Введение к работе
Актуальность работы.
Энергетическое машиностроение является одной из важнейших отраслей отечественной промышленности, определяющей конкурентоспособность продукции и экономическую независимость страны. Значительную долю его изделий представляют трубопроводные системы электростанций, в которых важнейшими и технологически наиболее сложными являются запорно-регулирующие узлы, обеспечивающие подачу и дозирование рабочих сред. Ответственными представителями таких узлов являются вакуумные клапаны, применяемые в трубопроводных системах атомных электростанций (АЭС).
Основным функциональным показателем вакуумных клапанов является полная герметичность в течение всего срока эксплуатации АЭС, достигающего 40-50 лет. Характерной особенностью работы клапанов является многократное повторение циклов открытия - закрытия затвора, приводящих к отказам в виде износа уплотнительных поверхностей, разрушения сильфонов и т.д., интенсивность которых зависит от качества сборки замыкающей пары седло-клапан. Достижение требуемого качества вакуумных клапанов осуществляется путём многочисленных переборок и испытаний по проверке герметичности, что отражает как несовершенство конструкции, так и технологии сборки.
Сборка, формирующая функциональное качество всех высокоресурсных изделий, является самостоятельной стадией производства, базирующейся на собственных научных положениях и практических приёмах. Основу существующей теории сборки составляют размерный анализ и представления классической механики о базировании твёрдых тел, адаптированные применительно к технологии машиностроения, но имеющие большое количество допущений и идеализации, затрудняющих безусловное достижение качества изделий при одноразовой сборке. В частности, существующая теория и практика сборки не учитывает положений теоретической механики о конструкциях механизмов и реальном базировании деталей в их составе, которые наглядно проявляются в структурно-сложных механизмах с переменной структурой, подобных вакуумных клапанам. Их особенности заключаются в том, что в процессе рабочего цикла структура механизма открытого типа трансформируется в номинально - замкнутое состояние, в результате которого происходит формирование нового сборочного соединения седло-клапан. Качество формирования новой кинематической пары непосредственно зависит от точности сборки всех сопряжений номинально-разомкнутого механизма и его особенностей, которые в существующих положениях теории сборки не рассматриваются. Поэтому разработка новых аналитических методов и способов расчета и прогнозирования точности сборки структурно-сложных механизмов на этапе технологической подготовки производства является актуальной, поскольку позволит повысить качество сборки вакуумных клапанов и существенно сократить их трудоёмкость.
Цель работы: повышение качества сборки механизмов трубопроводных систем энергетических станций на основе раскрытия закономерностей формирования сборочных связей.
Для достижения цели в работе необходимо решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ конструкции вакуумного клапана с единых позиций
технологии машиностроения и теоретической механики.
Изучить влияние структурных связей механизмов на обеспечение сборочных и эксплуатационных показателей.
Исследовать конструкции трубопроводных клапанов атомных электростанций для выявления структурных и сборочных взаимосвязей деталей.
Разработать математическую модель номинально-замкнутых механизмов, учитывающую влияние избыточности механических связей в узлах сложной пространственной структуры на точность сборки.
Разработать алгоритм сборки сложных пространственных механизмов, обеспечивающий точность сопряжения замыкающей пары путём компенсации негативных реакций избыточных связей.
Разработать контрольно-измерительную установку и методику оценки качества сборки вакуумных клапанов.
Методы исследования.
При проведении исследований использовались основные положения технологии машиностроения, теории сборки, теории точности, теоретической механики, теории механизмов и машин, математические методы преобразования координат, системный подход, методы компьютерного моделирования с применением современных программных средств «ANSYS».
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается корректным использованием фундаментальных теоретических положений, выбором адекватных теоретических моделей и методов их построения, применением апробированных методик научного познания, корректностью постановки задачи, применением рациональных математических методов.
Научная новизна заключается в разработке:
математической модели достижения точности исполнительных звеньев номинально-замкнутых механизмов, позволяющей учитывать влияние избыточных связей и взаимодействие деталей на качество сборки;
алгоритма проектирования сборки сложных изделий, позволяющего на этапе технологической подготовки производства прогнозировать и обеспечивать точность замыкающей кинематической пары.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель достижения точности выходных сборочных параметров номинально-замкнутых пространственных механизмов;
алгоритм и методика сборки номинально-замкнутых механизмов типа вакуумных клапанов трубопроводных систем АЭС.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработана методика сборки номинально-замкнутых механизмов, которая позволяет технологам на стадии разработки технологического процесса произвести расчет достижимой точности сборки, определять критичные элементы механизмов и реализовать сборочные компенсирующие воздействия. Полученные методики и алгоритмы могут быть использованы при совершенствовании существующих и разработке новых технологических процессов сборки конструктивно-сложных механизмов.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Современные технологии сборки», г. Москва, 2008; международный молодежный форум «Будущее высоких технологий и инноваций за молодой Россией», г. Санкт-Петербург, 2009; V международная научно-техническая конференция «Проблемы исследования и проектирования машин», г. Пенза, 2009; IX Международная научно-техническая конференция «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» «ИнЭРТ-2010», г. Ростов-на-Дону, 2010; «Современные технологии сборки», Москва, 2011; научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии в машиностроении», г. Брянск, 2011.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 публикации в изданиях, утвержденных ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения с общими выводами по работе, списка использованных источников. Объем работы -164 страницы машинописного текста, включающего 74 рисунка, 4 таблицы, список использованных источников из 112 наименований.
Похожие диссертации на Повышение качества сборки вакуумных клапанов трубопроводных систем АЭС путем компенсации погрешностей от избыточных связей в конструкции
