Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Автоматизация контроля и современное состояние контрольных автоматов 18
1.1. Основные задачи и средства автоматизации производственных процессов 18
1.2. Автоматизация контроля как ведущий фактор в обеспечении высокого качества изготовляемых изделий 20
1.3. Контрольные автоматы и их классификация 24
1. 4. Постановка задачи исследования 31
1.5. Автомат для многопараметрического контроля качества элементов электрического питания 33
Глава 2. Кинематический анализ мальтийских механизмов с внешним зацеплением 40
2.1. Мальтийские механизмы с внешним зацеплением с круговым равномерным движением цевки 40
2.2. Кинематика механизма мальтийского креста с внешним зацеплением 46
2.3. Кинематические и динамические недостатки мальтийских механизмов с внешним зацеплением 48
Глава 3. Кинематический синтез мальтийских механизмов 52
3.1. Разработка математической модели закона изменения ускорения мальтийского креста 52
3. 2. Вывод функции положения креста проектируемых мальтийских механизмов 64
3.3. Преимущества проектируемых мальтийских механизмов по сравнению с существующими мальтийскими механизмами с внешним зацеплением 68
3.4. Проектирование мальтийских механизмов с безударным законом движения креста 71
Глава 4. Мальтийские механизмы с кулисным ускорителем 78
4.1. Описание конструкции мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 78
4.2. Вывод формулы для функций положения мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе 81
4.3. Вывод формулы для функций положения мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущем кривошипе 86
Глава 5. Оптимизационный синтез мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 89
5.1. Метод оптимизации как средство принятия оптимальных решений... 89
5. 2. Нахождение оптимальных параметров мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 96
5.3. Расчёт коэффициентов времени работы мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 99
Глава 6. Экспериментальное исследование мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 104
6.1. Описание экспериментальной установки 104
6. 2. Результаты эксперимента и расчёт погрешности измерений 108
6.3. Оценка практической значимости экспериментального исследования мальтийских механизмов с кулисным ускорителем 118
Заключение 120
Библиографический список использованной литературы 130
Приложения
- Автоматизация контроля как ведущий фактор в обеспечении высокого качества изготовляемых изделий
- Кинематика механизма мальтийского креста с внешним зацеплением
- Вывод функции положения креста проектируемых мальтийских механизмов
- Вывод формулы для функций положения мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе
Введение к работе
ЬИБ-ЇИОІЕКА
С.-Петербург
ОЭ ЙОобакт Н (S
Актуальность темы. Важнейшим условием при создании новых и модернизации существующих измерительных средств автоматического контроля в современном машиностроении является улучшение качества выпускаемых изделий при одновременном увеличении эффективности производства. При этом ведущая роль в обеспечении высокого качества промышленных изделий, значительная часть которых изготовляется на автоматических линиях, принадлежит контрольно-измерительным автоматам, предназначенным для многопараметрического контроля этих изделий как в процессе их изготовления, так и для их неразрушающего послеоперационного контроля. Несмотря ,на то, что в последнее время разработано достаточно большое количество контрольно-измерительных приборов с высокой степенью автоматизации, производительность в области контроля качества продукции растёт крайне медленно. Поэтому проектирование новых автоматических приборов контроля, отличающихся повышенной производительностью, является одной из приоритетных задач при автоматизации контрольно-измерительных процессов и главным фактором в обеспечении объективного высокопроизводительного контроля качества выпускаемых изделий. Следовательно, задача повышения производительности контроля различных контрольно-измерительных устройств, в том числе многопозиционных автоматов, приобретает особую значимость и требует новых методологических подходов, способствующих реальному достижению высококачественного производственного контроля. Успешного решения этой задачи можно добиться посредством разработки и оптимизации новых прикладных методов расчёта и синтеза отдельных функциональных элементов, в частности, позиционирующих устройств, входящих в состав многопараметрических контрольно-измерительных автоматов. Таким образом, всё вышесказанное в совокупности определяет объективные признаки актуальности темы настоящей диссертации.
Цель работы - повышение производительности неразрушающего послеоперационного контроля многопараметрических контрольно-измерительных автоматов на основе разработанного метода оптимизационного синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем.
