|
Реферат: Новые подходы в химической переработке ископаемых углей (Технология)
Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
COST@AMURNET.RU
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 2
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ И МЕТОДАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ 5
2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЯ 6
3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ 8
3.1. Пиролиз и коксование 8
3.2. Газификация 10
3.3. Ожижение 12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
ЛИТЕРАТУРА 17
ВВЕДЕНИЕ
За многие миллионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода в
виде угля, нефти и природного газа. Сейчас эти ископаемые виды топлива
используются человечеством для получения энергии и химических продуктов.
В конце прошлого - начале нынешнего века большинство продуктов
органической химии производилось из каменных углей. По мере увеличения
добычи нефти химические вещества угольного происхождения начали вытесняться
продуктами нефтехимического синтеза, производимыми более простыми и менее
энергоемкими методами. Однако оценка разведанных мировых запасов различных
видов ископаемого органического сырья приводит к выводу о том, что
месторождения нефти и газа будут в значительной степени исчерпаны уже в
первые десятилетия XXI века. Запасов же угля должно хватить на ближайшие
несколько сот лет. Вывод о необходимости постоянного увеличения масштабов
использования угля в энергетике и промышленности подтверждается данными по
сопоставлению запасов нефти, газа, угля и сложившейся в настоящее время
структурой их мирового потребления (рис. 1).
Таким образом, уголь выступает в качестве "моста в будущее" мировой
цивилизации (по терминологии К.Л. Уилсона [1]), обеспечивая плавный переход
от ископаемого органического сырья к новым источникам энергии - солнечной,
ядерной и другими недоступными пока человечеству принципиально новым видам
энергии.
Увеличение потребления ископаемых углей будет сопровождаться ростом
экологической нагрузки на окружающую среду, поскольку при сжигании и
переработке угля образуется больше вредных побочных продуктов по сравнению
с нефтью и газом. Снижение ущерба окружающей среде от угольной энергетики
может быть достигнуто путем перехода к использованию экологически более
безопасных видов топлива угольного происхождения. К ним относится
облагороженный или "чистый уголь", синтетические газообразные и жидкие
топлива, полученные путем химической переработки угля. Выбросы вредных
веществ при использовании этих синтетических топлив значительно ниже, чем в
случае применения рядового угля.
Основными недостатками известных технологий химической переработки
углей по сравнению с технологиями нефтепереработки и нефтехимии являются
относительно низкая производительность и жесткие условия их осуществления
(высокие температура и давление). Для устранения указанных недостатков в
углепереработке все шире применяются катализаторы и новые каталитические
процессы, позволяющие получать из угля разнообразные продукты топливного и
химического назначения [2]. Разрабатываемые в настоящее время новые
каталитические процессы химической переработки угля приведены на схеме:
К основным из них относятся процессы пиролиза, газификации и
гидрогенизации угля. Для осуществления каталитических превращений угля
применяются две основные группы методов. Одна из них включает
каталитические превращения на границе раздела фаз поверхность угля-
катализатор. Другая группа методов отличается тем, что каталитические
превращения угля происходят по механизму опосредованного катализа путем
передачи действия катализатора через жидкие или газообразные компоненты
реакционной среды по схеме:
катализатор
компоненты реакционной среды
уголь продукты превращения.
К настоящему времени предложены разнообразные способы применения
катализаторов в процессах превращения углей [3]. Основные из них приведены
на рис. 2. Наиболее хороший контакт достигается при введении катализатора в
уголь методами химического связывания с реакционноспособными группами
(например, -СООН, -СН2ОН) на поверхность угля, внедрения в объем угольного
вещества, а также при использовании катализаторов в растворенном,
расплавленном или летучем состояниях.
Осуществление каталитических процессов переработки угля по механизму
опосредованного катализа значительно упрощает их технологию. В этих случаях
удается достичь высокой эффективности процесса, применяя механические смеси
измельченного или суспендированного в жидкой среде твердого катализатора и
угля, а также стационарный или кипящий слой частиц катализаторов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ И МЕТОДАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ
Ископаемые угли представляют собой природные полимеры, состав и
структура которых меняется в зависимости от возраста угля.
