньев 231
5.2.4. Методика решения задачи анализа двухмерных размерных цепей
сборочных единиц с помощью метода неполной
взаимозаменяемости на основе векторно-проективного способа их
построения 236
5.3. Методики решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц с помощью метода компенсации в процессе ремонта
5.3.1. Общий подход к решению задач синтеза размерных цепей
сборочных единиц с помощью метода компенсации
в процессе ремонта 239
Методика решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц на основе естественной частичной компенсации эксплуатационных изменений составляющих звеньев 247
Методика решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц на основе искусственной компенсации эксплуатационных изменений составляющих звеньев 255
Выводы 263
Глава 6. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ УРОВНЯ КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ 265
Обоснование функции качества как меры качества размеров геометрических параметров деталей 265
Смешанная концепция управления качеством при изготовлении
и восстановлении деталей машин 273
Определение уровня качества деталей на базе дифференциального метода оценки уровня качества объектов 284
Исследование экономической и технической составляющих выражения для оценки уровня качества деталей дифференциальным методом 292
Получение уровня качества деталей на базе комплексного
метода оценки уровня качества объектов 297
6.6. Установление уровня качества сборочных единиц
комплексным методом оценки уровня качества объектов 302
6.7. Методика определения уровня качества деталей и сборочных
единиц сельскохозяйственной техники при изготовлении и ремонте 308
6.8. Методика оценки качества технологических процессов
на основе комплексного показателя точности и настроенности 313
Выводы 315
Глава 7. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ И ОЦЕНКИ УРОВНЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ 318
7.1. Результаты апробации методик ранжирования звеньев размерных
цепей сборочных единиц при использовании метода компенсации
в процессе изготовления и ремонта сельскохозяйственной техники 318
7.2. Результаты апробации методик решения задач синтеза и анализа
размерных цепей сборочных единиц в ходе изготовления
7.2.1. Результаты апробации методики решения задач синтеза
размерных цепей сборочных единиц с помощью метода неполной
взаимозаменяемости на основе использования зависимостей
характеристик (основных отклонений и допусков)
составляющих звеньев 327
Результаты апробации методики решения задач синтеза размерных цепей сборочных единиц с помощью метода неполной взаимозаменяемости на основе перебора стандартных значений характеристик (полей допусков предпочтительного применения) составляющих звеньев 331
Результаты апробации методики решения задачи анализа двухмерной размерной цепи сборочной единицы с помощью метода неполной взаимозаменяемости на основе векторно-проективного способа ее построения 336
Результаты апробации методики решения задачи синтеза размерных цепей сборочных единиц на основе создания искусственной компенсации эксплуатационных изменений составляющих звеньев 345
Результаты оценки уровня качеством деталей и сборочных единиц сельскохозяйственной техники и технологических процессов
ее изготовления и ремонта
7.4.1. Результаты определения уровня качества деталей и сборочных
единиц при изготовлении и ремонте .. v 357
7.4.2. Результаты оценки качества технологических процессов ' ' '
на основе комплексного показателя точности и настроенности 360
Выводы 361
Глава 8. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 366
8.1. Практическая реализация результатов исследований
по обеспечению и оценке качества деталей и сборочных единиц сельскохозяйственной техники
8.1.1. Апробация результатов исследований по расчету размерных
цепей сборочных единиц в процессе изготовления и ремонта 366
8.1.2. Апробация результатов исследований по оценке качества
деталей и технологических процессов их изготовления
по точности и настроенности 371
8.2. Экономическая эффективность результатов исследований 373
Выводы 378
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 381
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 387
ПРИЛОЖЕНИЯ 401
Введение к работе