В настоящее время интерес к мальтийским механизмам, осуществляющим прерывистое движение и точное позиционирование выходного звена, определённо возрастает, так как они находят широкое практическое применение во многих отраслях производства. Наряду с этим, теория синтеза мальтийских механизмов, изучающая методы их проектирования, представлена в технической литературе недостаточно полно и потому нуждается в дальнейшем развитии.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:
-
Кинематический синтез мальтийских механизмов с учётом комплексного анализа основных кинематических характеристик существующих мальтийских механизмов с внешним зацеплением.
-
Разработка методов расчёта мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе.
-
Оптимизационный синтез мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе с числом пазов креста z = 3,4, 5, 6, 8, 10 и 12.
-
Расчёт коэффициентов времени работы мальтийских механизмов с кулисным ускорителем с оптимальными параметрами при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе с числом пазов z = 3,4,5, 6, 8, 10 и 12.
-
Экспериментальные исследования мальтийских механизмов с кулисным ускорителем для подтверждения обоснованности выдвинутых в работе теоретических положений и оценка практической значимости метода оптимизационного синтеза, разработанного в целях повышения производительности многопараметрического неразрушающего контроля.
5 Научная новизна данного исследования состоит в новых результатах, полученных в рамках настоящей диссертации:
-
Разработана математическая модель функции аналога углового ускорения, которая представляет собой динамическую характеристику наилучшего разгона креста мальтийских механизмов.
-
Предложен метод синтеза мальтийских механизмов с различным числом пазов креста, в результате которого получен механизм, обладающий лучшими динамическими характеристиками.
-
Разработаны методы расчёта мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе, позволяющие при оптимальном проектировании данных механизмов с различным числом пазов креста находить их наилучшие параметры.
-
Разработан и оптимизирован метод синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе с использованием соответствующей программы оптимизации.
-
Рассчитаны коэффициенты времени работы креста мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе при оптимальных значениях параметров этих механизмов.
Практическая ценность работы заключается в дальнейшей реализации
её результатов и последующем внедрении теоретических основ разработанного
метода синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем
непосредственно в производство, что позволит проектировщикам и
конструкторам приступить к использованию новых типов мальтийских
механизмов в инженерной практике. Результаты проведённых теоретических и
экспериментальных исследований объективно свидетельствуют о практической
значимости предложенного метода, посредством которого реально достигается
повышение производительности многопозиционных контрольно-
измерительных автоматов. Тем самым, решается задача обеспечения высокопроизводительного многопараметрического контроля качества выпускаемых изделий.
Методы исследований. Диссертационная работа выполнена на основе комплексных аналитических исследований, которые проводились на различных математических моделях. Для решения практических задач проектирования в настоящей работе широко используются методы прикладной математики, в том числе методы гармонического анализа, а также прикладные программы оптимизации, позволяющие упрощать решение задач синтеза механизмов. Проверка состоятельности выдвинутых теоретических положений выполнялась путём сравнительного анализа с результатами эксперимента.
Достоверность и обоснованность полученных результатов работы обеспечивается корректностью постановки технических задач и применением аналитических и численных методов их решения, а также положительными результатами экспериментальной проверки, подтверждающими основные выводы теоретических исследований.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель аналога углового ускорения креста, представляющая собой наилучшую динамическую характеристику мальтийского механизма с наиболее благоприятным характером движения его ведомого звена.
-
Методика расчёта мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе.
-
Метод оптимизационного синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем, позволяющий повысить производительность контроля многопараметрических контрольно-измерительных автоматов.
-
Основные результаты и выводы работы, подтверждающие эффективность использования предложенного метода оптимизационного синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации были использованы «Производственная компания Старт» (г. Долгопрудный Московской области) при проектировании и изготовлении карусельных многоручьевых дозаторов-питателей для приготовления многокомпонентных
7 смесей детского и функционального питания, а также для контроля и управления заполнением по массе, объёму и уровню накопительных ёмкостей. Конструкторские изменения, внесённые по результатам расчётов в карусельный многоручьевой дозатор-питатель, позволили увеличить его производительность на 8-10%. Кроме того, полученные в работе результаты используются в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета. Копии актов об использовании прилагаются.
