Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 7
1.1. Основы метрологического обеспечения производства 7
1.2. Анализ существующих методов выбора средств измерений при контроле линейных размеров 11
1.2.1. Общие положения 11
1.2.2. Существующие методы выбора средств измерений 21
1.3. Анализ методов выбора универсальных средств измерения при ремонте машин 25
1.3.1. Выбор средств измерений при контроле качества восстановленных деталей 25
1.3.2. Выбор средств измерений при дефектации 25
1.4. Анализ методов определения количества неправильно принятых и неправильно забракованных деталей 28
1.5. Цели и задачи исследований 29
1.6. Выводы 33
Глава 2. Комплексная методика выбора средств измерений линейных размеров для ремонтного производства 35
2.1. Теоретические основы оптимизации погрешности измерений 35
2.2. Основные элементы выбора средств измерений методом технико-экономической оптимизации 38
2.3. Классификация и способы определения затрат, связанных с измерениями 41
2.4. Классификация и определение потерь, связанных с погрешностью измерений 45
2.4.1. Определение потерь связанных с измерениями 45
2.4.2. Потери, связанные с ошибками контроля в ремонтном производстве 49
2.5. Выводы 58
Глава 3. Методика эксперементальных исследований 59
3.1. Методика измерений размеров, отклонений 59
3.1.1. Методы контроля износа размеров, отклонений 59
3.1.2. Теоретические основы проведения
микрометража деталей 60
3.1.3. Методика проведения дефектации элементов деталей при ремонте машин 65
3.1.4. Микрометраж и дефектация шатунных и коренных шеек коленчатого вала 66
3.2. Определение количества неправильно принятых и неправильно забракованных деталей 69
3.3. Выводы 77
Глава 4. Результаты исследований и их анализ 78
4.1. Исследование характера распределения диаметров шеек коленчатых валов 78
4.2. Выбор номенклатуры средств измерения 83
4.3. Исследование затрат на измерения 84
4.3.1. Исследование динамики затрат на измерения в зависимости от вида и погрешности средства измерения 84
4.3.2. Исследование динамики затрат на измерения в зависимости от программы измерения 90
4.4. Исследование зависимости потерь от вида и пофешности средства измерения 94
4.4.1 Исследование зависимости потерь от вида и пофешности средства измерения при контроле размеров восстановленных коленчатых валов 94
4.4.2. Исследование зависимости потерь от вида и пофешностисредства измерения при контроле размеров новых коленчатых валов 104
4.4.3. Исследование зависимости потерь от вида и пофешности средств измерения по среднестатистическим данным 105
4.5. Выбор средств измерения 121
4.5.1. Выбор средства измерения для контроля размеров восстановленных шеек коленчатых валов двигателей ЯМЗ-238 121
4.5.2. Выбор средства измерения для контроля размеров шеек новых коленчатых валов двигателей ЯМЗ-238 124
4.6. Исследование влияния объемов измерений на выбор средства измерения 126
4.7. Расчет экономического эффекта от уменьшения пофешности измерения 136
4.8. Выводы 138
Общие выводы 140
Библиографический список
- Анализ методов выбора универсальных средств измерения при ремонте машин
- Основные элементы выбора средств измерений методом технико-экономической оптимизации
- Микрометраж и дефектация шатунных и коренных шеек коленчатого вала
- Исследование зависимости потерь от вида и пофешности средства измерения
Введение к работе
Возрождение Российской экономики немыслимо без подъема сельскохозяйственного производства, которое зависит от качества применяемой техники.
Повышение качества ремонта сельскохозяйственных машин, их надежности и долговечности - одно из важных направлений технического прогресса.
Из отчетов ЦМИС Минсельхоза Росси за последние годы видно, что сельскохозяйственная техника в 90 % случаев изготавливается с нарушением технических условий. Ресурс отремонтированной сельскохозяйственной техники составляет 40..'.80 % от ресурса новой.