Высокомолекулярная структура угля состоит из ароматических,
гидроароматических, гетероциклических и алифатических фрагментов, различных
функциональных групп. Эти фрагменты связаны между собой разнообразными
способами, в том числе посредством алифатических связей углерод-углерод,
углерод-кислород, углерод-азот, углерод-сера. Для более молодых бурых углей
характерно более высокое содержание гетероатомов (прежде всего кислорода)
по сравнению с каменными углями, в составе которых преобладают
конденсированные полиароматические фрагменты. Макромолекулы угольной
структуры могут соединяться между собой с помощью электроно-донорно-
акцепторных взаимодействий.
Одна из возможных структур угля приведена на рис. 3. Из
функциональных групп в угле обычно превалируют кислородсодержащие группы,
входящие в состав фенолов, карбоновых кислот, спиртов, эфиров и
карбонильных соединений. Наряду с органической массой в ископаемом угле
присутствует минеральная часть, представленная такими элементами, как
кремний, алюминий, кальций, железо и другие. В целом состав ископаемых
углей более сложен, чем нефти, и может существенно различаться даже в
пределах одного угольного месторождения.
Целью большинства процессов химической переработки угля (за
исключением получения углеродных материалов) является его преобразование в
низкомолекулярные органические продукты, по возможности достаточно
однородного состава. Превращения угля в более привычные для химика
органические соединения достигается при термической обработке и воздействии
различных реагентов [4]. В процессе нагревания в первую очередь разрываются
наиболее слабые алифатические цепочки, которыми связаны конденсированные
ароматические структуры. Определяющий вклад в процесс деполимеризации бурых
углей вносит разрыв связей углерод-кислород.
Управлять реакциями разрыва определенных связей можно путем
избирательного введения металлов-катализаторов в функциональные группы
угольного вещества. Например, температура разрыва алифатической связи,
соединяющей два ароматических фрагмента, снижается, если катион
двухвалентного металла замещает протоны двух соседних фенольных групп:
2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЯ
Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими
и газообразными. К твердым синтетическим топливам относится большое
количество облагороженных или улучшенных топлив типа "чистый уголь",
угольные брикеты, полукокс, термоуголь, автоклавированный уголь.
Синтетические жидкие топлива представлены котельным топливом (заменитель
нефтяного мазута), моторными топливами и метанолом. Газообразные топлива,
получаемые из угля, представляют собой топливный газ, "заменитель
природного газа" и синтез-газ.
Получение из угля синтетических топлив осуществляется различными
методами [5, 6]. Твердое топливо с повышенной экологической чистотой
получается в результате удаления из исходного угля вредных примесей, таких
как сера и минеральные примеси:
Преимуществами "чистого угля" являются снижение выбросов SO2 и
твердых частиц при сжигании, а также повышение теплотворной способности по
сравнению с исходным углем. При получении топлива для коммунально-бытовых
целей используется брикетирование угольной мелочи:
В результате происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании
и может повышаться теплотворная способность топлива. В некоторых случаях в
брикеты вводят специальные химические добавки, снижающие выход смол, сажи,
серы и других вредных продуктов при сжигании.
Повышение качества бурых углей, имеющих низкую теплотворную
способность из-за большого количества влаги и кислорода, достигается путем
их облагораживания при пиролизе или обработке перегретым паром:
Термическое облагораживание бурого угля повышает его теплотворную
способность, кроме того снижается эмиссия SO2 и NOx (для полукокса и
термоугля) и могут уменьшаться выбросы твердых частиц при сжигании
автоклавированного кускового угля.
Процесс газификации угля является многоцелевым относительно состава
продуцируемого газа. При получении газообразных топлив выделяются три
основные направления, связанные с производством топливного газа, заменителя
природного газа и синтез-газа:
Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не
только от режимов газификации, но и от конструкции используемого
газогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические и
технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях
промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа
является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая
токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях.
Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные
топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив
непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза,
ожижения растворителями:
При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и
моторных топлив требуется дополнительное применение процессов
гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания
серы и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается
"угольная нефть", получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля.