Апробация работы. Основные выводы и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на семинарах кафедры приборов контроля и систем экологической безопасности и кафедры автоматизации производственных процессов Северо-Западного государственного заочного технического университета (2000 - 2006 гг.). Материалы диссертации обсуждались и получили позитивную оценку на международной научно-технической конференции «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов» (г. Могилёв, Республика Беларусь, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объём работы. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 100 наименований и четырёх приложений. Общий объём диссертации составляет 190 страниц и содержит 19 рисунков и 14 таблиц, не считая вынесенных в приложения.
Автоматизация контроля как ведущий фактор в обеспечении высокого качества изготовляемых изделий
Автоматизация технологических процессов машиностроительного производства вызвала автоматизацию технологических процессов контроля качества. Обеспечение высокого качества выпускаемых промышленных изделий при одновременном увеличении эффективности производства напрямую зависит от автоматизации на всех его этапах и является на сегодня одной из наиболее серьёзных проблем. В общем случае качество - это совокупность свойств объекта производства, обусловливающих его пригодность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением. Под уровнем качества изделия понимают сравнительные характеристики количественных, качественных и функциональных параметров нового изделия с такими же параметрами существующих аналогов или изделий, выполняющих аналогичные функции. При этом следует отметить, что "качество изделия как совокупность свойств закладывается в процессе научных изысканий, конструкторских и технологических разработок, создаётся в процессе производства, а проявляется при эксплуатации"2.
Ведущую роль в обеспечении высокого качества изготавливаемой продукции играет хорошо организованный, оснащённый современными средствами измерений и испытаний технический контроль производства продукции. Контроль - разновидность измерения, когда в результате процесса сравнения (измерения) устанавливают соответствие объекта измерения (контроля) заданным предельным значениям физических величин. Под автоматическим контролем понимается процесс измерения, при котором действия оператора полностью заменяются действиями механизмов измерительного средства. Результаты контроля не выдаются в виде значения физической величины, а чаще всего даётся информация о годности или негодности контролируемого объекта или параметра. Иногда по результатам контроля предпринимаются какие-либо действия по управлению процессом производства или выдаются команды на разделение контролируемых объектов на размерные группы в пределах определённых значений или разделение контролируемых объектов на группы годности (годные и брак).
Процесс технического контроля представляет собой действия по определению состояния объекта контроля. При этом ему присущи различные свойства, которые задаются при его проектировании и проявляются при его проведении. Характеристики свойств контроля определяются качественными и количественными признаками. Примерами качественных признаков могут служить автоматизация и механизация контроля (ручной, механизированный, автоматизированный, автоматический), используемый метод контроля (разрушающий, неразрушающий). Количественные признаки свойств контроля являются его показателями (точность измерений, достоверность контроля и т. п.). Размещение контрольных операций в технологическом процессе формирует структуру процесса контроля. Поэтому оптимизация размещения контрольных операций является одновременно и оптимизацией структуры процесса технического контроля. При размещении можно выделить два типа структуры контроля: 1) контроль производится в конце технологического процесса по всем контрольным параметрам в виде приёмочного контроля и 2) операционный контроль выполняется периодически через несколько операций, начиная от входного контроля и заканчивая приёмочным. Первый тип структуры соответствует наименьшим затратам на контроль, но при этом велика вероятность получения брака обработки изделия и увеличения затрат на всех технологических операциях. Ранняя отбраковка таких изделий при втором типе структуры контроля обеспечивает уменьшение непроизводительных затрат труда, но повышает трудоёмкость самого процесса контроля. Выбор вида технического контроля в зависимости от назначения технологического процесса считается одной из первоочередных задач оптимизации процессов контроля. "К видам технического контроля относят непрерывный, периодический, летучий контроль технологических операций, а также сплошной и выборочный контроль качества продукции, предъявляемой отделу технического контроля. От правильности выбора контроля зависят периодичность и объём выполнения контрольных операций, а следовательно, их трудоёмкость, численность и квалификация контролёров, оснащённость операций средствами контроля, применяемые методы контроля, достоверность и точность технического контроля"3. Здесь важно заметить, что при налаженном технологическом процессе вполне достаточен выборочный контроль готовых изделий. Целесообразность же сплошного контроля объектов измерения, вызванная отклонениями их размеров от заданных