Содержание к диссертации
Введение
2 Анализ состояния проблемы обеспечения качества асинхронных двигателей малой мощности 11
2.1 Основы обеспечения качества продукции 11
2.2 Обеспечение качества асинхронных двигателей малой мощности 27
2.3 Постановка задачи 33
Выводы 34
3 Математическая модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей 35
3.1 Типы моделей 35
3.2 Структурная модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей 38
3.3 Математическая модель формирования технологических погрешностей показателей качества асинхронных двигателей 46
3.4 Оценка чувствительности показателей качества 59
Выводы 70
4 Исследование технологических погрешностей входных факторов и показателей качества 72
4.1 Технологические погрешности входных конструктивно-технологических факторов 76
4.2 Рассеивание выходных показателей качества однофазных асинхронных двигателей 80
Выводы 85
5 Моделирование рассеивания показателей качества 87
5.1 Алгоритм расчета энергомеханических показателей качества однофазных асинхронных двигателей 87
Моделирование показателей качества при номинальном значении емкости конденсатора 90
Моделирование рассеивания показателей качества при переменном значении емкости конденсатора 95
Выбор оптимальной величины емкости конденсатора 101
Разработка процесса контроля величины емкости конденсатора 111
Выводы 122
Заключение 124
Список литературы 127
- Обеспечение качества асинхронных двигателей малой мощности
- Структурная модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей
- Оценка чувствительности показателей качества
- Рассеивание выходных показателей качества однофазных асинхронных двигателей
Введение к работе
Актуальность темы
Современное развитие промышленности, транспорта, новой техники, а также улучшение быта вызвало широкое применение разнообразных электрических машин (ЭМ) малой мощности постоянного и переменного тока в диапазоне мощностей от долей ватта до нескольких сотен ватт. Особенно широко используются такие машины в различных системах автоматики и в быту, где к ним предъявляют высокие требования в отношении качества и надежности [40].
Повышенный интерес к качеству в последние 20 лет вызван требованиями рынка, определяющими главные цели и задачи в развитии современного промышленного производства Основными из них являются: повышение качества, конкурентоспособности и экономичности выпускаемой продукции, повышение ее надежности, снижение себестоимости, материалоемкости и энергопотребления. Решение этих и других задач особенно важно при проектировании и изготовлении ЭМ малой мощности, производство которых в настоящее время, представляет собой самостоятельную развивающуюся отрасль.
Среди ЭМ малой мощности широкое распространение получил асинхронный двигатель (АД), в частности однофазный асинхронный двигатель (ОАД). Область применения ОАД очень широка и разнообразна [1, 69, 72]. Они используются в станкостроении, устанавливаются в различных сельскохозяйственных механизмах, в насосах, в специальном технологическом и лабораторном оборудовании, а также в бытовой и медицинской технике.
Столь широкая область применения ОАД предопределена их относительной простотой и достаточно высокой надежностью.
Однако, многолетний опыт разработки, изготовления и эксплуатации машин малой мощности показывает, что характеристики серийных двигателей имеют большой разброс и существенно отличаются от расчетных, часто в
сторону ухудшения. Для устранения этих недостатков разброс входных факторов должен учитываться на всех этапах разработки и изготовления машины [69, 72]. Влияние этого разброса на выходные параметры противоречиво и имеет тенденцию к изменению с течением времени, что создает дополнительные трудности в повышении точности расчетов.
Для учета влияния погрешностей конструктивно-технологических факторов (КТФ) приходится без достаточных обоснований принимать запасы по всем показателям качества, что приводит к дополнительным экономическим затратам, вызванным увеличением материалоемкости или трудоемкости при необоснованно жестких допусках, а зачастую и к несоответствию показателей качества установленным требованиям стандартов.
В связи с этим проблема исследования процесса формирования качества ОАД на этапах проектирования и изготовления, а также разработка научно-обоснованных рекомендаций по совершенствованию методов расчета, организации производства и контроля качества представляется актуальной.
Вопросам исследования влияния технологических погрешностей на показатели качества ОАД малой мощности посвящена настоящая работа, которая является частью комплексной работы по совершенствованию методов обеспечения качества электрических машин, проводимой на кафедре электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета
Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой научно-исследовательских работ кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета по гранту Минобразования России PD02-2.6-199.
Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность научному консультанту - к.т.н., доценту Шапкиной Ольге Федоровне за помощь в работе.
Цель работы
Целью работы является исследование и оценка влияния технологических погрешностей на показатели качества однофазных асинхронных двигателей малой мощности и разработка научно обоснованных рекомендаций по обеспечению их качества при проектировании и изготовлении.
Методы исследования
При решении вопросов влияния погрешностей конструктивно-технологических факторов на показатели качества ОАД малой мощности при изготовлении в настоящей работе использовались теория ЭМ малой мощности, системного анализа и математической статистики, теории вероятностей и выбора решений, имитационное моделирование, а также экспериментальные исследования технологического процесса изготовления ОАД малой мощности.
Все исследования проведены с применением современных ПЭВМ.
Научная новизна работы
разработана структурная модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей, позволившая конкретизировать перечень элементов, оказывающих влияние на их качество, и установить взаимосвязи между ними;
разработана математическая модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей, учитывающая вероятностный характер процессов при их изготовлении, а также высокую чувствительность уровня качества однофазных асинхронных двигателей малой мощности к внешним и внутренним возмущениям системы, включающей в себя процессы проектирования и изготовления;
впервые получены уравнения регрессии, учитывающие нелинейную связь между погрешностями конструктивно-технологических факторов и показателями качества (ПК) и позволяющие повысить точность оценки качества однофазных асинхронных двигателей малой мощности;
произведено экспериментальное исследование технологического процесса изготовления однофазных асинхронных двигателей малой мощности с использованием разработанной математической модели, позволившее проанализировать и оценить влияние точности изготовления деталей, узлов и сборочных единиц на технико-экономические показатели однофазных асинхронных двигателей с целью обеспечения заданного уровня качества и выработать необходимые практические рекомендации;
предложен алгоритм поиска оптимальной величины и выбора оптимальных характеристик контроля для емкости конденсатора, обеспечивающих заданное качество однофазных асинхронных двигателей малой мощности.
Указанные результаты работы выносятся на защиту.
Практическая ценность
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении результаты, направлены на повышение уровня качества изготавливаемых однофазных асинхронных двигателей, а также снижению материальных и трудовых затрат в процессе их производства.
В частности:
разработанный комплекс математических моделей обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей позволяет провести экспериментальные исследования процесса формирования показателей качества при проектировании и изготовлении с использованием машинных экспериментов на ПЭВМ, что дает возможность на различных этапах создания однофазных асинхронных двигателей малой мощности обеспечить заданный уровень качества и управлять им;
использование полученных уравнений регрессии позволяет повысить точность оценки уровня качества еще на стадии проектирования и оптимизировать процесс изготовления;
предложен план и методика статистических исследований технологических погрешностей конструктивно-технологических факторов и показателей качества, а также сформирована база данных по их рассеиванию;
разработана инженерная методика определения оптимальной величины емкости конденсатора и процесса контроля ее величины, что позволяет обеспечивать заданный уровень качества однофазных асинхронных двигателей малой мощности с учетом рассеивания величины емкости и изменением ее во времени;
предложены конкретные рекомендации по обеспечению требуемого уровня качества однофазных асинхронных двигателей малой мощности при их проектировании и изготовлении, которые позволяют реально снизить рассеивание технико-экономических показателей.
Наибольшую практическую ценность полученные результаты исследований имеют для проектирования и изготовления однофазных асинхронных двигателей, отвечающих современным тенденциям ужесточения требований к стабильности качества изделий. Они также предназначены для использования на этапе технологической подготовки производства однофазных асинхронных двигателей малой мощности.
Апробация
Основные результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах кафедры «Электрические машины и аппараты» Томского политехнического университета и следующих конференциях:
Четвертая областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 1998).
Пятая областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 1999).
Шестая международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2000).
Седьмая международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2001).
Международная научно-техническая конференция «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск, 2001).
Восьмая международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2002).
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликовано семь печатных работ и одна статья депонирована в ВИНИТИ.