Продовольственная безопасность России во многом определяется объемом производимой сельскохозяйственной продукции. Между объемом производимой продукции и оснащенностью техникой агропромышленного комплекса существует прямая связь. Объем валовой продукции сельского хозяйства за последние 10 лет уменьшился более чем на 40%, а износ основных фондов превысил их восстановление более чем в 10 раз [1]. По сравнению с 1990 годом машинно-тракторный парк уменьшился более чем на 50%, в том числе количество тракторов уменьшилось на 43%, плугов - на 58%, сеялок - на 54%, зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов - соответственно на 53 и 51% [2,3]. В результате обеспечение основной техникой хозяйств Российской Федерации к требуемой величине составило: по тракторам - 54%, плугам - 37%, культиваторам - 60%, сеялкам - 63%, зерноуборочным и кормоуборочным комбайнам -соответственно 54 и 67% [3]. Объем закупок тракторов по сравнению с 1990 годом снизился в 12 раз, зерноуборочных комбайнов в 15 раз, кормоуборочных комбайнов - в 8 раз [2]. Пополнение машинного парка в целом по Российской Федерации составляет менее 1% в год, а списание техники - 6...8% в год [3]. В итоге темпы списания техники в 30...40 раз превышают уровень поставок. Сложившее положение с обеспечением техникой усугубляется тем, что 50...70% машин выработало свой срок службы [2,3]. В частности 53% тракторов и 60% зерноуборочных комбайнов вышли за пределы сроков амортизации [4]. Так, в хозяйствах Московской области более 33% тракторного и около 20% автомобильного парка используются свыше 20 лет. Анализ структуры, количественного состава и сроков эксплуатации парка техники ОАО "Дмитровское" указывает на имеющуюся тенденцию его старения и сокращения количественного состава. Из 53 единиц автотранспорта 38% автомобилей имеют срок эксплуатации свыше десяти лет, 24% - десять, 17% - восемь и только 21% - от двух до шести лет. По тракторному парку аналогичная динамика: почти 100% состава тракторов имеет срок эксплуатации от шести до десяти лет и более, в том числе 60% - десять и более, 40% - от шести до восьми лет. Аналогичное со-
8 стояние у всех марок сельскохозяйственных машин [5].
Обвальное снижение платежеспособного спроса сельских товаропроизводителей обусловило критическое состояние сельскохозяйственного и тракторного машиностроения. Общие объемы производства тракторов и сельскохозяйственных машин сократились в 10...20 раз по сравнению с 1990 годом. На основных предприятиях отрасли производственные мощности отрасли загружены на 12...25% [6]. Такое положение совершенно недопустимо для восполнения выбывающей техники и пополнения машинно-тракторного парка до необходимой потребности для выполнения всего комплекса работ в сельском хозяйстве. Объемы поставки новой техники, в том числе по лизингу не обеспечивают технологически необходимую численность парка техники. Лизинговые поставки техники в сельское хозяйство, которые являются единственной формой государственной поддержки сельского товаропроизводителя, составляют лишь 3...5% от нормативной потребности [2,7]. Сложившаяся обстановка благоприятствует проникновению на рынок России продукции зарубежных фирм. Ведущие зарубежные компании предпринимают интенсивные меры по закреплению своих позиций на нашем рынке. Несмотря на более высокие цены на их технику (в 3-6 раз [6,7]) за последние два года на рынок поступило 3 тысячи иностранных тракторов и комбайнов на общую сумму около 6 млрд. рублей. Это соизмеримо с одной четвертью общих затрат бюджета на государственную поддержку тружеников села [6]. В тоже время закупаемая техника не отвечает требованиям отечественного сельскохозяйственного производства по набору выполняемых технологических операций, качеству работ, потерям и повреждениям сельскохозяйственной продукции, агротехническим нормам обработки и т.д. Как правило, данная техника не агрегатируется с отечественными сельскохозяйственными орудиями или мобильными средствами. В этих условиях важнейшей задачей отечественного машиностроения является сохранение превалирующей позиции на внутреннем рынке страны, повышении качества и технического уровня техники и снижения стоимости ее производства.
Несмотря на небольшие объемы производства, качество сельскохозяйст-
9 венной техники имеет низкий уровень. Результаты исследований показывают,
что до 96% образцов сельскохозяйственной техники изготовлены с отступлением от технических условий, среди которых преобладающими являются отклонения от требований конструкторской документации [3,7,8]. Так, для тракторов несоблюдение допусков превышает 20% от общего числа отступлений по техническим условиям, для другой сельскохозяйственной техники - свыше 15% [9]. Удельный вес отказов по вине предприятия-изготовителя составляет 60%, в том числе тракторов - 67%, зерноуборочных комбайнов - 84%. До 60% отказов машин происходит из-за производственных дефектов, возникающих в процессе технологических процессов обработки и сборки [8]. Эта доля в общем количестве отказов не имеет тенденцию к улучшению и практически не изменяется на протяжении десяти лет. Это во многом объясняется более 70% изношенностью технологического оборудования заводов (средний срок службы станков на предприятиях отрасли превышает 35 лет) [2].
