О перспективах создания систем автоматизированного проектирования технологического оборудования для сборки резьбовых соединений

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Потемкин А. Н., Карягин Д. С. О перспективах создания систем автоматизированного проектирования технологического оборудования для сборки резьбовых соединений // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 11. – С. 2861–2865. – URL: http://e-koncept.ru/2016/86603.htm.
Аннотация. В статье выполнен краткий обзор конструкций технологического оборудования, используемого для сборки резьбовых соединений в условиях серийного производства. Дана оценка перспективности создания специализированных систем проектирования пневматических гайковертов по модульному принципу на основе универсальных базовых компонентов.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Потемкин Алексей Николаевич,доцент ФГБОУ ВО "Пензенский государственный технологический университет", ПензГТУpan580@yandex.ru

Карягин Дмитрий Сергеевич,студент факультета Промышленных технологий ФГБОУ ВО "Пензенский государственный технологический университет", ПензГТУ, Пензаpan058@yandex.ru

О перспективах создания систем автоматизированногопроектирования технологического оборудования для сборки резьбовых соединений

Аннотация.В статье выполненкраткий обзор конструкций технологического оборудования используемого для сборки резьбовых соединенийв условиях серийного производства. Дана оценка перспективностисоздания специализированных систем проектированияпневматических гайковертов по модульному принципу на основе универсальных базовых компонентов.Ключевые слова:пневматическиегайковерты, ротационный пневматический двигатель, сборка резьбовых соединений

В условиях серийного производства наиболее распространенным и эффективным средством механизации операций по сборке резьбовых соединений (РС) остаютсяпневматические ручные машины –гайковерты, винтоверты, шпильковерты и т.п.[1, 2, 3, 4]. Из всего многообразия пневматических двигателей (роторные, поршневые, импульсныеи т.д.), благодаря существенным преимуществам (быстродействие, большая мощность на единицу массы, малые габариты, надежность и безотказность работы в условиях перегрузоки т.д.), наибольшее распространениеполучили двигатели вращательного движения –ротационные пневматические двигатели (РПД). Поперечный разрез РПД представлен на рисунке 1 [2] Вторыми по распространенности можно считатьпоршневые двигатели, но в конструкциях резьбосборочного оборудования они находят применение значительно реже[2, 5]. В практике выполнения сборочных операцийнередки ситуации, когда для сборки ответственного РС, то есть требующего строго нормированной затяжки,необходимспециальный пневматический гайковертс четко определенными характеристиками, обеспечивающими, помимо высокой скорости выполнения сборочной операции, еще и требуемое качество сборки. Напомним, что под качеством сборки РС понимают достижение требуемой величиныи обеспечение минимального разброса(рассеивания) значений контролируемого параметра затяжки (например,момента затяжки )[1, 2, 3, 4].В условиях механизированной и автоматизированной сборки эффективное решение такой задачи представляется возможным при наличии специализированных систем проектирования резьбосборочного оборудования, построенных на основе баз данных содержащих информацию–о влиянии конструктивных особенностях пневматических двигателей натехнические характеристикиоборудования;–о влиянии конструкциипневматического двигателянастабильность его динамическиххарактеристик;–о передаточных отношениях и конструктивных параметрах планетарных редукторов;–о технических характеристиках и диапазонах настройки предельных и ограничительных и муфт;–о возможности использовании в конструкции резьбосборочного оборудования (пневматических гайковертов)средств активного контроля т.п.В случае создания и использования подобных систем проектирования и баз данных, технологическое оборудование для сборки РС (пневматический гайковерт)с требуемыми конструктивными параметрами и характеристиками могбы быть скомпонованза короткий срок по модульному принципу на основе универсальных базовых компонентов.Несмотря на очевидную практическую значимостьи актуальность разработки подобных систем и баз данных, заметим, что в настоящее время, обозначенная задачанаходится только на начальном этапе проработки и весьма далека от окончательного решения.Однако, принимая во внимание значимость и перспективность проведения работ и исследованийв данном направлении, рассмотрим некоторые сложности и особенностипоставленной задачи, с которыми может столкнуться исследовательпри ее решении.Так действующие в настоящее время рекомендации по выбору РПД гайковертов основаны на мощности двигателя и развиваемом крутящем моменте, и не содержат информации о стабильности его рабочих и динамических характеристик, как нет и базыданных с информацией покачествувыполнения резьбосборочных работ () при использовании технологического оборудования для сборки с темили инымвидом привода. Поэтому на практике технологов сборщиков интересует только один параметр, например, крутящий момент который должен обеспечивать гайковерт. Но с точки зрения, обозначенной нами выше задачи–достижения требуемого качества сборкирезьбового узла –этого недостаточно. По данным работ [2, 3, 4, 6] на качество сборки РС (оцениваемое по разбросу момента затяжки ) в той или иной степени способны оказывать влияние следующие группы факторов:–связанные с особенностями изготовления резьбового узла, применяемых материалов и покрытий,–связанные с особенностями используемого резьбосборочного оборудования (гайковертов), стабильностью его работы и скоростью сборки РС,–связанные с применяемыми средствами контроля и достоверностью полученных результатов измерений,При разработке автоматизированных систем для проектирования резьбосборочного оборудования, в первую очередь,будут рассматриваться вторая и третья группы факторов, но, в контексте формирования показателей качества сборки, необходимо предусмотреть алгоритм учитывающий влияние всехтрех перечисленных групп факторов.Для этого требуется построение математических моделей описывающих взаимосвязи и взаимовлияние весьма разнообразных,сложных, быстропротекающих и зависящих от большого количества факторов, процессов в пневматическом двигателе,редукторе и непосредственно в затягиваемом РС. Только комплексный подход к решению поставленной задачи по схеме“гайковерт –редуктор –резьбовое соединение”позволит корректно и эффективно спрогнозировать ожидаемые качественные показатели выполнения сборочной операции и ответить на вопрос, каков будет фактический разброс контролируемого параметра затяжки (моментазатяжки РС ) и насколько будет соответствовать полученное напряженное состояние материала крепежного элемента предъявляемым к нему требованиям (в процентном отношении от напряжения текучести) при использовании гайковерта тойили инойконструкции.Заметим также, что при проектировании гайковерта, в первую очередь, следуетобращать внимание на конструктивные особенностиРПД, а также на его технические и, особенно, на динамические характеристики, так как, по нашему мнению, в первую очередь, именно они, будут участвовать в формировании показателей качествасборки РС–определять разброс момента затяжки .В настоящее время уже имеется ряд научных работ посвященных этому направлению исследований [2, 3, 4, 7, 8].Напомним, что конструктивно РПД представляет собой вращающийся ротор, установленный с эксцентриситетом относительно внутренней цилиндрической расточки статора. В пазах ротора устанавливаются в общем случае 3–10 (обычно 4–6) радиально или тангенциально расположенных пластинлопаток поочередно выдвигающихся из пазов ротора при его вращении (рисунок 1)[2]. Существуют конструкции двигателей, где лопатка установлена на статоре. Однако вне зависимости от особенностей конструкции и принципа действия, все пневматические двигатели имеют много общего[9, 10].