Реализация результатов работы
Основные результаты работы используются при разработке и совершенствовании методов обеспечения качества при изготовлении ОАД малой мощности в СКВ «Сибэлектромотор» (г. Томск) в виде методик, алгоритмов и программ.
Математическая модель обеспечения качества ОАД используется в учебном процессе кафедры ЭМА Томского политехнического университета при изучении курса «Качество и надежность электрических машин» по специальности 180100 - электромеханика при выполнении лабораторных работ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из шести разделов, содержащих 125 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 46 рисунков, 5 приложений и списка литературы из 130 наименований.
Во введении дана общая характеристика выполненной работы. Сформулированы цель работы, научная новизна и практическая ценность диссертации. Приведена краткая аннотация выполненной работы по разделам.
Во втором разделе рассмотрены общие вопросы обеспечения качества продукции. Проведен анализ современного состояния проблемы обеспечения качества ОАД малой мощности. Сделана постановка задачи.
Третий раздел посвящен разработке комплекса моделей обеспечения качества ОАД малой мощности.
В работе на основе системного анализа впервые разработана структурная модель обеспечения качества ОАД малой мощности с учетом присущих им особенностей, а также вероятностно-ориентированная математическая модель, учитывающая нелинейные связи между элементами модели.
Проведена количественная оценка чувствительности энергомеханических ПК ОАД к погрешностям КТФ, выявлены наиболее значимые.
Четвертый раздел посвящен исследованию технологических погрешностей КТФ и показателей качества ОАД и выработке практических рекомендаций по контролю.
В пятом разделе проведено моделирование рассеивания ПК ОАД на примере конденсаторного двигателя КД 180-4/5 6РК. Результаты представлены в виде таблиц и гистограмм рассеивания энергомеханических ПК. Анализ результатов представлен для двух возможных случаев:
емкость конденсатора неизменна и равна номиналу,
емкость конденсатора изменяется в пределах допуска.
Дана методика выбора и обоснования оптимальной величины емкости конденсатора, а также входного контроля.
В заключении сделаны основные выводы по результатам теоретических и экспериментальных исследований.
2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Обеспечение качества асинхронных двигателей малой мощности
На практике качество ЭМ и АД малой мощности, в частности, характеризуется соответствием единичных показателей качества требованиям нормативно-технической документации на изготовление.
Единичный показатель качества продукции, характеризует одно из отличительных свойств продукции.
Требования устанавливаются для энергомеханических, виброшумовых характеристик, конструкции АД, их надежности и долговечности. Энергомеханические показатели отражают основные эксплуатационные затраты и определяют в известной мере технический уровень ЭМ. К ним относятся коэффициент полезного действия rj, коэффициент мощности coscp, кратность максимального и пускового моментов и кратность пускового тока Требования к виброшумовым характеристикам АД учитывают влияние таких вредных факторов, как шум и вибрация.
Необходимый уровень качества любой продукции обеспечивается комплексом научных и организационно-технических мероприятий на всех этапах создания продукции: при проектировании, разработке технологических процессов производства, средств измерения и контроля качества, а также на всех стадиях изготовления. Этот комплекс образует систему менеджмента качества.
