Введение к работе
Актуальность. Стендовые испытания являются важнейшим этапом любого производства сложных изделий. Уже на начальных этапах разработки новых изделий необходимо располагать надежными данными о реально достигаемых ими характеристиках, поэтому стендовые испытания играют решающую роль.
На рис. 1 представлена структурная схема технологического процесса изготовления наукоёмкой продукции, место испытаний и контроля в общем процессе.
опытно-конструкторская разработка
опытный образец
технологическая \ подготоЬка произЬодстЬа ~1
производство
промышленные испытания
ввод
б зксплуотацию
мониторикс состояния
- испытания и контроль
Рис. 1. Схема технологического процесса производства изделия
Развитие промышленности и техники повышает требования к качеству функционирования электромеханических приводов и приводам с самоторможением в механической части, в частности. Расширяется количество параметров, по которым ведётся анализ работы привода. При этом требования по комплексности, качеству, времени подготовки и проведению эксперимента, ужесточаются. В настоящее время к испытательным стендам предъявляются следующие требования:
высокая производительность программно-аппаратных средств;
модульность оборудования и программного обеспечения, - унифицированность применения;
поддержка самых современных компьютерных технологий;
возможность работы оборудования в режиме жесткого реального времени;
высокоуровневые средства разработки;
ыстрота создания готовых приложений;
оперативность, универсальность, точность и комплексность ведения испытаний;
низкая стоимость.
Применение в электромеханическом модуле двигателей серии двигатель бесконтактный моментный (ДБМ) с полым ротором и исполнительных ролико-винтовых механизмов (РВМ) дает короткую кинематическую цепь. Такие устройства обладают малыми массой и габаритами, высокой редукцией, жесткостью, компактностью и т. д. Определение характеристик такого привода имеет специфику.
Стремление к минимизации приводов с одной стороны, и оптимизации их параметров с другой, поставило задачу создания эффективных методов диагностики и анализа электромеханических приводов на основе ролико-винтовых исполнительных механизмов. Одним из путей снижения этих затрат является создание эффективных и надежных способов диагностики, основанных на использовании наиболее совершенных методов испытаний и контроля.
Функционально гибкое программное обеспечение даёт возможность корректирования программ стендовых испытаний непосредственно во время их проведения, а также применение встроенных алгоритмов обработки и постобработки данных измерений.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в настоящее время является актуальным решение задачи по разработке и созданию универсального стенда по комплексному исследованию электромеханических приводов с ролико-винтовыми механизмами.
Целью работы является: повышения качества и эффективности производства электромеханических приводов газовой арматуры за счёт развития методов автоматизации испытаний путём интеграции в единую систему сбора и обработки данных. Для достижения указанной цели в работе ставятся и решаются следующие задачи.
Анализ способов сбора и обработки информации, аппаратных средств, применяемых при испытаниях электромеханических устройств и входящих в их состав отдельных блоков.
Исследование особенностей построения современных электромеханических приводов газовой арматуры и режимов их работы.
Разработка модели стенда системы сбора, обработки и анализа данных функционирования привода.
Разработка метода проведения автоматизированного эксперимента, математического, информационного, алгоритмического, и программного обеспечения системы.
Проведение испытаний, анализ полученных данных, выработка рекомендаций по проектированию электромеханических приводов на базе ролико-винтовых механизмов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории управления, системного анализа, цифровой обработки сигналов, теории вероятности и математической статистики, теоретической механики. Экспериментальные исследования проводились с использованием комплекта аппаратуры фирмы National Instruments.
Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
Разработана модель ведения стендовых испытаний привода как комплексная процедура сбора, обработки и анализа данных.
Предложен метод автоматизации процесса испытаний и контроля на основе применением информационно-управляющей системы измерения и анализа параметров.
В результате полученных характеристик модуля разработаны рекомендации по проектированию электромеханических приводов с заданными требованиями.
Практическая ценность.
Разработана интегрированная система сбора и обработки данных и оперативного управления, повышающая качество и эффективность производства приводов газовой арматуры. Использование автоматизированного метода испытаний позволило автоматизировать технологический процесс и значительно сократить временные и материальные затраты.
Выявлены резервы повышения качества разрабатываемых изделий и его отдельных элементов.
Разработан инженерный метод расчета и даны рекомендации по проектированию механизмов электромеханических приводов с заданными характеристиками.
Разработано и внедрено программное обеспечение по оценке характеристик работы привода: кинематическая передаточная функция (КПФ), коэффициент полезного действия (КПД), запас по самоторможению (ЗСТ), коэффициент оттор-маживания (КО) и др.
Получены значения характеристик привода и его отдельных элементов, как функций параметров и условий эксплуатации.
Реализация и внедрение результатов работы.
Работа по теме диссертации проводилась на кафедре «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета. Разработанная процедура исследования приводов и стенд прошли испытания, показали высокую эффективность применения. Практическая ценность работы доказана в результате ее применения при разработке и приемо-сдаточных испытаниях привода входного направляющего аппарата газотурбинного двигателя (ВНА АМИЕ.421314.023) для ОАО «Концерн «НПО «АВРОРА», г. Санкт-Петербург, при тестировании двигателей ЗДБМ-1,6-0,4-3 в ОАО «Машаппарат», ОАО «Мэлма», г.Москва. Данные работы подтверждены актами. Полученные результаты в виде алгоритмов, методик и программного обеспечения включены в отчет по НИР и в учебный процесс кафедры ТМС Владимирского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
Международная научно-техническая конференция «Конверсия, приборостроение, рынок» (Владимир, 1997г.);
II Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы машиностроения» (Владимир, 2002г.);
-1 Международная научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (Москва, 2004г.);
III Международная конференция «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2006г.);
II Международная научно-техническая конференция «Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2006г.);
XIX Международная научно-техническая конференция, «Новые материалы и технологии -2008» (Москва, 2008г.);
VII Международная научно-практическая конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments - 2008» (Москва, 2008г.);
-1 Межвузовская научная конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Молодая мысль: Наука. Технология. Инновации. Материалы». (Братск, 2009г.);
IV Международная конференция «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2009г.);
Всероссийская конференция «Инновационные методы в архитектуре и градостроительстве», институт ДІЮ «Высшая школа недвижимости» (Саратов, 2009г.);
Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации систем транспорта» (Тамбов, 2009г.);
-Выставка «Student Design Showcase» (г.Остин, штат Техас, США, август 2009г.). Работа отмечена дипломом;
Международная научно-техническая интернет-конференция «Строительная наука -2010» (Владимир, 2010г.);
9-ая Международная научно-практическая конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments -2010». Работа отмечена дипломом 3-ей степени в секции «Научно-исследовательские и испытательные стенды» (декабрь 2010г., РУДН, Москва).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе одна в издании из перечня, утвержденного ВАК.
На защиту выносятся:
Модель системы сбора, обработки и анализа, ведения автоматизированного эксперимента по определению характеристик электромеханического привода.
Метод автоматизации процессов стендовых испытания и контроля электромеханических приводов.
Математическое, информационное и программное обеспечение проведения испытаний, позволяющее в автоматизированном режиме выполнять комплексное исследование функционирования приводов.
Результаты применения метода автоматизации испытаний для разработки и ввода в эксплуатацию электромеханических приводов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 148 страниц, в том числе 138 страниц основного текста, 10 страниц списка литературы (164 наименований). Приложения состоит из 30 страниц, содержит два акта внедрения. Диссертация содержит 118 рисунка и 17 таблиц.
