ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
< 6, 2004
ИНФОРМАЦИЯ И ХРОНИКА
МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В ОБЛАСТИ ДИАГНОСТИКИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАШИН
Для второй половины XX века характерно бурное развитие машиностроения, вычислительной техники, автоматизации технологических процессов, в том числе прецизионных нанотехнологий [1]. Участившаяся аварийность машин и сооружений, усложнившиеся условия их эксплуатации (космические исследования, атомная промышленность), акты терроризма обусловили необходимость совершенствования и развития новых методов неразрушающего контроля и технической диагностики [2]. Повышение быстродействия и компактности вычислительной техники, средств отображения и анализа информации, разработка миниатюрных датчиков создали новые возможности автоматизации и комплексного проведения экспериментов, мониторинга и прогнозирования надежности машин. Эти факторы обусловили необходимость расширения международного сотрудничества по развитию методов неразрушающего контроля и технической диагностики.
Области этого сотрудничества становятся все более разнообразными: создание национальных, европейских и международных Федераций по неразрушающему контролю и технической диагностике [2]; проведение международных совещаний и конференций (в частности конференций по диагностике отдельных новых типов машин); унификация и стандартизация методов и средств неразрушающего контроля и технической диагностики [2, 3]; унификация методов сертификации специалистов по неразрушающему контролю и технической диагностике [2]; совместное издание монографий и справочников, перевод книг и журналов на английский и русский языки, доступные многим специалистам [1, 2]; подготовка и стажировка иностранных инженеров и аспирантов, специализирующихся по контролю и диагностике в машиностроении; проведение сравнительных испытаний и публикация их результатов, оценка качества и диагностирование выпускаемого оборудования [4-8]; разработка новых методов испытаний, оценка качества, мониторинга и прогнозирования надежности машин [1, 8-12] и систем биомеханики [13], пригодных для применения в других странах.
Российская академия наук уделяет большое внимание международному сотрудничеству. В области машиностроения сформировались два крупных центра, успешно осуществляющих сотрудничество по вопросам неразрушающего контроля и технической диагностики: Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (ИМАШ), возглавляемый акад. К.В. Фроловым и Научно-исследовательский институт интроскопии (МНПО "Спектр"), возглавляемый член-корр. РАН В.В. Клюевым МНПО "Спектр" является признанным лидером в области неразрушающего контроля и технической диагностики. Разрабатываемые и внедряемые им методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики базируются на новейших достижениях науки и техники, на непрерывном совершенствовании технологических процессов, внедрении перспективных систем управления предприятием и умелого использования международного сотрудничества.
В ИМАШ сотрудничество с зарубежными странами давно осуществляется по трем направлениям: прочность [3, 5]; трение и износ (трибология) [5, 14]; теория ме-
ханизмов и машин [5]; и новое направление - биомеханика [13]. По всем этим направлениям развиваются экспериментальные методы исследований и осуществляется широкое международное сотрудничество.
В 1969 г. была создана Международная Федерация по теории машин и механизмов (ИФТОММ), президентом которой был избран акад. И.И. Артоболевский. В состав ИФТОММ вошли 13 стран, в том числе Австралия, Болгария, Великобритания, ГДР, Польша, СССР, США, ФРГ. В настоящее время членами этой Федерации являются 53 страны всех континентов. За прошедшее время было проведено 11 Международных конгрессов в Болгарии, Польше, Югославии, Англии, Канаде, Индии, Испании, Чехословакии, Италии, Финляндии, Китае. На очередном Конгрессе и Генеральной ассамблее ИФТОММ в мае 2004 г. (Китай) российский ученый А.П. Бессонов был избран почетным членом с вручением диплома и памятной медали.
Наряду с классическими проблемами теории машин и механизмов на Конгрессе ИФТОММ обсуждали проблемы диагностики и идентификации систем машин, меха-троники, вибродиагностики и биомеханики. На прошедших конгрессах работали секции по экспериментальным методам и автоматизации эксперимента, мехатронике. Наряду с теоретическими вопросами рассматривали задачи по технической диагностике. Особенно широко эти вопросы обсуждали на специализированных конференциях по робототехнике [6, 7]. В ИФТОММ работает технический комитет "Роботы и манипуляторы". Совместные испытания промышленных роботов проводили в Берлине, Дрездене, Софии, Оулу и в Москве. Многие известные ученые и специалисты были приглашены в ИМАШ и выступали на ученом совете института: B. Roth (США), Den Hartog (США), D. Tesar (США), Bently (США), Warnicke (США), Vukobratovic (Югославия) и др. Ученые ИМАШ: К.В. Фролов, А.П. Бессонов, Н.А. Махутов, А.В. Чичинад-зе, Ю.Н. Дроздов, А.И. Корендясев и др. многократно выступали с лекциями и докладами за рубежом, посещали лаборатории, фирмы кафедры университетов, выставки. Эти контакты были обоюдно полезны.