В электротехнической промышленности элементы отраслевой системы менеджмента качества стали разрабатывать еще в середине 60-х годов XX столетия. Развитие науки и техники, экономическое стимулирование предприятий, а также изучение передового опыта уже существовавших систем менеджмента качества позволили разработать и внедрить систему менеджмента качества в электротехнической промышленности [4, 74,76]. В задачи этой системы входило: - установление и формирование необходимых показателей качества продукции; - разработка и внедрение новых видов продукции; - своевременное снятие, замена или модернизация устаревшей продукции; - сервисное обслуживание на стадии эксплуатации и др. Данная система вполне успешно просуществовала до начала 90-х годов XX столетия на многих предприятиях. Отдельные элементы системы менеджмента качества действуют и сейчас на многих предприятиях электротехнической промышленности. При рассмотрении сложившейся системы обеспечения качества АД можно выделить три основные подсистемы: 1. Обеспечение технического уровня АД. 2. Обеспечение качества и надежности при изготовлении АД. 3. Мониторинг качества и надежности АД в эксплуатации. На базе Томского политехнического университета совместно с СКБ «Сибэлектромотор» (г. Томск) под руководством профессора О.П. Муравлева ведется непрерывно комплекс научно-исследовательских работ по всем трем направлениям. В частности: вопросом обеспечения качества АД на стадии проектирования занимались Жуков HLA., Онученко О.Г., Педиков В.М., Рапопорт О.Л. и др. [43 - 46, 97, 101, 106, 109, НО]; вопросом обеспечения качества АД на стадии изготовления занимались Немцев АД., Игнатович В.М., Шапкина О.Ф. и др. [34, 35, 36, 41, 44, 50, 52, 81, 82, 83, 98,100, 101, 102, 109]; вопросом эксплуатационной надежности АД занимались Карминская Т.Д., Кувайцев В.И., Чащин Д.И. и др. [55 - 59,62,120,121,122]. Результатом этих исследований явилась разработка О.П. Муравлевым теории точности электрических машин (ТТЭМ), которая позволяет с единых позиций подходить к проблеме обеспечения качества ЭМ различных типов и представляет собой действенный инструмент управления качеством электротехнической продукции [93 - 96]. Довольно глубокое исследование проблем в области расчета и конструирования ЭМ малой мощности проводятся на кафедре электромеханики Московского энергетического института [48, 62, 66, 69, 70, 84, 85, 86, 88 - 91]. Ими разработаны новые подходы к синтезу и анализу ЭМ малой мощности в условиях автоматизированного проектирования, а также большое внимание уделяется оптимальному проектированию.
Однако, полученные результаты направлены в основном на обеспечение качества ЭМ малой мощности на стадии проектирования. При этом следует отметить, что обеспечению качества ОАД при изготовлении до сих пор не уделено достаточного внимания. Необходимость же решения вопросов обеспечения качества ОАД малой мощности при проектировании и изготовлении как комплексной задачи предопределена все более расширяющейся областью их применения.
В настоящей работе рассматривается проблема обеспечения качества ОАД малой мощности при их проектировании и изготовлении. Данная работа является продолжением комплексных исследований по обеспечению качества АД, проводимым в Томском политехническом университете на кафедре электрических машин и аппаратов.
Анализ состояния данной проблемы показывает, что в настоящее время разработаны отдельные рекомендации и мероприятия по обеспечению качества ОАД [5, 6, 7, 10, 15 - 20, 64, 69, 72, 73, 87, 126, 128, 129], что не может решить проблему повышения качества выпускаемых ОАД в целом.
Ужесточение требований к качеству продукции наряду со стремлением отечественных производителей выйти на мировые рынки сбыта продукции приводит к осознанию необходимости усовершенствования действующих систем менеджмента качества с учетом новых требований на рынке [2].
Для этого необходимо иметь математические модели, которые бы позволяли уже на этапе проектирования изделия оценить ожидаемый уровень качества с учетом реальных возможностей производства Это позволит научно обоснованно планировать и реализовывать мероприятия по обеспечению и повышению качества выпускаемых ОАД. Использование возможностей современных ЭВМ позволяет отказаться от многих допущений, принятых в разработанных ранее моделях.
Требуемый уровень качества обеспечивается точностью изготовления. На процесс изготовления оказывают влияние различные факторы, в силу которых качество выпускаемой продукции не всегда в полной мере соответствует требованиям, заложенным на стадии ее проектирования. Отклонения от требований нормативно-технической документации могут иметь место на любом этапе, даже на этапе планирования и подготовки производства.
