CC BY
46
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 62-13:001
ОЦЕНКА СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЧАСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ РОТОРНЫХ ЛИНИЙ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Е.А. Ядыкин, В.В. Прейс
Рассматриваются вопросы оценки на стадии проектирования надежности многоканальной части автоматических роторных линий с различными схемами маршрутизации предметов обработки, обеспечивающие выбор рациональной структуры многоканальной части по критерию надежности (работоспособности) линии.
Ключевые слова: автоматическая роторная линия, многоканальная часть, теория маршрутизации, техническое диагностирование, надежность.
Автоматические роторные линии (АРЛ) составляют основу массовых производств штучных предметов обработки, таких как, патроны спортивно-охотничьего оружия, строительно-монтажные патроны, элементы приводных роликовых цепей и т.п. [1]. Анализ функционирования АРЛ показывает, что потери их фактической производительности, обусловленные отказами элементов их многоканальной части и нарушением плотности технологического потока предметов обработки, могут достигать 20 %. При этом на обнаружение отказов, поиск и замену отказавших элементов многоканальной части АРЛ приходится до 90 % от общего времени простоев линий [2].
С учетом существующих тенденций развития АРЛ, характеризуемых ростом цикловой производительности и числа объединяемых технологических операций в одной линии, повышение фактической производительности АРЛ невозможно только путем применения технологических методов повышения надежности: новых материалов, покрытий, упрочняющих технологий и т.п.). Качественный скачок в повышении надежности АРЛ возможен на основе применения устройств технического диагно-
стирования [3].
Выявлено, что наиболее продолжительным этапом процесса восстановления работоспособности многоканальной части АРЛ является процесс обнаружения отказа и поиска отказавшего элемента многоканальной части, который составляет 40...60 % от времени восстановления. Поэтому необходимо разработать методы технического диагностирования, направленные на обнаружение отказов и поиск отказавших элементов многоканальной части АРЛ. Следует иметь в виду, что цель диагностирования может быть достигнута только в том случае, если соответствие между конечными множествами возможных состояний 2 и реакций У объекта взаимно однозначно, т. е. выполняется «условие необходимого разнообразия» [4].
Техническое диагностирование АРЛ предполагает, что объект диагностирования может быть характеризирован посредством анализа диагностических параметров. Рекомендуется выбирать такие диагностические параметры, которые обладают наибольшей информативностью и достоверностью, позволяющие разработать методы и средства технического диагностирования, которые требуют минимальных затрат времени и труда на проведение диагностического процесса с заданной достоверностью.
Среди АРЛ выделяется класс линий, в которых контроль годности предметов обработки осуществляют контрольные ротора, работающие в альтернативном информационном режиме: «годен» или «брак». В частности, к таким линиям относятся АРЛ для сборки многоэлементных изделий, например, патронов спортивно-охотничьего оружия [5].
В практике эксплуатации таких линий руководствуются правилом, в соответствии с которым при появлении информации с контрольного блока «брак», предполагается, что соответствующий инструментальный блок находится в состоянии отказа. Наладчик останавливает линию, окончательно определяет и устраняет причину появления информации «брак». Так как реализация этой идеи не требует дополнительных затрат на создание особых датчиков и устройств, то в качестве диагностических параметров может быть выбрана альтернативная информация контрольных блоков о соответствии контролируемого показателя качества предмета обработки допустимому полю допуска.
Общий поток предметов обработки в многоканальной части АРЛ разделяется на постоянное число технологических подпотоков (маршрутов, каналов). Под маршрутами понимаются установленные пути движения предметов обработки по совокупности инструментальных, контрольных блоков и транспортных клещей и позиций, участвующих в процессе обработки, контроля и одновременного транспортирования предметов обработки от позиции загрузки в линию до позиции выдачи готового изделия из нее. Числовое значение совокупности всех маршрутов
N = НОК(и^, «2,..., пц,..., ик),
где НОК - наименьшее общее кратное; ы£ - число элементов в I -м роторе
(конвейере) АРЛ; I = 1,К - число роторов (конвейеров) в многоканальной части линии.