допусков, обусловлена в одних случаях недостаточной точностью обрабатывающего оборудования, в других - недостаточной устойчивостью технологических процессов. Стопроцентный контроль производится также, если по условиям эксплуатации к изделиям предъявляются особенно высокие требования в отношении соблюдения установленных допусков. При выполнении сплошного контроля готовых изделий массового и крупносерийного производства ручной контроль должен быть полностью заменён автоматическим, отличающимся высокой производительностью, объективностью и точностью. Только в этом случае удастся добиться повышения производительности и точности контроля, сокращения численности контрольного аппарата и потерь от брака, ликвидации разрыва между производительностью процессов обработки и контроля. "Сущность автоматизации контроля заключается в, создании высокопроизводительных машин или приборов, осуществляющих контроль качества выпускаемого изделия на различных стадиях его изготовления. Строя и совершенствуя такие машины, мы получаем возможность активно вмешиваться в технологический процесс и, таким образом, создавать средства контроля, предупреждающие и устраняющие физико-технические причины возникновения брака"4. Широкое развитие и использование различных средств автоматического контроля является необходимым условием успешного внедрения комплексной автоматизации и передовой технологии в машино- и приборостроение. При этом следует стремиться к достижению такого высокоавтоматизированного контроля, который позволяет автоматически подбирать самый рациональный и оптимальный режим производственного процесса, при котором наиболее экономно и разумно используется энергия и время, а также обеспечивается наивысшее качество выпускаемой продукции. Многие контрольные операции нынешнего машиностроения автоматизированы, посредством применения высокопроизводительного, быстропереналаживаемого и универсального оборудования: автоматов, полуавтоматов, специализированных агрегатов с программным управлением. "Автоматом называется самоуправляющаяся технологическая машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все рабочие и все холостые движения цикла и нуждается лишь в контроле со стороны рабочего"5. При этом, "если отсутствует хотя бы один из основных механизмов для автоматического осуществления холостых ходов, рабочий цикл прерывается и требует вмешательства оператора (рабочего). В таких случаях машина является полуавтоматической технологической (или полуавтоматом)"6. Само слово «автомат» в переводе с древнегреческого означает «самодействующий». Начало практического использования автоматов в промышленности относится к периоду промышленной революции 18-19-го вв., а до этого времени они оставались лишь игрушками. В России первый автоматический суппорт был изобретён выдающимся машиностроителем 18-го в. А. К. Нартовым.
Кинематика механизма мальтийского креста с внешним зацеплением
На рис. 4 представлен мальтийский механизм с внешним зацеплением, в положении, когда палец 2, жёстко прикреплённый к кривошипу 1, находится в прорези лопасти мальтийского креста 3. Кинематическая схема данного механизма определяется двумя основными параметрами: расстоянием L между осями вращения кривошипа и креста, а также длиной R кривошипа. Будем отсчитывать угол поворота кривошипа ф и угол поворота креста у от прямой ОіОг, соединяющей центры их вращения. Для нахождения углового ускорения креста продифференцируем равенство (2.3) по времени, предполагая, что со, = const, т.е. что ведущее звено вращается равномерно. Так как X = sin л/z, то в момент входа пальца в прорезь ф = 90-у/2 и угловое ускорение креста При этом выражение для аналога углового ускорения креста имеет вид: (2.6) Началу и концу поворота креста соответствует угол поворота кривошипа ±Ф,,где Подставив эти значения в формулу (2.3), получим со = 0, значит, при входе и выходе цевки из паза угловая скорость креста равна нулю, следовательно, в механизме отсутствуют жёсткие удары. Из условия є = — = 0 находим, что экстремум угловой скорости креста dt должен быть при ф = 0, т. е. при совпадении оси паза креста с линией, -48-соединяющей оси вращения креста и кривошипа. Экстремальное значение аналога угловой скорости креста будет:. к 1-А, Значения аналога угловых ускорений креста в моменты начала и конца поворота, т. е. при ф = + Так как величина — 0, то всегда єн 0, т. е. начало и конец поворота z креста всегда сопровождается мягким ударом (скачком ускорений). Далее, по формулам (2.2), (2.4) и (2.6), найдём для мальтийских механизмов с числом пазов z = 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 12 значения угла поворота у, со 8 аналога угловой скорости — и аналога углового ускорения — креста в «к зависимости от угла поворота кривошипа ср = ±ср, (см. табл. П1.1 - П1.7, П1.8 П1.14, П1.15 — П1.21, соответственно представленные в приложении 1). Кроме того, сообразно с данными этих таблиц, построим графики этих функций для исследуемых мальтийских механизмов с внешним зацеплением (см. там же). Анализ представленных в приложении 1 таблиц и графиков позволяет сделать вывод, что наряду с конструктивными и эксплуатационными достоинствами существующие мальтийские механизмы с внешним зацеплением имеют не совсем благоприятные динамические свойства, которые зависят от кинематических характеристик выходного звена.