В этих условиях приобретает важное значение ремонт сельскохозяйственной техники и восстановление ее изношенных деталей. Для уменьшения ежегодного списания парка машин и поддержания их в работоспособном состоянии необходимо проводить своевременный ремонт и восстановление. Это позволит на 30...40% снизить общее сокращение парка сельскохозяйственной техники и довести его до 5% в год [7,10]. В настоящее время на техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники затрачивается до 15% всей валовой продукции сельского хозяйства, оцениваемой 50 млрд. руб. (в 1990 году - 4,5...5%). Несмотря на значительную сумму отводимую на поддержание техники в работоспособном состоянии, эффективность данных затрат в 5...6 раз выше затрат на приобретение новой техники [6]. Это связано с тем, что в поступающей в ремонт техники годных для дальнейшей эксплуатации деталей около 20...45%, подлежащих восстановлению — 40...50% и только 5...20% деталей выбраковывается и списывается [11,12]. Так, в каждом списанном тракторе МТЗ и ЮМЗ в среднем содержится 30...35% деталей, годных для вторичного использования без технологических воздействий, 40...45% - под-
лежащих восстановлению и только 25...30% - требующих выбраковке [13]. Несмотря на большой резерв в обеспечении работоспособности сельскохозяйственной техники в виде восстановления частично изношенных деталей большая часть затрат на обслуживание и ремонт техники в сельском хозяйстве до 70...75% (около 10 млрд. руб. а год) идет на закупку запасных частей, что почти в 3 раза выше, чем в 1990 году, а на восстановление деталей всего 8...10% [11]. В то время как себестоимость восстановленных деталей не превышает 25...70% стоимости новых при 80...95% ресурса новых деталей. В результате этого капитальный ремонт машины обходится в 2...3 раза дешевле, чем приобретение новой машины. На средства, затрачиваемые на приобретение одной новой машины, можно отремонтировать 4...5 неисправных машин [13].
Анализ состояния и изучение тенденций в ремонтном производстве выявили, что в рыночных условиях ремонтно-восстановительные работы должны проводиться с учетом фактического состояния машин и их составных частей [14]. В этом случае стратегия ремонта по фактическому состоянию будет реализоваться необезличенным ремонтом, при котором эффективно используется остаточный ресурс деталей [11]. Такая стратегия ремонта создает предпосылки для образования вторичного рынка подержанной техники. Организация такого рынка особенно актуальна в условиях критического положения с приобретением новых дорогостоящих машин, когда большинство сельских товаропроизводителей не имеет для этого требуемых денежных средств. Поэтому вторичный рынок при стоимости отремонтированных машин 40...50% от цены новых и ресурсе 80% новых будет привлекательным для большинства сельских товаропроизводителей.
Работы по обеспечению работоспособности сельскохозяйственной техники ведутся в основном силами ремонтно-обслуживающей базы агропромышленного комплекса. С помощью предприятий-изготовителей выполняются не более 1...3% объема работ по обслуживанию и ремонту техники [8]. Но в тоже время существующая ремонтно-обслуживающая база агропромышленного комплекса используется малоэффективно. На ремонтных заводах и районных
ремонтно-технических предприятиях в десятки раз по сравнению с 1990 годом снизились объемы работ по обеспечению работоспособности техники. В настоящее время ремонтные заводы и специальные мастерские загружены на 10... 15%, ремонтно-технические предприятия и мастерские хозяйств — на 20...70%. При этом объем специализированного обслуживания и ремонта машин снизился до 3...5% [11]. Специализированные ремонтные предприятия практически прекратили выполнять капитальный ремонт полнокомплектных машин. Существующая основная тенденция - переход на ремонт сборочных единиц и агрегатов. Значительно сократилось восстановление изношенных деталей, в 2...3 раза уменьшилась их номенклатура притом, что в ВНИИТУВИД "Ремдеталь" разработаны рекомендации по восстановлению деталей более чем 1500 наименований и обоснована экономическая целесообразность восстановления для свыше 6600 наименований деталей сельскохозяйственной техники.