Процесс образования маршрутов получил название процесса маршрутизации, а периодический процесс образования с первого до ^-го маршрутов - цикла маршрутизации.
Рассмотрим четыре основные структурные схемы многоканальной части АРЛ, исходя из маршрутизации предметов обработки по её элементам. Теория маршрутизации позволяет установить структурные связи между элементами многоканальной части АРЛ и построить её структурные схемы, реализующие различные уровни надежности (таблица).
Структурные схемы многоканальной части (МЧ) АРЛ, реализующие
Продолжение таблицы 1
1
2
III. Неполная сложная схема маршрутизации
6 х 4
11 — 12 21 — 22 31 — 32 41 — 42 51 — 12 61 — 22 11 — 32 21 — 42 31 — 12 41 — 22 51 — 32 61 — 42
1 0 1 0
0 1 0 1
1 0 1 0
0 1 0 1
1 0 1 0
0 1 0 1
А
.61
В
А
В
IV. Полная сложная схема маршрутизации
4 х 5
11 — 12 21 — 22 31 — 32 41 — 42 11 — 52 21 — 12 31 — 22 41 — 32 11 — 42 21 — 52 31 — 12 41 — 22 11 — 32 21 — 42 31 — 52 41 — 12 11 — 22 21 — 32 31 — 42 41 — 52
11111 11111 11111 11111
А
11 ЦП
га
<-32 ■
42
и2
В
В
(г«)
3
4
1
В табл. 1 обозначения, например, 6х6 означает, что 1-й и 2-й роторы АРЛ содержат по 6 элементов. На цифровой модели показаны маршруты движения предметов обработки по элементам многоканальной части. Стрелки на структурной и эквивалентной схемах показывают направление, в котором осуществляется связь.
Определим вероятность безотказной работы АРЛ для схемы с простой маршрутизацией. Обозначим через Р1 и р 2 вероятности безотказной работы элементов 1-го и 2-го роторов соответственно, а через ^ и q 2 вероятности отказов. Очевидно, что Р1= 1 ; р 2 = 1 ^ 2.
Рассмотрим одну из параллельных ветвей, состоящей из элементов с номерами 11 и 12. Очевидно, что ветвь будет находиться в работоспособном состоянии, если в этом состоянии будут находиться оба элемента. Для ветви 1 можно записать
Р1=Р1Р 2 = (1 ^1)(1 ^ 2) .
Система из 2-х роторов будет находиться в состоянии отказа, если в состоянии отказа будут находиться каждая из 6-ти ветвей, то есть
а^1 • q(2) • q(3) • q(4) • q(5) • Ч (6) .
Учитывая, что
q1= q(2) = ... = 0(6) ,
получим
61= (q1)6 = (1 - Р1)6 = [1 - (1 ^1)(1 -q 2)]6.
Тогда вероятность безотказной работы (надежность) для структуры с простой схемой маршрутизации будет
Р/ = 1 -6/ = 1 - [1 - (1 -^)(1 2)]6 = 1 - (1 -Р1Р2)6 . (1)
Обобщая (1) для любой структуры с простой схемой маршрутизации, состоящей из п параллельных ветвей, получим
Р/ = 1 - [1 - (1 -^)(1 ^2)]П = 1 - (1 -Р1Р2)П . (2)
Рассуждая аналогично, получим формулы для оценки вероятностей безотказной работы других структур многоканальной части АРЛ:
- с минимально сложной схемой маршрутизации
Р// = 1 - [1 - (1 ^)(1 2)]4=1 - [1 - (1 ^2) р 2]4; (3)
- с неполной сложной схемой маршрутизации
Р/// = 1 - [1 - (1 ^1)(1 -ч 2)]2=1 - {1 - [1 - (1 - Р1)3][1 - (1 - Р 2)2]}2; (4)
- с полной сложной схемой маршрутизации
Р/У = (1 4)(1 ^ 2) = [1 - (1 - Р1)4][1 - (1 - Р 2)5] (5)
Обобщая выражения (3)-(5) для случая, когда 1-й ротор имеет и 1 элементов, а 2-й - и 2 элементов, получим
PlI (U\>U 2) = 1 -[1 "(1 -q!)U1/U2p2]N/U2; (6)
P„ (U1<U2)=1 - [1 -pi(i -q 2)U 2/U1]N / U1; (7)
Piii = 1 - [1 - (1 -?1>U 1/2(1 -q 2)U2/2]; (8)
Piv = (1 - qU 1)(1 - q22). (9)
Формулы (2), (6)-(9) позволяют оценить надежность (работоспособность) АРЛ различной структуры.