Альтернативным направлением производства синтетических жидких топлив
является совмещение процессов получения из угля синтез-газа и его
химической переработки в соответствии со схемой:
Жидкие топлива из синтез-газа экологически намного безопаснее, чем
топлива, получаемые прямым ожижением угля. Последние содержат высокое
количество канцерогенных полициклических соединений.
3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ
3.1. Пиролиз и коксование
До начала XX века пиролизом и коксованием каменного угля получали
большинство химических продуктов. Эти процессы основаны на нагревании углей
без доступа воздуха с целью их термической деструкции [6]. При этом
протекают две основные группы химических реакций: деполимеризации
органической массы угля с образованием органических молекул меньшей
молекулярной массы и реакции вторичных превращений образующихся продуктов
(конденсации, полимеризации, ароматизации, алкилирования и другие). Обе
группы реакций протекают последовательно и параллельно. В конечном итоге в
результате термохимических превращений образуются жидкие, газообразные и
твердые продукты:
Пиролиз осуществляют в различных температурных интервалах, в
зависимости от назначения получаемых продуктов. Низкотемпературный пиролиз
(или полукоксование) проводится обычно при 500 - 600?С, а
высокотемпературный пиролиз (или коксование) - при 900 - 1100?С.
Современные процессы низкотемпературного пиролиза бурых углей ориентированы
преимущественно на получение синтетического жидкого топлива и полукокса.
Гидрогенизацией смол пиролиза можно получать моторные топлива, однако их
стоимость пока выше, чем моторных топлив из нефти. Твердые продукты
пиролиза бурого угля имеют более широкое применение в качестве
облагороженного энергетического топлива, брикетированного топлива
коммунально-бытового назначения, восстановителей в цветной и черной
металлургии, компонентов шихты при получении металлургического кокса, а
также углеродных сорбентов. Среди известных методов получения полукокса из
бурого угля весьма перспективен для промышленного освоения предложенный с
участием автора каталитический пиролиз в кипящем слое катализатора
окисления. Важнейшим преимуществом технологии каталитического пиролиза
является повышение экологической чистоты, обусловленное отсутствием
смолообразования, резким уменьшением содержания канцерогенных веществ в
твердом продукте, уменьшением объема газовых выбросов и концентрации в них
вредных веществ.
При коксовании каменных углей получают кокс, используемый в основном
в черной и цветной металлургии для выплавки металлов, а в качестве побочных
продуктов получают парогазовую смесь, содержащую множество химических
соединений. Путем конденсации и адсорбции из нее извлекают бензол,
каменноугольную смолу, состоящую из смеси конденсированных ароматических и
гетероциклических соединений, нафталин, фенолы, аммиак и прочие вещества.
Всего в качестве товарных продуктов коксования производят около 250
химических веществ. Для коксования используют дорогостоящие спекающиеся
угли, способные образовать кокс. С целью расширения сырьевой базы
коксохимических производств и совершенствования технологии получения
металлургического кокса предложены методы каталитического коксования. При
выборе катализаторов исходили из учета двух основных этапов процесса
коксования. Первый из них включает образование пластической массы
(мезофазы) из спекающегося угля при нагреве шихты до 350 - 400?С.
Дальнейшее повышение температуры сначала приводит к затвердеванию мезофазы
, а затем ее кристаллизации, которая заканчивается при 1000 - 1200?С с
получением товарного кокса.
В выполненных с участием автора работах было показано, что некоторые
катализаторы, введенные в шихту в незначительном количестве, могут
увеличить выход мезофазы и влиять на состав жидких продуктов, катализируя
реакции перераспределения водорода и кислорода в процессе коксования. При
этом катализатор ускоряет деструкцию кислородсодержащих молекул, обогащая
мезофазу химическими соединениями, из которых образуется прочный кокс на
последующей высокотемпературной стадии коксования. Кроме того, частицы
катализатора могут выступать в качестве центров кристаллизации мезофазы,
способствуя формированию прочного кокса с повышенным содержанием
мелкозернистых структур.