Погрешности изготовления деталей и сборочных единиц ЭМ приводят, например, к отклонениям параметров схемы замещения, увеличению потерь в стали, механических, добавочных и т.д. Это, в свою очередь, оказывает негативное влияние на показатели качества ЭМ, ухудшая их характеристики и, как следствие, приводит к увеличению брака. Учитывая неизбежные отклонения параметров и показателей качества при изготовлении ОАД необходимо разрабатывать организационные и технические мероприятия по обеспечению требуемой точности изготовления в рамках действующей системы менеджмента качества
Таким образом, обеспечение качества ОАД достигается решением задач обеспечения точности конструкции двигателей, их производства и метрологической точности, т.е. точность является определяющим понятием, поскольку, обеспечивая при изготовлении заданную точность, можно гарантировать заложенные при проектировании показатели качества Причем, точность изготовления ОАД должна обеспечивать необходимую взаимозаменяемость как по геометрическим параметрам, так и по электрическим, магнитным и другим, оказывающим влияние на эксплуатационные показатели качества, т.е. обеспечивать функциональную взаимозаменяемость..
Структурная модель обеспечения качества однофазных асинхронных двигателей
Повышение требований к качеству двигателей привело в конечном счете к тому, что активизировались исследования влияния погрешностей конструктивно-технологических факторов на отклонения выходных показателей электродвигателей [71], которые включают:
К числу определяющих задач проблемы качества также можно отнести: установление взаимосвязей между контролируемыми показателями качества и факторами, определяющими их в целях повышения уровня качества продукции или обеспечения достигнутого уровня наименьшими затратами; выявление взаимосвязей уровня качества производимой продукции с экономическими показателями, характеризующими деятельность производства или отдельного подразделения. Это позволит экономически оценить принимаемые решения по управлению качеством и повысит эффективность функционирования каждого из производств.
Методологическую основу решения комплекса этих задач составляет системный анализ [28].
Использование системного анализа различными авторами к решению проблемы качества ЭМ подтверждает его научную обоснованность и эффективность, поскольку никакие эпизодические мероприятия не могут обеспечить планомерное и устойчивое улучшение качества продукции [47, 52, 69,93, 96,97,98].
Системный анализ представляет совокупность научных методов и практических приемов решения различных проблем, возникающих во всех сферах деятельности. Применение системного анализа при решении вопросов обеспечения качества ОАД малой мощности при изготовлении является основой в разработке научно обоснованных рекомендаций по выпуску продукции высокого качества.
Реализация системного подхода осуществляется при помощи метода структуризации (т.е. поэтапного расчленения) исследуемой задачи на отдельные элементы. Метод структуризации представляет собой логический подход к определению целей деятельности и наилучших путей их достижения. Применение этого метода дает возможность определить весь набор способов и методов решения поставленных задач, а также позволяет выявить новые пути решения проблемы на каждом уровне и полнее раскрыть взаимосвязи элементов системы на разных уровнях.
На основе системного анализа решения проблемы обеспечения качества при изготовлении ОАД малой мощности разработана структурная модель ОАД (рис. 3.1). Данная модель позволяет с единых позиций оценить как технический уровень при проектировании, так и уровень качества при изготовлении ОАД.
При разработке структурной модели были приняты следующие допущения [15]: - элементы системы, находящиеся на одном уровне взаимно независимы; - известны точностные характеристики технологического процесса. Характеристика уровней структурной модели обеспечения качества ОАД: Нулевой уровень дерева целей определяет глобальную цель -обеспечение качества изготовления ОАД; Уровень А - состоит из показателей качества, которые количественно характеризуют качество изготавливаемого однофазного асинхронного двигателя. Они относятся к единичным показателям качества и устанавливаются государственными и отраслевыми стандартами, техническими условиями и другой нормативно-технической документацией. Уровень Б состоит из конструктивно-технологических параметров материалов, сборочных единиц и отдельных деталей. Элементами уровня В являются параметры, контролируемые в процессе производства. Рассмотрим указанные уровни более детально. Нулевой уровень - обеспечение качества изготовления ОАД Первый уровень - показатели качества ОАД. А. 1 - коэффициент полезного действия - х\; А. 2 - коэффициент мощности - cosq ; А.З - кратность максимального момента - Km; А.4 - кратность пускового вращающего момента - Кп; А. 5 - кратность пускового тока - Ki; А. 6 - значение виброскорости - V; А.7 - общий уровень шума - L;