Вследствие переноса основных работ по ремонту в неспециализированные мастерские хозяйств качество отремонтированной сельскохозяйственной техники имеет невысокий уровень. Удельный вес отказов по вине специализированных ремонтных предприятий составляет около 60%, в том числе тракторов - 65%, зерноуборочных комбайнов - 34%. Это объясняется тем, что оборудование и технологии ремонтно-обслуживающей базы агропромышленного комплекса не обновлялись более 10 лет. Обследования, проведенные в различных регионах страны, показывают, что около 60% оборудования, установленного на специализированных ремонтных предприятий, требует замены. На ремонтных заводах и специализированных ремонтно-технических предприятиях около половины станочного парка используется свыше 10 лет, в мастерских ремонтно-технических предприятиях - более 40% станочного парка эксплуатируется свыше 20 лет [15].
В результате существующего положения дел на промышленных и ремонтных предприятиях изготовленная и отремонтированная сельскохозяйственная техника часто не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям. Одним из основных путей исправления сложившейся ситуации является обосно-
12 ванное назначение норм точности на геометрические параметры деталей сборочных единиц сельскохозяйственной техники исходя из удовлетворения требований потребителя и обеспечения их на основе изучения возможностей имеющегося технологического оборудования. Существующая практика назначения характеристик точности на геометрические параметры деталей сборочных единиц создаваемых и производимых машин базируется в большинстве случаев на методах аналогов (прецедентов) и подобия, когда требуемая характеристика точности назначается на основе опыта проектирования аналогичных узлов других машин и общих рекомендаций исходя из особенностей конструктивного решения, специфики сборки и условий работы [16]. В ходе восстановления и ремонта точностные характеристики на геометрические параметры деталей зачастую устанавливаются интуитивно на основе личного опыта, в лучшем случае по аналогии с изготовленными деталями [17]. Кардинальное решение проблемы повышения качества сельскохозяйственной техники связано с переходом на расчетный метод определения характеристик точности параметров деталей. Этот метод позволяет наилучшим образом назначать характеристики точности на параметры деталей исходя из исходной информации, представленной в виде требований или мнения потребителя. Расчетный метод назначения характеристик точности применяется как к простым парным соединениям (соединениям двух деталей), так и к сложным множественным соединениям (соединениям нескольких деталей). Размерные связи соединения деталей в сборочных узлах, особенно множественные соединения, описываются размерными цепями.
Каждая деталь сборочной единицы машины представляют собой пространственное геометрическое тело, характеризуемое комплексом размеров. В процессе сборки комплекс размеров одной детали вступает во взаимосвязь с комплексами размеров других деталей, в результате чего образуется система геометрических связей деталей сборочной единицы машины, т.е. появляются размерные цепи. Сложная объемная компоновка современных машин приводит к образованию многомерных (плоских и пространственных) размерных цепей.
13 Поэтому обеспечение качества сложной сельскохозяйственной техники требует
разработки теоретических основ и методик расчета многомерных размерных
цепей.
Приоритет в разработке теории размерных цепей принадлежит русским ученым. Почти одновременно Махровский В.Г., Пузанова В.П. и Балакшин Б.С. предложили описывать размерные связи параметров деталей в сборочных единицах системой размеров, которую Балакшин Б.С. назвал размерной цепью. В фундаментальных трудах Балакшина Б.С. и Бородачева Н.А. были заложены основы расчета размерных цепей. Поэтому эти ученые в настоящее время по праву считаются классиками теории размерных цепей. Большой вклад в развитие теории размерных цепей внесли Брук СИ., Дунаев П.Ф., Карпов Л.И., Ку-барев А.И., Лившиц Б.И., Петровский А.В., Полещенко П.В., Симонов С.А., Солонин И.С., Солонин СИ., Стрелец А.А., Фирсов В.А., Фридлендер И.Г., Чернов Г.Г., Trumpold Н., Beck С, Riedel Т. и многие другие ученые.
Однако до сих пор не разработан достаточно полный и универсальный математический фундамент теории размерных цепей. Существующая математическая база позволяет получать выражения только для расчета линейных одномерных размерных цепей, многомерные размерные связи, имеющие вероятностный характер, не могут быть изображены с ее помощью. Вопросы разработки методик расчета многомерных размерных цепей отражены в работах Баз-рова Б.М., Богуцкого М.Е., Губаря В.А., Демина Ф.И., Косова М.Г., Кузьмина В.В., Маврикиди Ф.И., Молчанова В.В., Николаева В.А., Портмана В.Т., Таш-баева Н.О., Тимирязева В.А., Федорченко Г.П., Шевелева А.С, Шустера В.Г., Greewood W.H., Chase K.W. и других. На основе существующих методик расчета плоских и пространственных размерных цепей, описывающих размерные связи в предположении их детерминированного характера, как правило, решаются задачи анализа размерных цепей методом расчета на максимум-минимум.