Качество ремонта во многом зависит от того, насколько ремонтные предприятия обеспечены необходимым контрольно-измерительным оборудованием и инструментом. Правильный выбор средств измерений позволяет, с одной стороны, повысить качество отремонтированной техники, а с другой — снизить себестоимость ремонта за счет уменьшения внутренних и внешних потерь.
Таким образом, исследования направленные на разработку методик выбора средств измерений для ремонтного производства являются актуальными и имеют ресурсосберегающее значение для агропромышленного комплекса.
Цель исследований. Разработка и апробация методики выбора средств измерений на основе минимизации функции изменения затрат и потерь в зависимости от погрешности и объема измерений.
Объект исследований. Новые и восстановленные под первый ремонтный размер коленчатые валы двигателей ЯМЗ-238 и его модификаций.
Предмет исследований. Формирование брака первого и второго рода (количества неправильно принятых и неправильно забракованных изделий) и потерь на каждом этапе контроля в ремонтном производстве.
Общая методика исследований включает анализ существующих методов выбора средств измерений и методов расчета вероятностных характеристик разбраковки; методику микрометража и дефектации новых, изношенных и восстановленных элементов деталей; методику определения количества годных, дефектных, неправильно принятых и неправильно забракованных изделий.
Научная новизна. Разработана комплексная методика выбора средств измерений линейных размеров, которая основана на определении потерь, связанных с измерениями при оценке качества технологических процессов ремонта деталей сельскохозяйственной техники.
Практическая значимость результатов исследований. Разработаны рекомендации по выбору средств измерений для различных объемов измерений с учетом реальных параметров рассеяния измеряемых объектов. Предложенные методики расчета и рекомендации предназначены для метрологических и технологических служб предприятий технического сервиса.
Реализация результатов исследований. Результаты исследования внедрены в ООО «Ремзавод», ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства» (ВИМ), ОАО «Волоколамский авторемонтный завод», 000 «Клинская сельхозтехника», что подтверждено соответствующими актами.
Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены:
на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы агроинженерной науки», посвященной 75-летию ФГОУ ВПО МГАУ, (г. Москва 12-14 октября 2005 г.);
на семинаре заведующих кафедрами и ведущих преподавателей по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» по теме «Совершенствование и технология обучения студентов по метрологии, стандартизации и сертификации» (г. Москва 24-28 января 2005 г.);
на седьмой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (г. Санкт-Петербург, 24-28 октября 2005 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в т.ч. одно учебное пособие и практикум.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка, 46 таблиц, библиографию из 87 наименований и 1 приложение.
Анализ методов выбора универсальных средств измерения при ремонте машин
Выбору универсальных средств измерений при дефектации посвящены ряд работ [27, 65, 50], но эти рекомендации основаны на интуитивном подходе авторов к существу рассматриваемого вопроса и приняты без достаточных оснований. Авторами не приводятся данные о законах распределения размеров контролируемых объектов.
В работе [65] И. С. Серый предлагает при назначении средств измерений по точности исходить из суммы допуска на износ детали и на изготовление, но в подтверждение рекомендаций не приводит никакие доказательства. Кроме того, для некоторых деталей, подлежащих дефектации, установлены допустимые износы для сопряжения с парной новой или допустимо изношенной деталью, на эту сторону автор не обратил внимание.
В [27] И. Б. Каплуном была сделана попытка уточнить этот момент, но автор также не учел всех факторов, влияющих на результаты дефектации, и исходил из условия проведения единичных, а не массовых измерений. Автор рекомендовал исходить при назначении средств измерений из гарантированного запаса точности на износ детали в течение одного межремонтного срока или же из суммы допусков, смотря по тому, что меньше, но такой подход можно считать приемлемым только для единичных измерений.
Ниже в таблицах 1.4-1.7 приведены примеры назначения СИ для рада ответственных деталей двигателей [83].