Проведенный анализ показал, что наиболее надежны АРЛ с минимально-сложной схемой маршрутизации, а менее надежны - с полной сложной схемой маршрутизации.
Задаваясь значениями надежности (P^.P^, p1, p2), по формулам (2), (6)-(9) можно получить рекомендации по формированию рациональной структуры многоканальной части АРЛ, обеспечивающей требуемую надежность (работоспособность) линии на стадии проектирования.
Список литературы
1. Прейс В.В., Крюков В. А. Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий // Вестник машиностроения, 2002. № 11. С. 35-39.
2. Клусов И.А., Лукаш А.Н., Ядыкин Е.А. Производительность и надежность систем роторных машин // Вестник машиностроения, 2003. № 5. С. 54-59.
3. Ядыкин Е.А. Комплексное решение задачи технического диагностирования многоканальной части автоматических роторных и роторно-конвейерных линий / Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 1. 2003. С. 319-327.
4. Ядыкин Е.А., Прейс В.В. Теоретические основы технической диагностики автоматических роторных и роторно-конвейерных линий в массовых производствах // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10. 2012. С. 9-20.
5. Прейс В.В. Надежность автоматических роторно-конвейерных линий для сборки многоэлементных изделий // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 10, 2003. С. 17-22.
Ядыкин Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., начальник управления, jadykin@,tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSESSMENT OF STRUCTURAL RELIABILITY OF A MULTI-CHANNEL PART OF A UTOMA TIC ROTOR LINES A T THE STAGE OF PROJECTION
E.A.Jadykin, V. V. Prejs
Problems of an assessment at the stage of projection of reliability of a multi-channel part of automatic rotor lines with various schemes of routeing of subjects the machining ensuring a select of rationalised frame of a multi-channel part on a reliability index (work capacity) of a line are considered.
Key words: a self-acting rotor line, a multi-channel part, the routeing theory, engineering diagnosing, reliability.
Jadykin Evgenie Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, the head of department, iadykin a tsa. tula. ru, Russia, Tula, Tula state university,
Prejs Vladimir Viktorovich, doctor of technical science, professor, manager of chair, rabota-preys@yandex. ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 539.374, 621.646
КОНСТРУИРОВАНИЕ САЛЬНИКОВОГО УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ ШПИНДЕЛЯ ЗАТВОРА ТРУБОПРОВОДА
И. В. Лопа, С.П. Судаков, А. И. Ефимова
Рассматриваются особенности и вопросы рационального проектирования сальникового уплотнения выдвижного шпинделя затвора трубопровода. Шпиндель рассматривается как шарнирно опертый стержень с промежуточной линейно-упругой опорой, имитирующей поддерживающее влияние сальникового уплотнения. Разработан метод учета сальника, связывающий его характеристики с параметрами устойчивости шпинделя. Предложены формулы для определения основных конструктивных характеристик сальникового уплотнения.
Ключевые слова: сальниковое уплотнение, сальник, выдвижной шпиндель, затвор трубопровода, устойчивость.
Затворы трубопроводов широко применяются в трубопроводном транспорте и предназначены для использования в качестве запорного устройства. Задвижки, как правило, состоят из корпуса, крышки с отверстием и сальниковой камерой, шпинделем и запорным органом. Одной из актуальных задач при проектировании затвора трубопровода является обоснованность выбора характеристик уплотнения для шпинделя - сальникового устройства.