На основании представленной иерархической структуры качества рассмотрим такие свойства системы, как целостность и обособленность. В целостных системах каждый элемент высшего уровня связан со всеми элементами низшего уровня и изменение состояния любого элемента приводит к изменению всех элементов более высокого уровня. В обособленных системах ни один из элементов не связан ни с одним из других элементов, и изменение состояния любого элемента приведет к изменению состояния системы в целом. Качество ЭМ и О АД в частности, представляет собой целостно-обособленную систему, т.к. реальные системы обладают как свойствами целостности, так и свойствами обособленности одновременно. Это необходимо учитывать для принятия правильных и обоснованных управляющих воздействий. Если единичные показатели сгруппировать (уровень А) по физической природе, то получаются три целостные подсистемы: 1. Энергомеханические показатели качества АЛ,..., А.5, которые на уровне Б связаны с 9 элементами. 2. Вибрация, шум и надежность подшипникового узла А.6, А.7, А.8, которые на уровне Б связаны с 3 элементами. Величина воздушного зазора определяет значения показателей этих двух подсистем и является общим элементом низшего для них уровня. 3. Вероятность безотказной работы обмоток А.9. Она связана с шестью элементами на уровне В через уровень Б. Каждую из этих подсистем можно рассматривать отдельно, что значительно упрощает выборку мероприятий и рекомендаций по обеспечению заданного уровня каждого элемента системы. Общую систему обеспечения качества ОАД можно считать достаточно обособленной, что делает возможным оптимизировать систему обеспечения качества по отдельным группам элементов, а не всю систему одновременно. Дальнейшие исследования проводились только для энергомеханических ПК ОАД малой мощности. Следует также отметить, что каждый параметр уровня Б в общем случае формируется в течение нескольких технологических операций, а также при влиянии нескольких элементов уровня В. Примерами такого рода параметров технологического процесса являются:
Удельное сопротивление материала короткозамкнутой обмотки ротора. Для заливки короткозамкнутых обмоток роторов ОАД используется чистый алюминий соответствующей марки. При заливке оно контролируется косвенно путем определения количества примесей. Поддержание заданного состава гарантирует величину электропроводности материала обмотки ротора с достаточно приемлемой погрешностью. В процессе заливки количество железа в сплаве увеличивается из-за растворения чугунного тигля и заусенцев, что влияет на формирование итогового удельного сопротивления материала обмотки ротора. Немаловажную роль в формировании конечной величины удельного сопротивления вносит и охлаждение, в процессе которого возможно образование пористости и изменение структуры металла. Из-за большого значения рассеивания свойств материала обмотки ротора имеется некоторая неопределенность с величиной проводимости алюминия, поскольку при проектировании закладывается одно значение, а в реальной машине получаем другое, порой сильно отличное от принятого при разработке ЭМ. О фактической величине рассеивания удельной проводимости материала короткозамкнутой обмотки ротора можно судить по результатам контрольных испытаний [1, 69,72]. Потери в стали. Как параметр технологического процесса потери, также формируются в несколько этапов. Влияние потерь в стали на показатели качества однозначное - снижение потерь всегда улучшает ПК. Среди технологических операций, оказывающих влияние на величину удельных потерь в стали, можно отметить такие, как штамповка листов, спрессовка в пакет, проточка, отжиг и другие, а также свойства электротехнической стали в состоянии поставки. При этом следует отметить неоднозначное влияние технологических операций на характеристики рассеивания удельных потерь в стали, что необходимо отслеживать как по горизонтальным уровням дерева целей, так и по вертикальным. Построенная структурная модель обеспечения качества ОАД при изготовлении дает полное представление об объеме необходимых работ при достижении основной цели, а также наглядно показывает взаимосвязь между элементами.
Оценка чувствительности показателей качества
Провести качественный анализ влияния входных факторов на выходные показатели, выделить те из них, к которым те или иные выходные показатели наиболее чувствительны, и дать оценку их взаимосвязи возможно через определение коэффициентов влияния [1, 94, 96], которые определяют параметрическую чувствительность ПК ОАД к параметрам деталей и сборочных единиц, свойствам применяемых материалов.