При контроле любого вида принимаемые на основании измерений решения обусловлены следующим набором случайных событий, составляющих полную группу [25]: Ргг - вероятность того, что наугад взятое контролируемое по данному параметру изделие годно и будет признано годным; Рдц - вероятность того, что контролируемое изделие дефектно и будет признано дефектным по результатам контроля; Рщ - вероятность того, что контролируемое изделие годно, но будет признано дефектным - ошибка 1-го рода; Рдг - вероятность того, что контролируемое изделие дефектно, но будет признано годным - ошибка 2-го рода. Впервые зависимости этих характеристик от параметров распределений и допуска на параметр сформулированы Н. А. Бородачевым [6].
Обозначив через X действительное значение контролируемого параметра, у - результирующую погрешность измерения (контроля), Y— полученное в процессе измерения значение контролируемого параметра, и учитывая, что этот результат, как композиция двух случайных величин X и у, сам является случайной величиной, получим [6]
Последующие публикации посвящены разработке методов расчета вероятностных характеристик для различных форм распределений измеряемого параметра и погрешности измерений, учету количества контролируемых параметров (одно- и многопараметрического контроля), учету зависимости между контролируемыми параметрами, расчету характеристик выборочного контроля. В начале были работы посвященные разработке приближенных методов расчета этих характеристик, которые были пригодны для практики работ метрологических подразделений без применения численных методов, требующих ПК.
Сложность разработки таких методов обусловлена трудностью вычисления в аналитическом виде многомерных (в случае оного параметра - двумерных) интегралов даже для наиболее простых законов распределений. Рассмотрим результаты решения проблемы, проанализировав наиболее значительные публикации по данному вопросу. В большинстве из них рассмотрено сочетание нормальных законов распределения параметра и погрешности измерений, при этом внутренний интеграл, как правило, выражается через функцию Лапласа, а результаты интегрирования по второй переменной представляют либо в табулированном [20], либо в графическом [45, 78] виде.
В некоторых работах приводятся результаты расчета численными методами вероятностных характеристик при других видах законов распределений: равномерном - для погрешности измерений [45,78], равномерном, арккосинусом [78], Релея [30], Вейбулла [87] - для измеряемого параметра. Рекомендуемыми в этих работах методами вычислений вероятностных характеристик являются также графоанилитеческие, с использованием графиков зависимостей вероятностных характеристик при разных значениях параметров.
На наш взгляд, графоаналитический и табулированный методы расчета являются весьма неудачными видами приближенного расчета по следующим соображениям. Для достижения приемлемой на практике точности расчетов (порядок 10 %) при пяти влияющий на вероятностные характеристики параметрах и нескольких видах законов распределений потребовалось бы несколько сотен графиков или таблиц, чтобы охватить все диапазоны изменения параметров и реально существующих законов распределений. Такой альбом из графиков или таблиц был бы неудобен в применении.
Основные элементы выбора средств измерений методом технико-экономической оптимизации
В затраты на измерения в общем случае входят единовременные и текущие затраты (рис.2.3).
Единовременные затраты состоят из следующих элементов: вложений в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы связанные с разработкой методик измерений, средств измерений и средств поверки средств измерений, программного обеспечения (ЗЦІЮКР) затраты на метрологическую аттестацию методик и нестандартизован-ных средств измерения (Зш); вложений на приобретение средств измерений (КсиУ затраты на монтажные и пуско-наладочные работы, связанные с введением в эксплуатацию средств измерений (ЗтіР).
Единовременные затраты можно представить в виде К - Кси &ЕД, где кщ коэффициент, учитывающий суммарное влияние составляющих элементов единовременных затрат в долях от вложений на приобретение средства измерения. кщ кшюкр км.А кпмр, где книокр - коэффициент, учитывающий влияние вложений научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ связанных с разработкой методик измерений, средств измерений и средств поверки средств измерений, программного обеспечения в долях от Кен,- кш- коэффициент, учитывающий влияние затрат на метрологическую аттестацию методик и нестан-дартизованных средств измерений в долях от Кс11; кц.мр - коэффициент, учитывающий влияние затрат на монтажные и пуско-наладочные работы, связанные с введением в эксплуатацию средств измерений в долях от Кси.
