Содержание к диссертации
Введение
1. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. Изделия крупногабаритных аппаратов (КГА) как объект управления 8
1.2. Оценка технического уровня КГА 16
1.2.1. Состояние технического уровня КГА 16
1.2.2. Анализ технического уровня КГА 22
1.2.3. Обоснование системы управления качеством КГА .. 26
1.3. Обзор литературных и производственных данных по управлению качеством КГА 29
1.4. Задачи исследования 45
2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ СТЫКОВЫХ СОЩИНЕНЙЙ
КОРПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ 46
2.1. Анализ однородности напряженного состояния стыковых соединений 46
2.2. Моделирование точности геометрических параметров стыковых соединений 48
2.2.1. Математическое описание количественных зависимостей точности геометрических параметров 48
2.2.2. Проверка уравнений математического описания, обобщение и выдача рекомендаций 54
2.3. Определение функциональных связей однородности напряженного состояния стыковых соединений 62
2.4. Разработка математической модели функционирования стыковых соединений корпусов КГА 75
3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОРПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ 87
3.1. Определение исходных данных для оптимизации параметров стыковых соединений корпусов КГА 87
3.1.1. Комплекс оптимизации 87
3.1.2. Определение вспомогательных значений к составлению целевой санкции 90
3.1.3. Определение ограничений на расположение листовых элементов из условий технических требований, предъявляемых к стыковым соединениям корпусов КГА 104
3.2. Оптимизация параметров стыковых соединений корпусов КГА емкостного типа 109
3.3. Оптимизация параметров стыковых соединений корпусов КГА колонного типа
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЛИСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОР
ПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ 119
4.1. Анализ фактической точности листовых элементов 119
4.2. Оптимизация структуры укладки листовых элементов в сварной карте 129
4.3. Разработка методики расчета допусков на листовые элементы корпусов КГА 141
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ПАРАМЕТРОВ ЛИСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ 154
5.1. Выбор метода и обоснование процесса технического контроля параметров листовых элементов 154
5.2. Метрологический анализ точности средства технического контроля геометрических параметров листовых элементов 158
5.3. Экспериментальные исследования точности средства технического контроля параметров листовых элементов 176
6. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 192
6.1. Методичеокие основы по составлению математических моделей оптимизации параметров объектов стандартизации 192
6.1.1. Требования к методам составления математических моделей оптимизации 192
6.1.2. Построение математических моделей оптимизации и их алгоритмизация 194
6.1.3. Расширение состава нормативно-технической документации 198
6.1.4. Поотроение рабочих моделей оптимизации ПОС 198
6.2. Расчет экономической эффективности результатов внедрения 198
ВЫВОДЫ 208
ЛИТЕРАТУРА 210
ПРИЛОЖЕНИЕ 222
- Изделия крупногабаритных аппаратов (КГА) как объект управления
- Анализ однородности напряженного состояния стыковых соединений
- Определение исходных данных для оптимизации параметров стыковых соединений корпусов КГА
- Анализ фактической точности листовых элементов
- Выбор метода и обоснование процесса технического контроля параметров листовых элементов
Введение к работе
Принятые на ХШ съезде КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", предусматривают дальнейшее развитие материального производства, совершенстование его структуры, повышение качества и технического уровня продукции.
Решение проблемы повышения технического уровня продукции неразрывно связано с вопросами совершенствования конструкции, создания прогрессивных технологических процессов и разработки систем управления качеством.
В осуществлении поставленных на ШІ съезде КПСС задач в базовых отраслях народного хозяйства намечена тенденция создания установок большой единичной мощности, включающих крупногабаритные аппараты (КГА) различного функционального назначения. При использовании КГА в различных технологических установках решаются вопросы сокращения удельных материальных, трудовых и энергетических затрат. Дальнейший рост технического уровня КГА опреде-. ляетоя повышением качества корпусов, характеризуемого работоспособностью, материальными и трудовыми затратами, неразрывно связанным с вопросами обеспечения точности стыковых соединений.
До последнего времени отсутствовали обоснованные нормы точности параметров стыковых соединений корпусов КГА. Назначение точности параметров стыковых соединений корпусов КГА было передано на произвольное решение изготовителя и устанавливалось исходя из технологических возможностей предприятий без учета комплексного рассмотрения влияния параметров соединения на работоспособность аппаратов. Следствием оказадооь, что работоспособность корпусов КГА различного функционального назначения характеризуется крайне не стабильными показателями, в результате чего имеют место частые внеплановые остановки оборудования, приводящих к длительным простоям всей технологической системы, материальным и трудовым затратам, возможным человеческим жертвам. При этом следует отметить, что в 90$ случаев нарушение работоспособности КГА определяется разрушением корпусов в зоне стыковых соединений.