Существуют различные методы расчета коэффициентов влияния отклонений факторов на показатели качества В общем виде выделяют аналитический, экспериментальный и численные методы расчета
Аналитический метод. В общем виде каждый показатель качества асинхронного двигателя есть некоторая функция от факторов, характеризующих качество материалов, деталей и сборочных единиц двигателя где Yj - j - ый единичный показатель качества асинхронного двигателя; j=l,... ,m - количество единичных показателей качества; xj - і - ый фактор, характеризующий качество материалов, деталей или сборочных единиц асинхронного двигателя; i=l,...,n - количество рассматриваемых факторов.
Этот метод применяется, в том случае, если имеются аналитические зависимости типа (3.13).
Предполагая, что отклонения величин от номинальных значений малы и, пренебрегая членами второго порядка, путем дифференцирования получаем уравнение (при условии дифференцируемости функции Yj )
При переходе к относительным единицам производим замену дифференциалов конечными приращениями. В результате получаем выражение для определения абсолютной погрешности показателей качества АД
Относительную погрешность можно определить следующим образом Выражение в квадратных скобках называется коэффициентом влияния і -го фактора на j - ый показатель качества
Важным недостатком данного метода является то, что он очень трудоемкий, и необходимы большие расходы на получение нужных аналитических зависимостей. Данный объем работ весьма велик и не оправдывается даже с применением самых современных ЭВМ. К тому же, применение полученных зависимостей очень ограничено, т.к. они получены для конкретного технологического процесса на конкретном предприятии. Помимо этого метода существуют другие, которые также могут быть использованы, но на этапе развития всех этих методов он сыграл свою роль.
Численный метод. Данный метод может быть использован для определения коэффициентов влияния как расчетным, так и экспериментальным путем. В этом случае каждому фактору поочередно дается некоторое приращение Axj (в сторону увеличения или уменьшения значения фактора) и определяется изменение показателя качества AYj. Коэффициент влияния определяется по следующей формуле где Yj - значение j-ro показателя качества для і-го значения фактора; Х{ -значение і-го конструктивно гехнологического фактора с учетом его действительного отклонения; Yj„ и Хщ - номинальные значения показателей качества и конструктивно-технологических фактора.
Преимуществом данного метода является его универсальность и меньшая трудоемкость по сравнению с другими, высокая точность (так как используется уточненная методика поверочного расчета) и возможность исследования чувствительности показателей качества к отклонениям факторов для реального класса погрешностей. Этот метод расчета коэффициентов влияния применим для любых ЭМ и хорошо вписывается в САПР. Современные возможности ЭВМ позволяют оперативно получать необходимые результаты при реализации этого метода.
Метод статистического планирования эксперимента. Метод позволяет получать ММ любого показателя качества электрической машины в виде степенного ряда Коэффициенты влияния определяются по этой модели с помощью формулы (3.18).
Полученная ММ плохо работает при наличии локальных экстремумов. Иногда для выхода в оптимальную точку требуется большая вычислительная и экспериментальная работа, особенно в тех случаях, когда линейная модель неадекватна и требуется переход к ММ более высокого порядка [3,49].
Структурный метод. Строятся структурные схемы для каждого показателя качества, которые представляют собой графическое изображение математической модели линеаризованных функциональных связей между отклонениями различных параметров. Разработаны соответствующие правила определения коэффициентов влияния по этим схемам. Они основаны на использовании зависимости (3.18). Разрешающая способность структурного метода точно такая же, как у аналитического. Метод трудоемок и требует много времени и сил для своей реализации. Недостатки те же, что и у аналитического метода.
Метод функций влияния. Применяется для расчета допусков в случаях больших полей рассеивания (0.51 20%) [97].
Учитывая преимущества, универсальность, простоту и возможности реализации с помощью ПЭВМ для расчета и анализа коэффициентов влияния погрешностей входных факторов на отклонения выходных показателей в настоящей работе использован численный метод.
Исследование влияния погрешностей конструктивно-технологических факторов на показатели качества однофазных асинхронных двигателей проведено на примере двигателей КД 180-4/56РК, выпускаемых в ОАО «Сибэлектромотор», г. Томск.
Для определения величины разброса выходных показателей качества в работе использована универсальная программа расчета однофазных асинхронных двигателей «Elips», разработанная в СКБ ОАО «Сибэлектромотор» г. Томск. Программа предназначена для поверочных расчетов однофазных асинхронных двигателей с распределенными обмотками статора при различных схемах их включения. Программа позволяет рассчитывать двигатели с однослойными обмотками.