Любая машина на протяжении своей "жизни" проходит различные этапы, среди которых наиболее существенными являются этапы создания и производства, эксплуатации и ремонта машин. На каждом из этих этапов возникает не-
14 обходимость в определении характеристик точности деталей машин. В процессе создания и производства машины необходимо правильно назначить и далее обеспечить нормированные характеристики точности. При эксплуатации машины на основе возможных изменений параметров деталей требуется спрогнозировать возникающие в результате этого характеристики рассеивания этих параметров. В ходе ремонта необходимо обоснованно установить и после этого обеспечить требуемые, желательно нормированные, характеристики точности. Поэтому для получения, сохранения и поддержания должного уровня качества сельскохозяйственной техники требуется создание теоретических основ и методик расчета размерных цепей не только при создании и производстве машин, но и при их эксплуатации и ремонте.
Назначению норм точности на параметры деталей в процессе ремонта сельскохозяйственной техники уделяется недостаточное внимание. Как правило, характеристики точности на параметры восстановленных деталей задаются по аналогии с новыми деталями, что не всегда является оправданным. Разработке методик назначения характеристик точности геометрических параметров деталей при ремонте техники посвящены работы Бурумкулова Ф.Х., Голубева И.Г., Ерохина М.Н., Иванова А.И., Михлина В.М., Степанова А.Г., Черноива-нова В.И., Челпана Л.К. и других ученых. Особую важность при получении требуемых характеристик точности деталей сборочных единиц отремонтированной техники приобретают расчеты размерных цепей. Вопросы создания методик достижения требуемой точности при ремонте машин с помощью решения задач размерных цепей отражены в работах Дехтеринского Л.В., Котина А.В., Лезина П.П., Полещенко П.В., Сабирова М.Х. и других исследователей.
На каждом этапе жизненного цикла машины важно не только обеспечить требуемое качество, но и оценить его уровень. Особую остроту данная ситуация приобретает при проведении сертификации сельскохозяйственной техники не только по показателям технической и экологической безопасности, но и по показателям назначения, к которым относятся показатели качества деталей и сборочных узлов машин в процессе производства и ремонта. Для упрощения
15 оценки качества таких непростых объектов, как деталь сложной конфигурации
или сборочная единица, надо учитывать реально существующие размерные связи между их геометрическими параметрами. Для каждого замыкающего звена соответствующей размерной цепи сложного объекта может быть выявлен уровень качества, отражающий относительную оценку качества по всем размерам параметров, входящих в размерную цепь. В результате каждый из этих показателей в той или иной степени характеризует уровень качества некоторой части изучаемого объекта в комплексе, а их совместная оценка качества на основе построения среднего взвешенного геометрического показателя будет являться обобщенной оценкой качества сложного объекта.
Поэтому исследования, связанные с созданием теоретической и методи
ческой базы для решения задач синтеза и анализа одно- и многомерных размер
ных цепей сборочных единиц при стохастическом характере звеньев, а также с
оценкой уровня качества деталей и сборочных единиц производимой и ремон
тируемой сельскохозяйственной техники, являются актуальными и имеют
большое значение как для агропромышленного комплекса, так и для других от
ії раслей экономики Российской Федерации.
Работа осуществлялась в соответствии с Федеральным законом "Об инженерно-технической системе агропромышленного комплекса" (№ 100-ФЗ от 24 мая 1999 г.), "Федеральной целевой программой стабилизации и развития агропромышленного производства в Российской Федерации на 1996-2000 гг." (Указ Президента Российской Федерации № 933 от 18 июля 1996 г.), "Стратегией развития тракторного и сельскохозяйственного машиностроения России" (Протокол совещания у Председателя правительства Российской Федерации № МК-П5-14пр от 15 сентября 2000 г.), "Комплексной программой стандартиза-ции в области восстановления изношенных деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин на 1981-1985 гг." (Постановление Госстандарта СССР № 183 от И марта 1981 г.).
Целью работы является обеспечение качества сельскохозяйственной техники путем разработки математических основ расчета одно- и многомерных размерных цепей, создания на их базе методик решения задач синтеза и анализа одно- и двухмерных размерных цепей, проведения оценки уровня качества деталей и сборочных единиц, а также технологических процессов их изготовления и восстановления по точности и настроенности в процессе производства и ремонта.
Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:
Разработать геометрическую и алгебраическую модели сложных размерных связей деталей в сборочных узлах;
Создать математические основы расчета одно- и многомерных размерных цепей на основе стохастического подхода к представлению размерных связей;
Получить формулы для теоретико-вероятностного метода расчета одно- и двухмерных размерных цепей;
Провести классификацию теоретических законов распределения и выявить способы обоснования данных законов с целью их использования для установления законов распределения замыкающего звена при решении задач одно- и многомерных размерных цепей;
Исследовать способы образования теоретических законов распределения замыкающего звена и области их применимости при решении одно- и многомерных размерных цепей путем последовательного ослабления условий центральной предельной теоремы;
Установить порядок обоснования теоретических законов распределения на основе раскрытия "схем" их образования;
7. Дать количественную оценку вклада характеристик составляющих
звеньев в характеристики замыкающего звена одно- и многомерных размерных
цепей и разработать методику ранжирования звеньев размерных цепей;
8. Разработать методики решения задач синтеза и анализа размерных це
пей при изготовлении и ремонте сборочных единиц сельскохозяйственной тех-
17 .
ники;
9. Создать методику оценки уровня качества деталей и сборочных единиц
сельскохозяйственной техники при изготовлении и ремонте на основе усовер
шенствованной концепции управления качеством;
10. Разработать методические рекомендации по применению полученных
методик решения задач синтеза и анализа размерных цепей, создать программ
ное обеспечение для решения этих задач и провести производственную провер
ку данных рекомендаций.
Объектом проводимых исследований являются сложные множественные соединения деталей сборочных единиц при производстве и ремонте сельскохозяйственной техники. Предметом исследований являются характеристики точности размеров деталей сборочных единиц, входящих в размерные цепи.
Поставленные научные задачи решались на основании системного подхода к объекту исследований с использованием функционального, современного математического и матричного видов анализа, методов теории вероятностей и математической статистики, теории приближения функций, линейной алгебры, аналитической геометрии, теории базирования, квалиметрии, оценки и управления качеством.
Научная новизна исследований заключается в разработке ряда теоретических и методологических положений, направленных на развитие теории размерных цепей и создание методик решения задач синтеза и анализа размерных цепей сборочных единиц с целью обеспечения требуемого уровня качества сельскохозяйственной техники и его оценки, основу которых составляют:
Моделирование размерных цепей на основе последовательного геометрического и алгебраического представления размерных связей деталей сборочных единиц;
Математические основы расчета одно- и многомерных размерных цепей на базе стохастического представления размерных связей деталей сборочных единиц;
Классификация теоретических законов распределения на основе иссле-
18 дования "схем" их образования;
Концепция обоснования теоретического закона распределения замыкающего звена одно- и многомерных размерных цепей на основе исследования последовательного ослабления условий центральной предельной теоремы;
Методология решения задач синтеза размерных цепей на основе концепции "синтез через анализ";
Теоретические и методические основы определения уровня качества деталей и сборочных единиц на базе смешанной системы управления качеством при изготовлении и ремонте техники;
Теоретические и методические основы методов решения задач синтеза линейных одномерных размерных цепей сборочных единиц при изготовлении и ремонте на основе установленных зависимостей для характеристик звеньев цепей и переборных алгоритмов для этих характеристик;
Теоретические и методические основы решения задач анализа нелинейных одно- и двухмерных размерных цепей сборочных единиц при изготовлении сельскохозяйственной техники.
Достоверность результатов работы обеспечена используемой концепцией математического моделирования размерных связей в сборочных единицах, разработанной методологией получения основных уравнений и установления теоретических законов распределения при решении задач размерных цепей, обоснованной моделью управления качества при изготовлении и ремонте машин, заданной величиной доверительной вероятности, допускаемой величиной ошибки вычислительных операций и подтверждена экспериментальной проверкой в производственных условиях.
В результате проведенных исследований разработаны методики ранжирования звеньев размерных цепей, решения задач синтеза и анализа размерных цепей при различных методах достижения точности деталей и сборочных единиц, методики оценки уровня качества деталей и сборочных единиц, а также технологических процессов их изготовления и восстановления по точности и настроенности при производстве и ремонте сельскохозяйственной техники, соз-
дано программное обеспечение применения данных методик.