Целью работы является повышение и поддержание отабильной работоспособности КГА по механическим свойствам и экономичности конструкции аппаратов путем снижения материальных и трудовых затрат. Поставленная цель достигается за счет создания системы управления качеством КГА, воздействующей на точность параметров стыковых соединений.
Управление качеством КГА осуществляется на основе метода математического моделирования и базируется на основополагающих принципах построения единой системы государственного управления качеством продукции (БС ГУКЇЇ). На основе используемых методов и принципов разработана и реализована программа управления качеством КГА, ориентированная на три процесса управления - оптимизация параметров стыковых соединений, технический контроль и стандартизация, В соответствии с программой управления качеством КГА разработаны и внедрены:
ГОСТ 18.101-82 "Количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации. Основные положения по составлению математических моделей"; методики оптимизации параметров стыковых соединений корпусов КГА и точности листовых элементов; средотво технического контроля параметров листовых элементов, защищенное авторским свидетельством и занявшее третье место на выставке МВТУ им, Н.Э.Баумана в 1982 году; ожидаемый экономический эффект от разработки и внедрения системы управления качеством КГА по результатам расчетов еоставля- ляет 850 тыс.рублей в год. Автор защищает научные положения и выводы комплексных исследований по разработке процессов управления качеством КГА, являющихся результатом: разработки математических моделей оптимизации параметров корпусов КГА колонного и емкостного типов; разработки методики расчета оптимальных допусков параметров листовых элементов корпусов КГА; разработки новых процессов технического контроля параметров листовых элементов корпусов КГА; - разработки научных основ стандартизации количественных мето дов оптимизации параметров объектов и рекомендаций по составле нию математических моделей оптимизации.
Автор выражает благодарность канд.техн.наук, доц. В.И.Колч-кову за научные консультации по вопросам метрологического обеспечения качества изделий машиностроения.
Изделия крупногабаритных аппаратов (КГА) как объект управления
Возросшая потребность народного хозяйства в продукции базовых отраслей индустрии таких как энергетика, металлургия, химия, машиностроение обеспечивается за счет создания установок большой единичной мощности, центральным звеном которых являются КГА.
При создании КГА одновременно решаются вопросы сокращения всех видов удельных затрат, связанных с изготовлением и эксплуатацией аппаратов, что наглядно иллюстрируется на примере сравнения удельных материальных, трудовых и энергетических затрат установок первичной переработки нефти различной единичной мощности взЗ (рис. І.І).
КГА являются конструкциями межотраслевого применения, потребность в которых возрастает с каждым годом (рис. 1.2). В зависимости от функционального назначения к характерным представителям КГА относятся: колонные аппараты для ректификации, абсорбции, экстракции, адсорбции, десорбции, кристаллизации различных продуктов; различного рода реакторі для проведения всевозможных физико-химических процессов; котлы варочные и коксовые камеры; емкости для хранения и транспортирования различных веществ; разнообразные выпарные аппараты для концентрирования растворов и выделение из них растворенного вещества в чистом виде. Состав выпуска КГА показан на рис. 1.3.
class2 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ СТЫКОВЫХ СОЩИНЕНЙЙ
КОРПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ class2
Анализ однородности напряженного состояния стыковых соединений
Установлено, что значение теоретического коэффициента концентрации напряжений определяет стабильность работоспособности стыковых соединений корпусов КГА в условиях повторно-статических и малоцикловых внешних нагрузок в присутствии коррозионных сред 49, 66, 70, 76, III].
Для описания напряжеыно-дефорьшрованного состояния участка оболочки с кольцэвым стыковым соединением с произвольными параметрами справедливы следующие уравнения теории упругости для осесимметричного тела.
Определение исходных данных для оптимизации параметров стыковых соединений корпусов КГА
Процессом управления качеством функционирования корпусов КГА на стадии проектирования является система оптимизации параметров стыковых соединений аппарата. Основными требованиями к результатам оптимизации являются точность, полнота и детализация, зависящие от широты принятых границ комплексности [45, 107]. Границы комплексности определяют совокупность совместно оптимизируемых параметров стыковых соединений и факторы, учитываемые при оптимизации и влияющие на оптимальные значения параметров. Детализация, в свою очередь, заключается в доведении оптимизации до допустимых отклонений функциональных параметров стыковых соединений.