3.2. Газификация
При высокотемпературной обработке твердого топлива в среде кислорода
воздуха, водяного пара, диоксида углерода и водорода органические
составляющие топлива нацело превращаются в газообразные продукты. Основные
направления газификации угля и состав продуктов приведены на схеме:
К настоящему времени освоены различные модификации промышленных
процессов газификации углей, наиболее распространенными из которых являются
технологии Лурги (стационарный слой кускового угля), Винклера (кипящий слой
угольных частиц), Копперс-Тотцека (пылеугольный поток), Тексако
(водноугольная суспензия) и их различные модификации. На опытно-промышленом
уровне сейчас отрабатывается около 20 технологий газификации угля нового
поколения. Эффективность процессов газификации может существенно повышаться
при использовании соответствующих катализаторов, позволяющих снижать
температуру при сохранении высокой скорости процесса и регулировать состав
продуктов.
Воздействие катализатора на процесс газификации твердого топлива
иллюстрируется схемой:
Катализатор может ускорять как реакции прямого превращения углерода в
газообразные соединения (маршрут 1), так и газофазные реакции продуктов
термического превращения угля (маршрут 2). До настоящего времени
преимущественно разрабатывали процессы каталитической газификации,
основанные на ускорении реакций прямого превращения угля в газообразные
соединения по маршруту 1. В этих случаях для эффективного воздействия
катализатора необходимо обеспечить его хороший контакт с твердым сырьем.
Для этого используют катализаторы, наносимые на поверхность угля, а также
способные плавиться или возгоняться в условиях процесса, проникая в поры
угля. Наиболее распространенными катализаторами процесса газификации углей
являются соединения щелочных, щелочноземельных и некоторых переходных (Ni,
Fe, Co) металлов.
Среди технологий, проходящих опытно-промышленную отработку, следует
выделить в качестве наиболее перспективных процесс ЭКСОН - каталитическая
газификация угля водяным паром в кипящем слое, процесс МОЛТЕН СОЛТ -
парокислородная газификация при повышенном давлении в расплаве соды,
процесс ПАТГАЗ - газификация при атмосферном давлении в расплаве железа.
Применяемые расплавы играют роль теплоносителя и катализатора.
Применение катализаторов может быть сопряжено с появлением новых
технологических проблем. Среди них следует выделить проблему разработки
простых и надежных методов введения катализатора в реакционную смесь и
извлечения его для повторного использования в процессе газификации. В
выполненных с участием автора работах установлено, что эта проблема может
решаться путем осуществления процесса газификации угля в кипящем слое
частиц катализатора. В качестве каталитически активных материалов оказалось
возможным использовать дешевые и доступные металлургические и котельные
шлаки, которые содержат элементы (Fe, Ni, Mn и др.), способные
катализировать реакции окисления, конверсии СО и углеводородов,
метанирования. Такие каталитически активные материалы можно использовать в
процессе газификации до их полного износа. В режиме циркуляции частиц
мартеновского шлака при температурах 850 - 900?С и атмосферном давлении
паровоздушной смеси степень конверсии угля в газообразные продукты
составляет 90%, а интенсивность газификации превышает показатели известных
технологий газификации, осуществляемых при аналогичных температурах и
давлении.
3.3. Ожижение
Принципиальное различие в химическом составе угля и нефти заключается
в разном соотношении водород/углерод (составляет около 0,7 для углей и
порядка 1,2 для нефтей). Присоединением к углю дополнительного количества
водорода можно получить "синтетическую нефть". Это достигается
использованием молекулярного водорода или органических соединений,
способных выступать в качестве доноров водорода. Лучшие результаты в
ожижении угля получаются в присутствии катализаторов, активирующих
молекулярный водород, и органических растворителей, способных легко
отдавать атомы водорода (тетралин, крезол и другие).
Предложенный механизм каталитического ожижения угля можно представить
следующей схемой:
Первоначальной стадией ожижения является превращение угля в так
называемые асфальтены, представляющие собой высокомолекулярные соединения
ароматической природы и содержащие большое количество гетероатомов.
Образующиеся реакционноспособные фрагменты радикальной природы могут затем
превращаться в стабильные продукты, присоединяя атомы водорода, либо
полимеризоваться. Соотношение скоростей протекающих превращений
определяется природой используемых катализаторов. Катализаторы, обладающие
гидрирующей активностью, ускоряют реакции образования легких углеводородов.
Катализаторы кислотного типа могут способствовать протеканию нежелательных
реакций поликонденсации и полимеризации, приводящих к образованию
высокомолекулярных продуктов.
