Введение к работе
В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с исследованием процесса сборки с целью улучшения динамических характеристик ротора и снижения трудоемкости его сборки.
Актуальность проблемы. Процесс сборки является завершающим и наиболее ответственным этапом производства авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Некачественная сборка, даже при наличии качественно изготовленных деталей, приводит к ухудшению эксплуатационных свойств. Если характеристики изделия при этом выходят за границы допускаемых значений, то оно признается негодным для эксплуатации и отправляется на доработку или на раскомплекта-цию. При этом процесс сборки отличается сложностью. Это объясняется тем, что в отличие от предшествующих процессов изготовления, элементами которых являются детали или заготовки, объектами сборки являются более сложные специфицированные изделия до законченных двигателей включительно. Соответственно возрастает число выходных параметров (геометрических, кинематических, электрических и др.), подлежащих строгому контролю. Сопутствующие физические явления (деформация деталей, контактные напряжения и др.) сложны и недостаточно изучены, что затрудняет расчеты ожидаемой точности и обеспечение заданных значений этих параметров. Рабочие движения отличаются настолько большим многообразием, что воспроизведение их в автоматических сборочных системах затруднено, а подчас и невозможно. Этим, главным образом, объясняется низкий уровень механизации и автоматизации сборочных работ. В тоже время теория и практика доказывает, что использование научно-обоснованных моделей и методов расчета позволяет с определенной вероятностью прогнозировать выходные параметры изделия, определить необходимые требования к сборке деталей и узлов, а так же непосредственно в процессе сборки оперативно принимать необходимые решения с целью создания наиболее оптимального варианта изделия. При этом существенно снижается трудоемкость и повышается надежность сборки за счет автоматизации ручной работы, растет качество изделия за счет перехода на более высокий уровень производства. Данная работа и направлена на создание одной из таких моделей - математической модели роторного пакета. Необходимость в ее разработке определяется как теоретическими предпосылками (чему свидетельствует разработка рядом ученых методов расчета и оптимизации роторных конструкций при сборке), так и практической значимостью (чему свидетельствуют статистические данные об изготовлении роторов перспективных изделий с ряда заводов). Цель работы. Разработать математическую модель расчета, анализа и оптимизации основных технологических характеристик сборки роторного пакета ГТД с учетом реального качества изготавливаемых деталей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить качественные параметры, характеризующие фактическое состояние ротора в процессе сборки и после его завершения;
провести научный анализ технологии изготовления роторного пакета ГТД путем рассмотрения влияния параметров сборки на фактическое состояние изделия, характеризуемое комплексом соответствующих качественных параметров;
провести сравнительный анализ основных сборочных методов, применяемых для изготовления сложного ротора с заданными характеристиками;
разработать математическую модель роторного пакета ГТД с целью расчета основных его технологических характеристик в процессе и после завершения сборки на основе реального качества изготовляемых деталей;
разработать алгоритм расчета роторного пакета ГТД по данной математической модели с целью:
а) проведения математического моделирование процесса формирования
качества изделия - роторного пакета ГТД;
б) определения влияния технологических условий сборки на качество
изделия и разработки рекомендаций по установлению ряда конструктор
ских и технологических параметров;
с) проведения в процессе сборки компенсации погрешностей изготовления деталей методом их взаимного подбора;
- разработать и провести отладку программы расчета роторного пакета
ГТД на персональном компьютере.
Методика исследования. Изучение вопроса осуществлялось путем проведения критического анализа литературных данных, действующих методических материалов, теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования базировались на рассмотрении вопросов изготовления деталей авиационных двигателей и силовых установок, сборки и балансировки роторов ГТД с точки зрения математического описания происходящих при этом процессов и явлений. Экспериментальные исследования процесса сборки роторов ГТД проводились при производстве перспективных двигателей летательных аппаратов с помощью разработанной программы расчета и оптимизации роторных пакетов ГТД «ROTOR».
При выполнении работы использованы: метод точного математического моделирования процесса образования погрешностей изготовления и сборки деталей, построенный на основе разделов линейной алгебры и аналитической геометрии; метод расчета пространственных размерных цепей; метод расчета дисбалансов ротора.
Научная новизна. Впервые разработана математическая модель расчета технологических характеристик роторного пакета ГТД, учитывающая:
погрешности сборки деталей по торцевым и радиальным базовым поверхностям, выполненным с определенной степенью точности;
начальные и остаточные дисбалансы деталей и сборочных единиц.
На основе созданной математической модели разработаны положения для создания автоматизированного метода комплектования деталей в роторном пакете при сборке.
Определено влияние технологических параметров сборки деталей на динамику ротора.
На защиту выносятся: математическая модель роторного пакета ГТД, позволяющая рассчитывать основные его технологические характеристики (распределение локальных эксцентриситетов и дисбалансов, размеры ротора) в процессе и после завершения сборки на основе реального качества изготовляемых деталей; алгоритм и программа расчета роторного пакета ГТД по данной математической модели, позволяющие проводить моделирование процесса формирования качества изделия - роторного пакета ГТД, определять влияние технологических условий сборки на качество изделия и разрабатывать рекомендации по установлению ряда конструкторских и технологических параметров, проводить в процессе сборки компенсацию погрешностей изготовления деталей методом их взаимного подбора; автоматизированный метод комплектования деталей в роторном пакете при сборке.
Практическая ценность работы. Разработанный автоматизированный метод комплектования деталей в роторном пакета ГТД при сборке позволяет обеспечить комплекс заданных технологических параметров качества изделия при уменьшении суммарной трудоемкости изготовления АД. Разработанная программа расчета роторного пакета позволяет определять ряд технологических параметров ротора в процессе его сборки с учетом реального качества изготавливаемых деталей.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 23-й студенческой научной конференции РГАТА (Рыбинск, РГАТА, 1993 г.); 20-й и 21-й Всероссийской молодежной научной конференция "Гагаринские чтения" (Москва, 1994, 1995 гг.); Научно-технической конференции "Актуальные проблемы гуманитарных, естественных и технических наук" (Ярославль, ЯРГТУ, 1996 г.); Всероссийской научно -технической конференции "Управление и контроль технологических процессов при изготовлении деталей в машиностроении" (Уфа, УГАТУ, 1997 г.); Первой всероссийской научно-технической конференция "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, НГТУ 1999 г.); 26-й конференции молодых ученых и студентов в РГАТА (Рыбинск, РГАТА, 1999 г.) и других.
Практическая реализация. Проведены испытания, доводка и внедрение программы расчета и оптимизации роторного пакета ГТД на ряде роторов перспективных изделий ТВД-1500 и РД-600 в ОАО «Рыбинские моторы». Разработанная методика автоматизированного расчета и оптимизации роторного пакета ГТД при сборке прошла испытания и была внедрена в производство на опытном заводе ОАО «Рыбинские моторы».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов по работе, списка использованных источников из 80 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 101 формулу, 40 иллюстраций и 12 таблиц. В приложении приведены: распечатка текста программы «ROTOR» и перечень основных параметров, используемых в ней; распечатка файла отчета «otchetl .txt», полученного при расчете сопрягаемой пары деталей ротора; исходные данные для расчета ротора компрессора (машина № 1 и машина № 2); распечатка файла отчета «otchet_2.txt», полученного при расчете ротора компрессора (машина №1 и машина № 2); акт о внедрении в опытное производство метода автоматизированного расчета и оптимизации роторного пакета ГТД при сборке. Общий объем работы составляет 200 листов машинописного текста.