class4 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЛИСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОР
ПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ class4
Анализ фактической точности листовых элементов
Обеспечение отклонений параметров стыковых соединений корпусов КГА в заданных пределах без подгоночных операций возможно только при соблюдении точности листовых элементов и сварных карт. Точность листовых элементов и карт зависит, в свою очередь, от точности технологических операций разметки и обработки кромок под сварку 67,]. Последующие технологические операции, связанные со сборкой и сваркой карты, гибкой карты в обечайку, оборкой и сваркой продольного и кольцевого стыков дополнительно вносят следующие погрешности, определяющие точность параметров стыковых соединений .[67]: погрешность сварочного зазора; погрешность деформирования, возникающая при пластической деформации в процессе гибки карты; погрешность, вносимая линейной усадкой сварного шва; погрешность из-за разной длины крайних волокон и нейтрального слоя сформированной обечайки; погрешность из-за допуска на толщину листового материала. Как показывает анализ погрешностей Г67І, точность параметров стыковых соединений корпусов КГА определяется в основном точностью геометрических параметров листовых элементов, допуском на толщину проката и допуском на зазоры под сварку [б7]. При этом доминирующей погрешностью среди перечисленных является погрешность геометрических параметров листовых элементов таких как ширина ht , длина LL И диагонали К-, [бв].
С целью установления закона и моментов распределения случайных отклонений геометрических параметров листовых элементов \\i » LL t Kj. и определения закономерности изменения отклонений в зависимости от определяющих их геометрических параметров проведено исследование фактической точности обработки листовых элементов на кромкострогальном станке модели 7806.
Определение закона и моментов распределения размеров листа выполнено на основании статистической обработки результатов замеров, произведенных на заводе нефтяного машиностроения имени Петрова в гВолгограде.
Проведено исследование точности изготовления двух партий лиотовых элементов: 1500x5091x22 и 1500x3951x22, выполненных из стали марки 0ІХГ8НЕ0Т. Перед контрольными замерами листовые элементы проходили операцию правки, разметки и строжки. Разметка проводилась камеральным методом с помощью рулетки РЗ-Ю ГОСТ 7502-69, 1-й клаос. Установка листовых элементов на столе кром-кострогального станка осуществлялась по предварительной разметке.
Измерения проводились компенсационной рулеткой, верхний предел измерения компенсационной рулеткой - 20 м, цена деления шкалы - I мм, оточет по нониусу - ОД мм [94].
class5 РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ПАРАМЕТРОВ ЛИСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АППАРАТОВ class5
Выбор метода и обоснование процесса технического контроля параметров листовых элементов
В соответствии с ГОСТ 16504-74 техническим контролем называется проверка соответствия продукции установленным техническим требованиям. Основными элементами процесса технического контроля являются: объект, метод, средство, исполнитель контроля и документация по контролю. Объектом контроля в рассматриваемом случае являются листовые элементы корпусов аппаратов, наделенные контролируемыми признаками, к которым относятся такие количественные характеристики как численные значения ширины, длины и диагоналей листовых элементов.
На основании проведенного выше обзора литературных и производственных данных по известным в настоящее время методам и средствам технического контроля геометрических параметров крупногабаритных изделий установлено, что наиболее перспективным методом измерения для контроля геометрических параметров нежестких листовых деталей в производственных условиях является метод обкатывания измеряемой поверхности мерительным роликом. В настоящее время этот метод широко используется для измерения диаметров крупногабаритных деталей при обработке их на токарных и карусельных станках, а также в прокатном производстве. В основе метода лежит следующий принцип: ролик известного диаметра касается поверхности контролируемого изделия и при перемещении вращается под воздействием момента сил трения. Зная диаметр и угол поворота ролика, можно определить размер измеряемого объекта.
Точность измерения методом обкатывания зависит от многих факторов, в том числе и от способа направления обкатывающего элемента по измеряемой поверхности. Правильный выбор способа направления обкатного элемента особенно важен при контроле неподвижных объектов.
Проанализируем возможные способы направления обкатного ролика вдоль измеряемой поверхности с точки зрения точности и экономичности контрольной операции.
Визуальный способ направления предусматривает, что в процессе технического контроля по размеченной заранее траектории контролер визуально направляет обкатной элемент вдоль измеряемой поверхности, двигаясь одновременно с ним. В процессе движения контролера траектория перемещения обкатного ролика отлична от прямолинейной. Предположим, что толщина разметочной меловой линии в среднем составляет 7 мм, а в процессе измерения обкатной элемент, двигаясь по синусоидальной траектории, не выходит га границы разметки (меловой линии). Тогда погрешность измерения от одной волны с шагом 300 мм составит Дх = 0,4 мм, что на длине в І м даст погрешность равную 1,33 мм, а это недопустимо при точных измерениях.