В различных странах сейчас работает более 80 опытных установок
ожижения угля. Однако в промышленном масштабе технологии прямого ожижения
угля в настоящее время не используются вследствие ряда причин. Основные
недостатки современных технологий каталитического ожижения угля обусловлены
невысокой производительностью процесса, применением высоких давлений
водорода, необходимостью выделения катализатора для повторного
использования в процессе. Часть этих проблем может быть решена путем
подбора дешевых катализаторов на основе рудных материалов. Их использование
позволяет отказаться от трудоемкой и технически трудноосуществимой операции
по извлечению катализатора из твердого шламового остатка процесса ожижения
угля. Другим путем удешевления процесса ожижения является замена
молекулярного водорода на синтез-газ (смесь СО и Н2). Это позволяет
исключить ряд технологических стадий, связанных с получением водорода,
таких как очистка синтез-газа, конверсия СО, выделение Н2 из газовой смеси.
Проведенные с участием автора исследования подтвердили эффективность
применения железосодержащих рудных катализаторов (пирит, пирротит,
магнетит) для ожижения канско-ачинских углей в среде водорододонорных
растворителей. По своей активности они сопоставимы с промышленным
алюмокобальтмолибденовым катализатором, применяемым в нефтепереработке.
Этот неожиданный на первый взгляд результат объясняется тем, что процесс
гидрогенизации угля в среде водорододонорного растворителя протекает по
механизму опосредованного катализа. Суть этого механизма сводится к тому,
что ожижение угля осуществляется преимущественно не молекулярным водородом,
а путем переноса атомов водорода от молекул органического растворителя
(например, тетралина, который при этом дегидрируется до нафалина):
уголь + тетралин уголь-Н2 + нафталин.
Роль катализатора в основном сводится к восстановлению утраченных Н-
донорных свойств растворителя (в частности, к гидрированию нафталина с
получением тетралина):
катализатор + Н2 Катализатор-Н2
катализатор-Н2 + нафталин
Катализатор + тетралин.
Для эффективного обеспечения данной функции катализатор может
обладать даже умеренной гидрирующей активностью, в частности, присущей
железосодержащим катализаторам.
Более благоприятная ситуация в плане промышленного освоения сложилась
с технологиями, в которых совмещены процессы газификации угля до синтез-
газа его и последующая переработка в метанол или жидкие углеводородные
смеси. В промышленном масштабе на основе синтез-газа осуществляют
крупнотоннажное производство следующих продуктов: метанола, жидких
алифатических углеводородов и метана. Технологии синтеза жидких топлив из
СО и Н2 прошли промышленную проверку в двух вариантах, известных как
процесс Фишера-Тропша и процесс Мобил. Процесс Фишера-Тропша экономически
мало выгоден для производства малооктановых бензинов вследствие низкой
производительности катализаторов (0,3 - 0,7 т/м3 Кт в сутки) и низких
октановых чисел получаемой бензиновой фракции (50 - 72). Технология Мобил,
основанная на использовании высококремнеземестых цеолитов в качестве
катализаторов превращения метанола в высокооктановый бензин, отличается
более высокой производительностью, селективностью и качеством продукта
(получаемый бензин имеет октановое число 91 - 98).
В принципе из синтез-газа можно получить почти любые органические
продукты, производимые сейчас нефтехимическим синтезом. Возможные пути
получения химических продуктов при каталитической переработке синтез-газа
иллюстрируются следующей схемой:
Условия осуществления этих превращений уже известны, хотя
эффективность ряда из этих процессов еще далека от желаемой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хотя в настоящее время нефть является основным источником
органического сырья, ограниченность ее мировых запасов и постоянный рост
стоимости добычи вследствие вовлечения в эксплуатацию более труднодоступных
месторождений стимулируют работы по созданию новых процессов химической
переработки альтернативного органического сырья. Уголь, мировые запасы
которого существенно выше, чем нефти и газа, рассматривается в перспективе
в качестве одного из основных видов сырья для производства моторных топлив
и продуктов органического синтеза.