Величины основных параметров, определяющих кинематику креста данных мальтийских механизмов в зависимости от числа z пазов, приведены в таблице 2.3. К ним о относятся экстремальные значения аналога угловой скорости ——, значения єн аналога углового ускорения —у креста в моменты начала и конца поворота и экстремальные значения аналога углового ускорения ——, а также значения угла фэ, при котором угловое ускорение креста принимает экстремальные значения. Из приведённых в таблице 2.3 данных следует, что при уменьшении числа z пазов креста его экстремальные ускорения и угловые ускорения в начале и конце поворота значительно увеличиваются по абсолютной величине. Например, если сравнить два механизма, кресты которых имеют число пазов 3 и 8, а кривошипы вращаются с одинаковой постоянной частотой, то максимальное значение углового ускорения у трёхпазового креста в 45 раз больше, чем у восьмипазового креста. Соответственно возрастают и динамические нагрузки в кинематических парах. Если сравнение провести для случая равенства продолжительности периодов остановки за счёт изменения частоты вращения входного звена, то различие в угловых ускорениях выходного звена для сравниваемых чисел пазов достигает 80. Значит, при малом числе пазов выходное звено мальтийского механизма имеет плохие динамические характеристики. Необходимо отметить, что оптимальное сочетание коэффициента времени работы и допустимых значений динамических нагрузок в кинематических парах выбирают на основе анализа конкретных условий работы механизма. На практике чаще всего применяют кресты с числом пазов 4, 6 и 8. Следует также обратить внимание, что угловое ускорение креста в начале периода движения и при остановке изменяется скачком от нулевого значения до некоторой конечной величины. Величина этого скачка определяет интенсивность мягкого удара, которая тем больше, чем меньше число z. Таким образом, это резкое возрастание ускорений, а с ними и динамических нагрузок является существенным недостатком мальтийских механизмов с внешним зацеплением с малым числом пазов креста.
Вывод функции положения креста проектируемых мальтийских механизмов
Для реализации выбранных законов движения с динамическими характеристиками, близкими к оптимальным, требуются многопараметрические механизмы, которые позволяют осуществить хорошее приближение.
В качестве таких механизмов могут быть использованы мальтийские механизмы с кулисным или планетарным ускорителем. В данной исследовательской работе задача улучшения кинематических и динамических параметров мальтийских механизмов решается посредством оптимизационного синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем, в процессе которого и осуществляется приближение к выбранному комбинированному закону движения косинусоидального типа с наиболее благоприятным характером изменения аналога ускорения креста (рис. 9). Здесь важно заметить, что приближение к выбранному комбинированному закону движения синусоидального типа (рис. 12) может быть достигнуто при оптимальном проектировании мальтийских механизмов с планетарным ускорителем. Поскольку методы синтеза мальтийских механизмов с планетарным ускорителем не являются предметом рассмотрения данной диссертации, их изучению должно быть посвящено отдельное исследование, которое выходит за рамки настоящей работы. В следующей главе выводятся формулы для функций положения мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе и при ведущем кривошипе, которые необходимы для поиска наилучших параметров данных механизмов при их оптимизационном синтезе. Для увеличения производительности контроля многопозиционных контрольно-измерительных автоматов, использующих в качестве позиционирующих устройств мальтийские механизмы, следует уменьшить время движения креста, так как рабочий процесс выполняется во время его покоя. С этой целью применяются кулисные ускорители, при которых в момент движения креста сам кривошип вращается ускоренно, за счёт чего и достигается уменьшение коэффициента времени работы креста и тем самым повышается производительность данных автоматов.