Результаты исследований реализованы в виде методических рекомендаций по оценке уровня качества деталей и сборочных единиц сельскохозяйственной техники в процессе производства и ремонта, рекомендованных к использованию Научно-техническим советом Минсельхоза России; официально зарегистрированных программ для ЭВМ, утвержденных решением Роспатента; методических рекомендаций по оценке уровня качества технологических процессов по точности и настроенности, а также по решению задач синтеза и анализа размерных цепей, используемых при проектировании, испытании и разработке технологических процессов производства и ремонта сельскохозяйственных машин в научно-исследовательских и проектно-конструкторских учреждениях, на машиноиспытательных станциях, на машиностроительных и специализированных ремонтных предприятиях агропромышленного комплекса (ОАО "Сасовкорммаш", ОАО "Волоколамский АРЗ", ЗАО "Кичигинский ремонтный завод", ФГУП НИКТИД, Владимирская МИС, ОАО "Клинское РТП", ООО "Технореммаш"). Результаты исследований использованы в учебном пособии для вузов, а также применяются в учебном процессе при преподавании ряда дисциплин в ФГОУ ВПО МГАУ.
Автором лично получены и выносятся на защиту следующие основные положения:
математические основы расчета размерных цепей при случайном характере размерных взаимосвязей деталей сборочных единиц;
концепция обоснования теоретического закона распределения замыкающего звена размерных цепей сборочных единиц;
методология решения задач синтеза и анализа размерных цепей при различных методах достижения точности в процессе изготовления и ремонта сборочных единиц;
смешанная модель управления качеством при определении уровня качества деталей и сборочных единиц при изготовлении и ремонте техники.
Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены
20 и одобрены на конгрессах, симпозиумах, конференциях, семинарах, совещаниях, заседаниях и т.д., в частности, на:
конгрессе "Конструкторско-технологическая информатика 2000і" (г. Москва, 2000 г.);
международных симпозиумах "Трение, изнашивание, усталость" (г. Гомель, 1993 г.), 'Надежность и качество 2000" (г. Пенза, 2000 г.);
международной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (п. Вороново Московской обл., 1995 г.);
юбилейной международной научно-технической конференции "Вопросы
совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения" (г. Тула, 1996 г.);
международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию образования системы государственных испытаний сельскохозяйственной техники ("АГРОТЕХИСПЫТАНИЯ-98") (г. Солнечногорск Московской обл., 1998 г.);
международных научно-технических конференциях, посвященных памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова (г. Самара, 1999, 2001 гг.);
первой международной научно-практической конференции "Методы и технические средства испытания и сертификации технологий, техники и сельскохозяйственной продукции" (г. Москва, 2000 г.);
всероссийских научно-технических конференциях "Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе" (г. Владимир, 1995 г.), ''Машиностроительные технологии" (г. Москва, 1998 г.);
российских научно-технических конференциях "Новые материалы и технологии " (г. Москва, 1994,1995,1997,1998 гг.);
научно-практических конференциях "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (г. Москва, 1993 г.), "Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения
21 долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин" (г. Саранск, 1994 г.);
международных научно-технических и научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Московского института инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П. Горячкина (Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина) (1980-2002 гг.);
международном научно-техническом семинаре "Сборка в машиностроении и приборостроении" (г. Брянск, 2001 г.);
международных школах "Новое в теории точности и качества машин и приборов" (СПб., 1996,1997,1998, 2000 гг.);
семинарах "Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин" (г. Москва, 1994 г.), "Информационное и методическое обеспечение оценки качества машин при изготовлении и ремонте" (г. Москва, 1996 г.), "Современные технологии восстановления и упрочнения деталей - эффективный способ повышения надежности машин" (г. Москва, 1996 г.);
научно-методическом семинаре заведующих кафедрами и ведущих преподавателей по дисциплине "Метрология, стандартизация и квалиметрия" (г. Москва, 1995 г.);
Научно-методическом совете Минсельхоза России, секция 'Техническая политика", (г. Москва, 2001 г.);
заседаниях кафедры метрологии, стандартизации и квалиметрии (г. Москва, 1999-2002 гг.) и расширенном заседании кафедры метрологии, стандартизации и квалиметрии Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина (г. Москва, 2002 г.).
Основные положения диссертации отражены в более чем 80 опубликованных работах, в том числе в трех монографиях общим объемом около 40 п.л., в учебном пособии для вузов, 47 статьях, в том числе 19 в центральных журналах.