Ориентировочно значения этих коэффициентов можно принять [82] кшюкр= 1,0...1,1; ш= П05...1,08; W=U5..-1,85. В текущие затраты на измерения включаются затраты на: периодическую поверку средств измерений (3/i); обслуживание средств измерений в процессе их эксплуатации (контроль работоспособности, чистка, регламентная смазка и т. п., а также на их учет и хранение {ЗтоУ, текущий ремонт средств измерений (данные затраты вместе с первыми двумя видами текущих затрат составляют затраты на метрологическое обслуживание средств измерений) (Зтр) , энергию питания средств измерений (от электросети или пневмосети) и материалы, расходуемые в процессе измерений (Зэ.и); заработную плату операторов, непосредственно выполняющих измерения, вместе с соответствующими отчислениями, определяемыми размерами заработной платы (ЗзпУ, амортизационные отчисления, определяемые стоимостью средств измерений и других технических средств, участвующих в измерениях данного технологического параметра (Яш) Для ремонтного производства затраты на годовой объем измерений рассчитывают по формуле Зц = Зп + JT0 + 3ТР + JVI + J3.1/ + Зш, (2. о) где Зп- годовые затраты на поверку одного СИ, р./год; 3Тр — годовые затраты на ремонт СИ, р./год; Ззи - годовые затраты на заработную плату контролеров (операторов), обслуживающих одно СИ, р./год; Зэм— годовые затраты на энергопитание (электроэнергию и др.), р./год; ЗАМ — годовые амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт по применяемым СИ, р./год.
Рассмотрим подробно каждую составляющую затрат. Годовые затраты на поверку и ремонт определяют по формуле 3// = 3/, и/,; (2.9) Зр = Зр -пР, (2.10) где З// - затраты на одну поверку, р./пов.; Зр - средние затраты на устранение одного отказа, р./рем.; пп - среднее годовое количество поверок (плановых и неплановых) одного СИ, пов./год; пр - среднее годовое количество ремонтов одного СИ по явным и метрологическим отказам, рем./год.
При проведении работ силами данного предприятия і/ Зп =кд- /,,,-.&.,.,(,; (2.11) Зр ktf2_jtpj -Ьч pj +Цэл, (2.12) где Щ, tpj время, затрачиваемое в среднем j-м поверителем (ремонтником) на одну поверку (ремонт), ч/пов., ч/рем.; //у- часовая тарифная ставка j-го поверителя (ремонтника), р./ч; d, I - количество поверителей (ремонтников), обслуживающих установку; Цэл - средняя стоимость заменяемых элементов и деталей при ремонте, р./рем.; кд коэффициент, учитывающий отчисления на соцстрахование и дополнительную заработную плату.
Годовые затраты на заработную плату контролеров (операторов) определяют по формуле Ззп=Ви-кд-1К-ЬЧК (2.13) где tK- норма времени на одно измерение (контроль) одного изделия, ч/изм. (ч/шт.); Ьц,к часовая тарифная ставка контролера (оператора), р./ч. Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле 3 , = 11-РА. (2.14) где КСи - балансовая стоимость средства измерений (цепа, другие единовременные затраты, связанные с приобретением, монтажом и вводом в эксплуатацию средства измерений); РА - коэффициент амортизационных отчислений на реновацию и капитальный ремонт, который принимается по данным [82].
Согласно [82] в ориентировочных расчетах для подавляющего числа средств измерений коэффициент амортизационных отчислений может быть принят равным 0,15; для средств измерений (датчиков), работающий в контакте с агрессивными средами, и термопар этот коэффициент рекомендуется принимать равным 0,3.