Траекторией движения пальца кривошипа остаётся окружность, поэтому в момент входа в паз креста и выхода из него мягкий удар не исчезает, но всё же удаётся уменьшить максимальные значения углового ускорения креста в период его движения. Кулисным ускорителем может служить механизм с вращающейся кулисой или зубчатый механизм с переменным передаточным отношением. Кроме того, уменьшение коэффициента времени движения креста может быть достигнуто также, если цевку установить на шатуне шарнирного четырёхзвенника, и подобрать форму шатунной кривой так, чтобы время движения цевки по пазу было меньше времени её движения вне паза. Наконец, можно сделать пазы криволинейными. Тогда кулисный механизм превращается в кулачковый. Выбором профиля паза можно получить почти любой график движения, но при этом теряется одно из главных достоинств мальтийского механизма - простота изготовления. В настоящей работе в качестве кулисного ускорителя наиболее целесообразным является использование механизма с вращающейся кулисой. На рис. 14, а изображена кинематическая схема мальтийского механизма с кулисным ускорителем при ведущей кулисе, когда равномерное вращение кулисы 1 преобразуется в неравномерное вращение кривошипа 2 (диска с двумя пальцами). При этом кривошип 2 вращается с большей угловой скоростью во время движения пальца по прорези лопатки мальтийского креста 3. На рис. 14, б показана идентичная кинематическая схема мальтийского механизма с кулисным ускорителем, где ведущим звеном служит кривошип 1, при равномерном вращении которого кулиса 2 вращается неравномерно. ведущей кулисе; б) при ведущем кривошипе.
Установим соотношения между конструктивными размерами основных звеньев рассматриваемого мальтийского механизма с кулисным ускорителем (рис. 14). Введём следующие обозначения для кулисного ускорителя: г — длина кривошипа; 1 — расстояние между центрами вращения кривошипа и кулисы; а — угол поворота ведущего звена (кулисы или кривошипа). Для мальтийского механизма оставим ранее принятые в параграфе 2. 2 обозначения соответствующих длин звеньев и углов: R — длина кривошипа; L — расстояние между центрами вращения кривошипа и креста; ф — угол поворота кривошипа; у — угол поворота креста. Примем — = X и - = А,,. Заметим, что параметр X является известной величиной, значения которой приведены в таблице 2.2. Значения параметра Х{ находятся с помощью соответствующей программы оптимизации, о которой речь пойдёт в следующей главе. При этом полагаем отношение - 1, так как только в этом случае будет обеспечиваться проворачиваемость звеньев в данном кулисном ускорителе, который представляет собой механизм с вращающейся кулисой. Конструкция мальтийского механизма с кулисным ускорителем представлена в приложении 3. Детали мальтийского механизма с кулисным ускорителем находятся в литой коробке, состоящей из корпуса 1 и крышки 2. Полости коробки плотно заполнены маслом, которое не требует замены до ремонта всего механизма. Крышка крепится к коробке винтами 3. Для предупреждения выдавливания масла между коробкой и крышкой помещается прокладка 4. Коробка мальтийского механизма с кулисным ускорителем крепится в плате тремя винтами. В крышке коробки имеется отверстие, предназначенное для заливки масла и закрываемое винтом-пробкой 5. Вал 6 мальтийского креста вращается в эксцентричной подшипниковой втулке 7 из бронзы. Она крепится к корпусу 1 стопорным винтом 8 и может поворачиваться для регулирования креста специальным ключом.
Вывод формулы для функций положения мальтийских механизмов с кулисным ускорителем при ведущей кулисе
Следует отметить значительную и всё возрастающую роль оптимальных решений в технике при проектировании и эксплуатации различных технических объектов и систем. При этом особую важность поиск и принятие оптимальных решений приобретают в области синтеза механизмов, который заключается в проектировании новых механизмов выбранной структуры по заданным кинематическим и динамическим условиям. "Так как при решении задач синтеза механизмов мы имеем дело чаще всего с многокритериальными системами, то задачи синтеза связаны обычно с поиском оптимальных вариантов. Нахождение оптимальных вариантов или областей, в которых существуют эти варианты, требует развития теории оптимального синтеза механизмов. Решение подобных задач, как правило, возможно только с помощью ЭВМ, а это требует разработки соответствующих алгоритмов и программ"1. Таким образом, среди всего многообразия существующих методов проектирования механизмов, наиболее перспективным и эффективным в решении конкретных задач синтеза механизмов, возникающих в современной практике их проектирования и конструирования, является метод оптимизации. С учётом этого, в данной диссертационной работе с целью повышения производительности контроля многопозиционных контрольно-измерительных автоматических устройств используется метод оптимизационного синтеза мальтийских механизмов с кулисным ускорителем, в результате которого достигается принятие оптимальных решений.