Для решения поставленной задачи (определения Cjj) каждому из наиболее существенно влияющих на показатели качества ОАД фактору х4 (i=1...9) задается определенная величина отклонения от его номинального значения Axj и по указанной методике проводится электромагнитный расчет ОАД с целью определения величин показателей качества Yj (j= 1...5). Затем по (3.19) определяются коэффициенты влияния Cj.
Рассеивание выходных показателей качества однофазных асинхронных двигателей
Погрешности выходных ПК ОАД следует рассматривать как следствие влияния рассеивания КТФ, нестабильности технологических процессов изготовления отдельных деталей, обмоток, сердечников, процессов сборки, настройки, а также целого ряда других причин, имеющих место при производстве двигателей.
В табл. 4.2 приведены результаты статистической обработки протоколов типовых испытаний выборки конденсаторного двигателя КД 180-4/56РК, выпускаемых в ОАО «Сибэлектромотор», г. Томск. Следует отметить, что все измерения выходных ПК проводились при номинальной емкости рабочего конденсатора. При этом средние значения cosq , Km, Кп превышают номинальные, a Ki имеет запас.
В табл. 4.3 приведены сравнительные данные полей допусков и полей рассеивания ПК конденсаторного двигателя КД 180-4/56РК, а также смещение их средних значений относительно номинальных.
Как можно видеть из табл. 4.3 не все ПК ОАД соответствуют предъявляемым требованиям. Имеется некоторый запас по кратности пускового момента и кратности пускового тока. Однако, рассеивание коэффициента мощности превышает допустимую величину.
В целом приведенные данные указывают на имеющиеся внутренние ресурсы оптимизации процессов проектирования и производства с точки зрения управления и оптимизации затрат на качество. Для этого необходимо исследовать законы распределения выходных ПК и определить их параметры.
На рис. 4.3 - 4.7 представлены гистограммы распределения выходных ПК для конденсаторного двигателя КД 180-4/56РК, выпускаемых в ОАО «Сибэлектромотор», г. Томск.
Проверка законов распределения погрешностей ПК на нормальность проведена по критерию согласия К. Пирсона с использованием пакета прикладных программ «Statistica». Полученные результаты подтверждают гипотезу о нормальном законе распределения значений выходных ПК ОАД.
Полученные экспериментальные данные рассеивания выходных ПК, параметры законов их распределения позволяют судить не только о точности изготовления ОАД, но и решать задачи синтеза и оптимизации управления качеством при проектировании и изготовлении ОАД. На основании проведенных исследований технологических погрешностей входных конструктивно-технологических факторов и рассеивания выходных показателей качества ОАД малой мощности получены их точностные характеристики, которые являются основой для расчета рассеивания и допусков на выходные показатели качества и входных конструктивно-технологических факторов, а также для организации эффективной системы контроля.
Полученные точностные характеристики определяют технические возможности существующих технологических процессов и предназначены не только для исследования технологических погрешностей выпускаемых ОАД малой мощности, но и проектируемых. 2. Анализ погрешностей показателей качества ОАД малой мощности, полученных по результатам типовых испытаний, показал, что для решения задач управления качеством необходимо исследовать влияние погрешностей конструктивно-технологических факторов и точности технологического процесса на формирование энергомеханических характеристик.
Основой для этого исследования могут служить полученные экспериментальным путем характеристики рассеивания конструктивно-технологических факторов и разработанная математическая модель обеспечения качества ОАД.
Моделируя процесс изготовления ОАД на базе реальных погрешностей конструктивно-технологических факторов, возможно не только проверить адекватность математической модели путем сравнения показателей качества, полученных экспериментальным и расчетным путем, но и разработать рекомендации по управлению качеством ОАД малой мощности.
На основе многолетних экспериментальных наблюдений за процессом изготовления ОАД малой мощности создана база данных по рассеиванию выходных энергомеханических показателей качества и конструктивно-технологических факторов, которая используется как для анализа производства, так и для проектирования новых ОАД