Лаборатория диагностики машин была создана в ИМАШ на основе применения методов и средств испытаний кинематических и динамических параметров машин, разработанных Н.П. Раевским. При разработке методов оценки качества и диагностирования было использовано новое научное направление "Квалиметрия", основанное Г.Г. Азгальдовым и А.В. Гличевым. Особенно успешно его применяли к промышленным роботам и транспортным устройствам станков [1, 4, 5, 7]. Широкое применение в станкостроении мехатронных устройств [8, 9] побудило опробовать квалиметричес-кие методы для новых условий работы поворотных столов металлорежущих станков.
Для сравнения были выбраны поворотно-делительные столы с мехатронным приводом, производимые швейцарской фирмой ETJE и СКБ (Санкт-Петербург) [9]. Рассчитывали квалиметрические коэффициенты быстроходности юср, K0, аю, динамичности Кд, 5¥ и комплексные коэффициенты Ад = Кд5¥^К0 и АКд = 3/а^/Ад, где 5¥ -
угловая точность позиционирования; юср - средняя угловая скорость; К0 = юср\jJ/JБ ; J - момент инерции планшайбы с обрабатываемыми деталями и приспособлениями; JБ - 10 кгм2 - базовое значение J; аю = К0/ V^v; ¥ - угол поворота планшайбы в
рад; Кд = е/; е - угловое ускорение планшайбы в с-2.
Эмпирические значения степеней и предельные величины коэффициентов обоснованы в [1, 4, 5]. Их проверяли при расчетах столов с мехатронным приводом. Величины параметров и коэффициентов рассчитывали с учетом паспортных данных. Принимали высокие значения точности = (0,18-0,36)'', средние 5¥ = 1'' и предельно низкие 5¥ = 10'' при числе позиций Z0 = 2-20 (таблица, часть I - квалиметрические данные рассчитаны для поворотных столов с диаметром 0,2-2,0 м с мехатронным приводом). Полученные результаты сравнивали с квалиметрическими данными, полученными экспериментально для столов с электро- и гидроприводом и промежуточными передачами отечественного и иностранного производства [4, 5] (таблица, часть II).
10000 А
д
Зависимость средней скорости поворота шср от момента инерции 7 (а) и зависимость коэффициента быстроходности аш от Ад (б): 1 - столы с промежуточной передачей между планшайбой и двигателем, 2 - столы с мехатронным приводом; 3 - Акд/АкдБ = 2,5 • 10-4, 4 - 5,5 • 10, 5 - 10-6 (АкдБ - базовое значение коэффициента Акд)
Сравнение этих данных позволяет сделать следующие выводы. Поворотно-делительные столы с мехатронным приводом сравниваемых конструкций обладают высокой точностью, быстроходностью и более низкими динамическими нагрузками (особенно при невысоких требованиях к нагрузочной способности). При высоких J приходится снижать юср и показатели качества (таблица) сближаются. На рисунке показано частичное совпадение областей, рассчитанных значений для зависимостей юср = /(J/Jg) и а« = /(Ад). В то же время на рисунке а для мехатронного привода предельное значение K0 более, чем в 3 раза выше (таблица). Подтверждена зависимость K0 = юср\jJ/JБ .
На рисунке б область значений для мехатронного привода смещена в сторону более благоприятных малых Ад. Широкий диапазон регулирования электропривода меха-тронных устройств [8] определил расширенный диапазон величин аю. Максимальные величины а« более чем на порядок выше (таблица). На графике зависимости Кд = =/(К0) значения смещены в область больших К0, а величины Кд имеют большой диапазон изменения, соответствующий возможностям изменения скорости поворота юср. При высоких юср коэффициенты динамичности Кд у столов с мехатронным приводом значительно меньше. В дальнейшем предполагается провести расчеты для поворотно-делительных столов других фирм. Это позволит оценить не только их качество, но и выделить ядро рекомендуемых значений, используемых для сравнения при стендовых испытаниях, при эксплуатации и прогнозировании надежности.
МНПО "Спектр" является организатором Российского общества по неразрушаю-щему контролю и технической диагностике (РОНКТд), которое активно сотрудничает с международными организациями по неразрушающему контролю и технической диагностике: The International Committee for Nondestructive Testing (ICNDT) и The European Federation for Nondestructive Testing (EFNDT) [2]. В Москве проводятся международные конференции с широким привлечением специалистов из разных стран и
Z> «ср K0 ат Кд КдОу ¿д ¿кд
I 0,18''-0,36'' 2-20 0,27-730 1,2-15,4 0,96-59 0,27-240 0,05-85 0,056-103 (7-97) • • 10-4
1'' 2-20 0,03-36,5 1,28-12,5 0,79-40 1,1-750 1,1-820 2,4-850 (1-1,4) • • 10-4
10'' 2-20 0,017-22 1,03-12,4 0,33-21 12-1170 12-11700 21-12500 0,14 • 10-2-5,5 • 10-5
II 1''-40'' 2-20 0,1-3 0,5-4,5 0,07-2 10-300 10-1200 120-30000 >10-6
58 региональных отделений РОНКТД. Разрабатываются новые методы неразрушаю-щего контроля, совместно с зарубежными фирмами производятся новые средства не-разрушающего контроля и технической диагностики. Сотрудники МНПО "Спектр" входят в редколлегии, издаваемых РОНКТД журналов "Контроль-Диагностика", "Дефектоскоп
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.