Как показывает опыт, оптимальные решения бывают лучше решений, принятых традиционными методами, на 5 - 15% величины критерия, по которому производится оптимизация. Вместе с тем, принятие оптимальных решений связано со следующими трудностями: во-первых, надо иметь необходимые знания, без которых принятие оптимальных решений невозможно; во-вторых, должно быть разработано программное обеспечение для решения задач оптимизации.
Принятие оптимальных решений базируется на "трёх китах"2: математической модели; а решении задач на компьютере; а исходных данных. Математическое моделирование имеет два существенных преимущества: даёт быстрый ответ на поставленный вопрос, на что в реальной обстановке могут потребоваться годы; предоставляет возможность широкого экспериментирования, осуществить которое на реальном объекте зачастую невозможно. Чтобы моделирование было успешным надо следовать трём правилам: а учитывать главные свойства моделируемого объекта; р пренебрегать его второстепенными свойствами; а уметь отделить главные свойства от второстепенных.
При выполнении третьего правила не всегда бывает легко отделить главное от второстепенного и составить приемлемую математическую модель. В этом случае слова древних греков "Если двое делают одно и то же, это не значит, что получится одно и то же" в полной мере относятся к составлению математических моделей. Не вызывает сомнения, что для успешного принятия оптимального решения необходимо знать, что такое математическая модель и представлять, каким образом компьютер находит решение. "Математическая модель в общем виде состоит из трёх составляющих: целевой функции (ЦФ), ограничения (ОГР) и граничных условий (ГРУ). ЦФ - целевая функция или критерий оптимизации, показывает, в каком смысле решение должно быть оптимальным, т. е. наилучшим. При этом возможны три вида назначения целевой функции: максимизация, минимизация и назначение заданного значения. ОГР - ограничения устанавливают зависимости между переменными. Они могут быть как односторонними, так и двусторонними. ГРУ - граничные условия показывают, в каких пределах могут быть значения искомых переменных в оптимальном решении.
Решение задачи, удовлетворяющее всем ограничениям и граничным условиям, называется допустимым. Если математическая модель задачи оптимизации составлена правильно, то задача будет иметь целый ряд допустимых решений"3.
Как правило, математическая модель описывает зависимость между исходными данными и искомыми величинами. В этом случае алгоритм представляет собой последовательность действий, которые надо выполнить, чтобы от исходных данных перейти к искомым величинам.
Алгоритмы задач принятия решений настолько сложны, что без применения компьютера использовать их практически невозможно. Компьютер с помощью программного обеспечения реализует алгоритмы поиска оптимального решения, которые преобразуют исходные данные в искомый результат. Важно заметить, что до последнего времени не было такого удобного для пользователя программного обеспечения. Лишь с появлением Excel 7.0 для Windows 95 (а до этого Excel 5.0 для Windows 3.1) вопрос о необходимом программном обеспечении оказался решённым. При этом надо иметь в виду, что в части поиска оптимальных решений Excel версии 5.0 отличается несущественно от Excel версии 7.0. Кроме того, данная функция поиска оптимальных решений сохранена и доступна в существующих более поздних версиях Microsoft Excel, например, Excel 97 или Excel 2000. При рассмотрении алгоритмов и методов поиска оптимальных решений, которые реализуются средствами Microsoft Excel, следует также принять во внимание, что в процедуре поиска решения используется алгоритм нелинейной оптимизации Generalized Reduced Gradient (GRG2), разработанный Леоном Ласдоном (Leon Lasdan, University of Texas at Austin) и Аланом Уореном (Allan Waren, Cleveland State University). Алгоритмы симплексного метода и метода «branch-and-bound» для решения линейных и целочисленных задач с ограничениями разработаны Джоном Уотсоном (John Watson) и Деном Филстра (Dan Fylstra) из Frontline Systems, Inc.