Рисунок 1 –Поперечный разрез нереверсивного РПД с тангенциальным расположением лопаток

Конструктивные особенности ротационных и поршневых двигателей подробно рассмотрены в специальной литературе [2, 9, 10]. Заметим только, что в сравнении с поршневыми двигателями, РПД отличаются значительно большей сложностью конструкции. В полной мере это касается геометрических особенностей рабочей камеры РПД, которая образуется внутренней поверхностью статора и торцами крышек, а также наружной поверхностью ротора и боковыми поверхностями двух соседних лопаток. В процессе работы РПД, ограниченная криволинейными поверхностями статора и ротора рабочая камера, непрерывно изменяет свой объем и совершает круговое движение относительно оси ротора. Перечисленные конструктивные особенности РПД в сочетании с весьма разнообразными, сложными и быстропротекающими процессами, происходящими со сжатым воздухом в межлопаточной камере, представляют при расчетах значительную сложность [9, 10].Несмотря на то, что конструкции РПД могут отличаться от приведенной на рисунке 1, например, вследствие различного числа лопаток, радиального или тангенциального их расположения в пазах ротора, а также количества и углов положения, впускных и выпускных каналов и т.д., принцип работы двигателя остается тем же. Однако, вне всякого сомнения, конструктивные особенности РПД будут оказывать влияние на его технические и динамические характеристики [2, 7].Полное время работы РПД, впрочем, как и любого другого двигателя, состоит из трех частей времени разгона, времени установившегося движения и времени выбега. Процесс затяжки РС соответствует переходному режиму работы двигателя гайковерта под нагрузкой и соответствует времени выбега.

В период установившегося движения скорость ротора колеблется около среднего значения с периодически повторяющейся частотой [2, 7, 8, 9, 10]. Заметим, что при этом будут иметь место и колебания крутящего момента на валу двигателя[2, 7, 8], которые, во время переходного процесса работы РПД, соответствующего затяжке РС, способны оказывать влияние на разброс момента затяжки [2, 7, 8].Гайковерты статического действия с самоторможением в конце процесса затяжки РС считаются наиболее простым классомгайковертов. Они не имеют в своей конструкции специальных тарированных ограничительных элементов и полностью передают развиваемый двигателем крутящий момент на шпиндель гайковерта и затягиваемое РС. Характерной особенностью работы гайковертов данного классаявляется возникновение в конце затяжки РС кратковременно действующего момента, значительно большего, чем крутящий момент, развиваемый двигателем [1, 2]. Усиление момента происходит вследствие резкого торможения двигателя, когда резьбовая деталь (болт, винт, гайка) довернута до конца, благодаря чему запас кинетической энергии вращающихся частей гайковерта переходит в работу затяжки, резко увеличивая [1, 2].Особенности процесса затяжки РС гайковертом статического действия, с позиции обеспечения качества сборки,подробно рассмотрены в работах[2, 7, 8]. Здесь заметимтолько, что особенностью затяжки РС пневматическим гайковертом статического действияявляется то, что зависит не только от момента на валу ротора и передаточного отношения редуктора , но и от угловой скорости вращения шпинделя и момента инерции его вращающихся деталей иприводит квозникновению так называемой “динамической составляющей” момента затяжки, определяющей разброс (рассеивание) его значений [7, 8]. Математическое описание данного явления, в зависимости от конструктивных параметров РПД, представленов работах[2, 7], а математическое описание переходногопроцесса работы двигателя гайковерта в режиме затяжки РС, с точки зрения формирования показателей качества сборки, дано в работе [8].Результаты некоторых экспериментальных исследований по данной тематике представлены в работах [2, 6].