Микрометраж и дефектация шатунных и коренных шеек коленчатого вала
На рисунке 3.4 показан характер износа шатунной шейки коленчатого вала. Шатунная шейка изнашивается в верхней части из-за давления шатуна во время такта сжатия и такта расширения. Пик давления приходится на верхнюю часть (плоскость S1, рисунок 3.5 а) шейки. В результате такого характера износа происходит уменьшение радиуса кривошипа на величину Дг, рисунок 3.4 а, что является одной из причин снижения степени сжатия и потери мощности двигателя. Из-за перекосов шатуна шатунная шейка после работы приобретает бочкообразную форму, рисунок 3.4 б, а если вкладыши имеют в середине масляную канавку, то шейка имеет не изнашиваемый поясок. Поэтому с целью выявления наибольшего износа, отклонений формы, рекомендуется измерять ее в трех сечениях [33].
Коренная шейка имеет меньший и более равномерный износ, чем шатунная, т.к. она воспринимает нагрузку попеременно от нескольких шатунов, давление от одного шатуна передается на несколько шеек сразу, длина и диаметр ее больше. Но иногда встречается неравномерный износ коренной шейки по длине окружности из-за отклонения от соосности коренных опор и радиального биения коренных шеек [15].
Разметку измеряемых плоскостей и сечений шеек коленчатого вала с целью микрометража проводят согласно рисунку 3.5, 3.6 а, б и рисунку 3.7 а, б [15].
Шатунные шейки коленчатого вала измеряют по внешнему диаметру в трех сечениях по двум плоскостям - параллельно плоскости кривошипа измеряемой шейки (S1) и перпендикулярно (S2) [15].
Рассмотренные в первой главе формулы (1.45) определения вероятностных характери стик, представлены в виде удобном для определения параметров разбраковки как для деталей с исправимым браком, так и с неисправимым. тде/(х) и q (y) - плотности распределений измеряемого параметра и погрешности измерений соответственно; Рщ\ - вероятность того, что контролируемое изделие дефектно и будет признано дефектным по результатам контроля, с левой стороны поля допуска; Рдщ. - вероятность того, что контролируемое изделие дефектно и будет признано дефектным по результатам контроля, с правой стороны поля допуска; РГд\ вероятность того, что контролируемое изделие годно, но будет признано дефектным с левой стороны поля допуска; Ргдг — вероятность того, что контролируемое изделие годно, но будет признано дефектным, с правой стороны поля допуска; РдП - вероятность того, что контролируемое изделие дефектно, но будет признано годным — ошибка 2-го рода, с левой стороны поля допуска; Рцп — вероятность того, что контролируемое изделие дефектно, но будет признано годным - ошибка 2-го рода с правой стороны поля допуска.
Выражения (3.36) представляют произведение двух определенных интеграл-лов. Причем, фаницы второго интеграла зависят от переменной функции первого интефала. Расчет искомых вероятностных характеристик определяются некоторой точностью.
Для решения задачи была разработана компьютерная профамма расчета вероятностных характеристик численным методом в среде Delthe 7. Данная профамма состоит из фех функций (integral, int_exact, count). Функция integral. Входные параметры функции integral: a,b- фаницы интервала; п - количество офезков на интервале а-Ь; /—функция. Функция integral рассчитывает определенный интефал на офезке а-Ь от функции/ методом фапеции с количеством разбиений офезка а-Ь на п равных частей. Алгоритм расчета функции integral приведен на рисунке 3.8. Функция int_exact. Входные параметры функции inl exact те же, что и в функции integral.
Функция int_exact использует функцию integral для расчета определенного интефала на офезке а-Ь от функции/с заданной точностью eps. Задается количество разбиений п = 10 и рассчитывается интефал (с помощью функции integral). Далее количество разбиений увеличивается в два раза и рассчитывается интефал (с помощью функции integral). Если модуль разницы между текущим и предыдущим расчетами больше либо равен заданной точности, то текущий интефал становится предыдущим, количество разбиений п увеличивается в два раза. Повторяем весь расчет до тех пор, пока разница по модулю между соседними расчетами не будет удовлетворять фебуемую точность.
Исследование зависимости потерь от вида и пофешности средства измерения
Для определения потерь от вида погрешности СИ при контроле размеров восстановленных коленчатых валов применим методику расчета, изложенную во второй главе.
