CC BY
60
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов О.В. Существует ли в нашей стране проблема надежности? //Труды международного симпозиума Надежность и качество, Пенза: ПГУ, т. I, 2014. C. 5-6.
2. Юрков Н.К. Риски отказов сложных технических систем.// Надежность и качество сложных систем. 2014. В 1 (5). С. 18-24.
3. Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. Методология управления качеством сложных систем. //Труды международного симпозиума Надежность и качество, 2014. т. 2. С. 377-379.
4. Юрков Н.К. К проблеме обеспечения безопасности сложных систем.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. т. 1. С. 105-107.
5. Гастёнина Л.В., Лапшин Э.В., Селиванов В.Ф., Таньков Г.В., Беликов Г.Г. Термоэлектрический эффект в углеродной нанотрубке.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. т. 2. С. 88-89.
6. Марков А.М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов. // журнал «Наукоёмкие технологии в машиностроении».М., Издательство Машиностроение», В7(37), 2014, с.3-8
7. Отчет УНИИКМ по НИР В934-051-011-2010 «Исследование прочности и устойчивости трубчатых панелей из стекло- и углепластиков», с. 4
8. Кочегаров И.И. Обзор методик получения нанопорошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 426-428.
9. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
10. Официальный сайт URL: http://www.sapphire.ru (дата обращения 20.03.2015)
11. Выписки из требований ТУ1-595-10-84 6 на препрег ВПС-33 и ТУ 1-595-43-500-96 на препрег ПУ-4э-2м.
12. Official website "IZAR CUTTING TOOLS" URL: http://www.izartool.eom/es//produetos.html (data obrashhenija 20.03.2015)
13. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
14. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
15. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. В 3. С. 87.
16. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. В 7. С. 3-10.
17. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. В 1. С. 33-54.
УДК 621.883 (Û88.8)
Шуваев В.Г., Шуваев И.В., Каримова В.В.
ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Резьбовые соединения являются наиболее распространенным видом разборных соединений, которые во многом определяют надежность и безопасность конструкции. Важнейшим параметром качества резьбового соединения является сила затяжки. Сила затяжки создает заданное контактное напряжение на стыке соединяемых деталей, которое должно обеспечить необходимую плотность и герметичность стыка при действии на соединение внешних сил. Необходимую силу затяжки наиболее часто обеспечивают приложением к гайке или болту крутящего момента, значение которого контролируется с помощью динамометрического ключа, однако метод контроля создаваемой осевой силы по моменту является косвенным и имеет погрешность 25-40% [1].
Работа совершенная прикладываемым моментом затяжки расходуется на создание силы затяжки и на преодоление сил трения, при этом по различным оценкам на противодействие силам трения затрачивается от 70 до 95% работы. Силы трения в формируемом резьбовом соединении являются нестабильными и зависят от коэффициента трения в резьбе, коэффициента трения между поверхностями контактирования головки болта, гайки и шайбы с собираемыми деталями и от качества и геометрии контактирующих поверхностей. Соответственно, для повышения эффективности процесса необходимо снижать силы трения, что позволит снизить силовые требования к сборочному оборудованию, а для повышения достоверности контроля необходимо снижать влияние сил трения на результаты измерения.
Одним из решений проблемы обеспечения качества резьбосборочных операций является более эффективное использование средств контроля и диагностирования на стадии подготовки резьбо-сборочных операций. При сборочных операциях для контроля качества резьбовых соединений чаще
всего применяют средства, в основу которых заложен принцип измерений прикладываемого крутящего момента: это динамометрические и предельные ключи, резьбовые динамометры и т.д., однако их технологические возможности недостаточны для оценки всей картины процесса нагружения резьбовых соединений. Более достоверные результаты получают при учете одновременно всех параметров затяжки резьбовых соединений, для чего применяют конструкции контрольно-диагностических стендов, позволяющие измерить одновременно все используемые при затяжке резьбовых соединений параметры, а так же установить временную взаимосвязь между ними [2, 3].