Общие выводы.Актуальность мероприятий по сокращению сроков подготовки операций механизированной и автоматизированной сборки РС подтверждается и общей концепцией технологии машиностроения, в соответствии с которойдо 80% затрат времени от общей трудоемкости,в той или иной степени,связано с технологической подготовкой производства. Внедрение же в технологию сборки систем проектирования по части создания технологического оборудования(проектирование конструкций пневматических гайковертовс заданными характеристиками), могло бы значительно снизить трудоемкость расчетов и сократить сроки выполнения данного вида работ. Детальная проработка этоговопроса предполагает не только подготовку разнообразной справочной информациив виде баз данных и выполнения предварительных расчетов, но и математическоемоделированиепроцессов[11, 12, 13]учитывающеебольшое количество конструкторских и технологических факторов, связанных как сособенностямиработыпневматического двигателягайковерта[7], так и непосредственно с процессомзатяжкиРС[2, 6, 8].Практическая ценность и актуальность проведениянаучных исследований по данному направлению, на современном этапе развития техники и технологий, в условиях машинои приборостроения,не вызывает сомненийи заслуживает должного внимания.

Ссылки на источники1. Ланщиков, А.В. Технология и оборудование автоматизированной сборки резьбовых соединений: Монография // А.В. Ланщиков, В.Б. Моисеев –Пенза: Издво Пенз. Гос. унта, –1999. –259 с.2. Потемкин, А.Н. Обеспечение качества сборки резьбовых соединений пневматическими гайковертами/ А.Н. Потемкин //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. –Пенза. Пензенский государственный университет. –2003. –174 с.3. Потемкин, А.Н. Повышение качества сборки резьбовых соединений за счет изменения конструктивных параметров сборочного оборудования/ С.А. Кулишенко, А.Н. Потемкин // Сборка в машиностроении, приборостроении. –2011. –№ 7. –С. 3134.4. Потемкин, А.Н.К вопросу обеспечения точности и уменьшения разброса усилий затяжки групповых резьбовых соединений в условиях механизированной сборки/ А.Н.Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2013.–№ 6 (10). –С. 161166.5. Бородин, Е.М. Теоретическое и экспериментальное исследование точности затяжки резьбовых соединений пневматическим поршневым гайковертом / Е.М. Бородин, К.Н. Бородина, Е.А. Колганов. // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 16261630.6. Потемкин, А.Н. Экспериментальные исследования влияния конструкторских и технологических факторов на качество автоматизированной сборки резьбовых соединений/ А.Н.Потемкин // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. –2015.–№ 2 (24). –С. 126129.7. Потемкин, А.Н. К вопросу о нестабильности динамических характеристик ротационных пневматических двигателей/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18911895.8. Потемкин, А.Н. Частотные и угловые характеристики процесса затяжки резьбового соединения пневматическим гайковертом статического действия/ А.Н. Потемкин, А.А. Гордов //Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т. 20. –С. 18961900.9. Герц, Е.В. Динамика пневматических систем машин / Е.В. Герц –М: Машиностроение –1985. –256 с.10. Зеленецкий, С.Б. Ротационные пневматические двигатели / С.Б. Зеленецкий, Е.Д. Рябков, А.Г. Микеров. –Л: Машиностроение (Ленингр. отделениение) –1976. –240 с.11. Коновалов, В.В. Основынаучных исследований: учебное пособие /В.В. Ляндебурский, В.В. Коновалов, А.В. Баженов. –Пенза. –2011. –248 с.12. Смогунов, В.В. Компьютерные технологии моделирования: учебное пособие /В.В. Смогунов, В.Ю. Зайцев. –Пенза: Пенз. гос. унт. –2003. –84 с.13. Трилисский, В.О. Компьютерное моделирование технологического оборудования: учебное пособие /В.О. Трилисский, В.В. Голубовский, Ю.В. Истомина. –Пенза: Пенз. гос. унт. –2009. –122 с.