После дефектации коленчатые валы двигателя ЯМЗ-238 требующие ремонта поступают на восстановление, качество этой операции подвергается двустороннему контролю.
Валы сортируют на три группы: - валы размеры, которых попадают в допуск на изготовление, (годные валы) поступают на операцию комплектования и сборки; - валы, у которых диаметры шеек меньше, чем наименьший допустимый диаметр (неисправимо бракованные). Шейки, имеющие этот размер, перетачивают под следующий ремонтный размер; - валы, у которых диаметры шеек больше, чем наибольший допустимый диаметр (исправимый брак). Шейки, имеющие эти размеры, повторно обрабатывают.
В результате наложения погрешности СИ на результаты этих измерений образуются потери Пв определяемые по формуле ПВ=ПВГД+ПВДГ, (4.1) где Пвгд - потери, возникающие из-за годных валов попавших в брак при контроле качества восстановления; Пщг- потери, возникающие из-за бракованных валов попавших в годные при контроле качества восстановления. Пт. = її КСВ Ркс + П ШІІ Рон + ЛГ1ГРГ, (4.2) где ПКСІЇ - потери при выявлении бракованного вала на операции комплектации и сборки деталей, сборочных единиц и агрегатов; П0БВ - потери при выявлении бракованного вала при обкатки и испытании (выходной контроль); ПРВ- потери при выявлении брака у потребителя; Ркс вероятность обнаружения брака при комплектации и сборки деталей, сборочных единиц и агрегатов; РОБ - вероятность обнаружения брака при обкатке и испытаниях; РР _ вероятность обнаружения брака у потребителя. ксв = а "вдг - лтс (4.3) где Вв - количество измеренных валов после восстановления; Рндг— вероятность того, что дефектный вал будет отнесен к группе валов поступающих на комплектование и сборку в группе требующих восстановления; Зкс - затраты на комплектацию и сборку деталей, сборочных единиц и агрегатов. Повв = [Вв РВдг " 0 Лк )J fee + os ) I (4.4) П№ = [Вв Рвдг (1 - Pas " Ров РксЫЗу +3Р), (4.5) где ЗОБ - затраты на обкатку и испытание. Зу - затраты на устранение дефекта; Зр- затраты на штрафы и рекламации от потребителя. вгд = вгд + вгд s (4.о) где Щуд - потери, возникающие при контроле качества восстановленных деталей из-за годных валов, попавших в группу исправимый брак;Я л— потери, возникающие при контроле качества восстановленных деталей из-за годных валов, попавших в группу неисправимый брак. 11 вгд ив вгд - паї і KHt// где PfrJ!- вероятность того, что годный вал будет отнесен к группе валов с исправимым браком; Зцсп - стоимость восстановления одной шейки коленчатого вала.
Коленчатые валы, размеры которых были приняты как неисправимо бракованные, возвращают на восстановление, и обтачивают под 2-ой ремонтный размер. Таким образом, потери в случае, когда валы забраковывают ошибочно, определяют по формуле П%і-ВіГР уГ3Иі (4.8) где Pfrj( - вероятность того, что годный вал будет отнесен к группе валов с неисправимым браком; Зв стоимость восстановления всего коленчатого вала.
Исходные данные для расчета представленных зависимостей представлены в таблицах 4.12,4.13, 4.15,4.16.
Результаты расчетов сведены в таблицы 4Л 4, 4.17.
На основании рассчитанных данных построены графические зависимости (рис. 4.6, 4.7) потерь от вида и погрешности СИ. На рисунки 4.6 и 4.7 нанесены линии тренда, которые отображают направление изменения анализируемого ряда данных. Величина R (коэффициент смешанной корреляции) отражает близость значений линии тренда к фактическим данным.
Из анализа графиков видно, что наибольшие потери получаются при измерениях приборами с наибольшей погрешностью, и наименьшие — с наименьшей погрешностью.