Перспективным направлением повышения эффективности процесса сборки и контроля качества резьбовых соединений является применение ультразвука, когда наряду с основными движениями, предусмотренными технологической схемой сборки, деталям сообщаются колебания ультразвуковой частоты. Введение ультразвука в зону контакта оказывает существенное влияние на характер фрикционного взаимодействия и на его основные показатели. Механизм воздействия ультразвука на силы трения заключается в изменении кинематических условий контактирования поверхностей, а также в изменении характера напряженного состояния металла в зоне трения. Установлено, что в зависимости от схемы подведения колебаний при оптимальных амплитудах и от величины удельных нагрузок коэффициент трения снижается в 2 - 4 раза [1, 4].
Для каждой крепежной детали можно рассчитать и изобразить графически зависимость между прикладываемым моментом, коэффициентом трения, величиной силы затяжки и пределами текучести и прочности. Разработан алгоритм ультразвуковой сборки резьбовых соединений (рис.1), в соответствии с которым затяжку производят с использо-
ванием эффектов снижения предела текучести и трения при воздействии ультразвуковых колебаний [2, 5].
Эффективность процесса сборки и качество собранного соединения зависят от того, насколько эффективно с точки зрения последующей эксплуатации сформированы основные функциональные показатели резьбового соединения, такие как статическая прочность, усталостная прочность, стопорящие свойства и их стабильность и т.д.
Для расширения контрольно-диагностических возможностей стенда, позволяющего измерять од-
йз,кН
новременно все используемые при затяжке резьбовых соединений параметры, предлагается использовать дополнительные ультразвуковые колебания, которые вырабатываются колебательной системой, состоящей из набора пьезокерамических пластин и концентратора колебаний, взаимодействующего с головкой болта [6]. Разработанный стенд (рис.2.) для контроля резьбовых соединений состоит из следующих измерительных модулей: датчика момента на торце болта 11, датчика момента резьбовой части 15, угла поворота 6, удлинения (перемещения) 1 и датчика вибрации 4.
0з5
йзз
0з1
йзи
0.32
Мз1 Мз2
Рисунок 1 - Изменение силы затяжки крепежной детали
Мзз Мз, Н-м
зависимости от прикладываемого момента при
ультразвуковой сборке
Удлинение рассчитывается как разность начального и конечного положения болта и измеряется с помощью датчика перемещений 1 например, резистивного типа. Датчик вибраций 4 закреплен у испытываемого болта 5, колебания прошедшие через соединение воспринимаются датчиком и преобразуются в электрический сигнал, который поступает на вход аналого-цифрового преобразователя и после преобразования подается на вход персонального компьютера (ПК). Датчик угла по-
ворота 6 испытываемого болта при вращении последнего вокруг оси фиксируется как разность конечного и начального положения зубчатого колеса датчиком. Момент на торце испытываемого болта возникает от взаимодействия опорной головки последнего и сменной втулки 8 и передается через корончатую втулку 9, кронштейны на упругие элементы 10, которые изгибаются и формируют сигнал рассогласования мостовой схемы тензодатчиков 11.
Рисунок 2 - Стенд для контроля резьбовых соединений
Момент в резьбовой части сопряжения при затяжке возникает от взаимодействия резьбовых поверхностей испытываемого болта и гайки 12, через вторую корончатую втулку 13 передается
через кронштейны на упругие пластины 14, которые изгибаются и формируют сигнал рассогласования мостовой схемы тензодатчиков 15.
Рисунок 3 - Измерительная система для контроля затяжки резьбовых соединений
На рис. 3 представлена система контроля резьбовых соединений, которая включает датчики параметров резьбового соединения, сигналы с которых поступают на мультиплексор, последова-
тельно передающий собранную информацию на вход аналого-цифрового преобразователя, в котором аналоговый сигнал преобразуется в дискретный код и поступает в компьютер, где производится
обработка данных, сравнение с эталонными значениями и ведение баз данных по резьбовым соединениям.
Применение разработанного диагностического стенда дает возможность повысить качество выполнения операций сборки резьбовых соединений, исследовать влияние вибрационных воздействий, как на параметры сборки, так и на свойства формируемого соединения. Дополнительное введение механических колебаний в формируемое резьбовое
соединение дает возможность совместить операции свинчивания и контроля качества, получать оперативную информацию о динамических параметрах качества соединения непосредственно в процессе сборки, а также предотвращать самоотвинчивание резьбовых деталей в процессе эксплуатации. Система обеспечивает номинальную силу затяжки, создаваемой резьбовой крепёжной деталью и позволяет устранить излишний запас прочности болта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Повышение работоспособности резьбовых соединений путем применения ультразвука при обработке и сборке: монография / Б.Л. Штриков, В.В. Головкин, В.Г. Шуваев, И.В. Шуваев. - М.: Машиностроение, 2009. - 125 с.
2. Патент РФ на изобретение № 2319603. Способ ультразвуковой сборки резьбовых соединений /
B.Г. Шуваев, Б.Л. Штриков, И.В. Шуваев // 20.03.2008. Бюл. №8.
3. Каримова В.В., Шуваев В.Г. Стенд для контроля резьбовых соединений // 25 Междун. инновационно-ориентированная конф. молодых ученых и студентов (МИКМУС- материалы конф. (Москва, 17-19 декабря 2014 г.). / М: Изд-во ИМАШ РАН, 2015. С.498-501.
4. Кочегаров И.И. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат / Кочегаров И.И., Таньков Г.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2.
C. 334-337.
5. Шуваев В.Г., Шуваев И.В. Применение дополнительных ультразвуковых колебаний при ударно-импульсной затяжке резьбовых соединений // Международный симпозиум «Надежность и качество», Пен-за,25-31 мая, 2011. 2 том. С.230-231.
6. Шуваев В.Г., Шуваев И.В. Контроль качества затяжки резьбовых соединений при ультразвуковой сборке по динамическим характеристикам // Международный симпозиум «Надежность и качество», Пен-за,25-31 мая, 2013. 2 том. С.276-278.
7. Кочегаров И.И. Программно-аппаратный комплекс разработки РЭС на основе ПЛИС и исследования их механических параметров / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 421-424.
8. Патент РФ на изобретение № 2502591. Способ ультразвуковой сборки резьбовых соединений / В.Г. Шуваев, И.В. Шуваев // 27.12.2013. Бюл. № 36.
9. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
10. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
11. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
12. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
13. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
УДК 621.787.4.07:534.8 Шуваев В.Г.
ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия
НАПРАВЛЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКЕ
Выход из строя машин и механизмов на 90 % определяется износом трущихся поверхностей сопряжений и только 10 % приходится на их поломки, поэтому повышение надежности и долговечности узлов трения является актуальной задачей. В промышленности находят широкое применение различные способы упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД), что дает возможность существенно улучшить эксплуатационные свойства деталей, повысить их долговечность и надежность путем направленного улучшения качества поверхностного слоя деталей. Одним из перспективных направлений упрочняющей обработки посредством поверхностного пластического деформирования, обеспечивающего получение оптимальных геометрических параметров качества поверхности, является создание на обработанных поверхностях частично или полностью регулярного микрорельефа. В последнее время среди эффективных методов чистовой упрочняющей обработки находит технологическое применение ультразвук (УЗ), что определяется его высокой адаптивностью к существующим технологиям, гибкостью и эффективностью концентрации и фокусировки, возможностью применения ультразвука в широком диапазоне интенсивностей и частот. Применение ультразвуковых колебаний является средством активного воздействия на структуру твердых тел и процессы их контактного взаимодействия, в том числе и на формирование микрорельефа. Для повышения эффективности и расширения возможностей
ультразвуковой обработки поверхностей предложено применение сложного вибрационного поля с раздельным управлением колебательными движениями по каждой координате, аналогично действию отклоняющей системы электронно-лучевой трубки [1, 2].
Современные требования к материалу поверхностных слоев деталей прецизионных механизмов вызывают необходимость обеспечения высоких износостойкости, коррозионной стойкости, демпфирующей способности и ряда других характеристик материала. Для этого в настоящее время все чаще применяют нанотехнологии, например, нанесение ультратонких, многослойных фторактивных защитных покрытий [3]. Фторактивные смазочные композиции, например «Эпилам» производства Санкт-Петербургской компании «Автостанкопром», формируют многофункциональные защитные нанопленки, которые придают твердой поверхности антифрикционные, антиоксидантные, антикоррозионные, гидрофобные и антиадгезионные свойства. Практическое использование таких композиций требует решения проблем активации и управления параметрами хемосорбции с обрабатываемой поверхностью. Химическая модификация происходит в результате приработки поверхности образца в среде смазочного материала под действием ультразвуковых колебаний. В процессе силового контактного взаимодействия при ультразвуковом ППД, под действием высоких давлений и температур в зоне фактического пятна касания происходит деструк-