Применение эффективных катализаторов и новых каталитических процессов
позволит преодолеть многие недостатки, присущие традиционным способам
химической переработки угля. Можно полагать, что катализ внесет в область
углехимии такие же коренные преобразования, какие были осуществлены в
нефтепереработке в 40-е годы этого столетия благодаря применению
соответствующих катализаторов.
Рассмотренные в данной работе примеры показывают, что катализаторы
позволяют повысить эффективность технологий пиролиза, газификации, ожижения
углей. Развитие этих работ заложит основы нового поколения процессов
химической переработки углей, для которых характерны повышенная
интенсивность, селективность и экологическая чистота. При переработке
такого "тяжелого" органического сырья, как каменные и бурые угли,
предъявляются особые требования к используемым катализаторам по сравнению с
процессами нефтепереработки и нефтехимии. Во многих случаях экономически
оправданным и технически возможным представляется применение дешевых
катализаторов одноразового использования. К ним относятся, в частности,
различные рудные материалы, такие, как шлаки металлургической
промышленности и энергетики, а также рудные концентраты и шламы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Уилсон К.Л. Уголь - "мост в будущее". М.: Недра, 1985.
2. Кусумано Дж., Делла-Бетта Р., Леви Р. Каталитические процессы
переработки угля. М.: Химия, 1984.
3. Кузнецов Б.Н. Катализ химических превращений угля и биомассы.
Новосибирск: Наука, 1990.
4. Фальбе Ю.М. Химические вещества из угля. М.: Химия, 1984.
5. Кузнецов Б.Н. Органический катализ. Часть 2. Катализ в процессах
химической переработки угля и биомассы. Учебное пособие.
Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1988.
6. Химическая технология твердых горючих ископаемых /Под ред. Г. Н.
Макарова, Г. Д. Харлампович. М.: Химия,1986.
Реферат на тему: Обеспечение качества машин
Содержание.
стр
1.Понятие о качестве промышленной продукции.
2
-показатели качества
2.Проблема надежности в машиностроении.
2
а) 2 подхода к анализу конструкций и функционированию машин
-детерминистический подход
-схоластический подход
3.Технологическое формирование качества.
3
а) технологическое обеспечение показателей качества деталей.
4.Обеспечение качества машин.
8
а) обеспечение качества машин на операциях сборки
5.Перспективы развития теории надежности.
11
а) новое направление-механика разрушения
6.Список используемой литературы.
12
ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОДУКЦИИ.
Современный уровень развития народного хозяйства и научно-технического
прогресса, а также растущие потребности населения настоятельно требуют
повышения качества выпускаемой продукции. Качество продукции по мере
развития НТП все в большей степени зависит от уровня технологии и
определяется рядом таких факторов, как механизация и автоматизация
технологических процессов, их непрерывность, качество исходных материалов,
организация труда, требование техники безопасности и охраны труда на
производстве. Необходимо учитывать также и экономические критерии
управления качеством. Недопустимо повышение качества продукции за счет
ухудшения гигиенических, экологических, эстетических и других условий
производства.
В соответствии с методикой оценки качества промышленной продукции
установлено 8 групп показателей качества:
Показатели назначения характеризуют полезный эффект от использования
продукции по назначению и определяют область ее применения.
Показатели надежности - безотказность, сохраняемость, ремонтопригодность,
долговечность.
Показатели технологичности характеризуют эффективность конструктивно-
технологических решений для обеспечения высокой производительности труда
при изготовлении и ремонте продукции.
Показатели стандартизации и унификации характеризуют степень использования
в продукции стандартизированных изделий и уровень унификации составных
частей изделия.
Эргономические показатели характеризуют систему * человек - изделие - среда
* и учитывают комплекс гигиенических, физиологических, антропологических
свойств человека, проявляющихся в производственных и бытовых процессах.
Эстетические показатели характеризуют такие свойства продукции, как
выразительность, оригинальность, соответствие среде и стилю и т.д.
Патентно-правовые показатели характеризуют степень патентоспособности
изделия в России и за рубежом
Экономические показатели отражают затраты на разработку, изготовление и
эксплуатацию изделий, а также экономическую эффективность эксплуатации.
ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ.
Надежность - одна из составных частей качества любой технической
системы. Программа прогнозирования, нормирования и обеспечения надежности
возникает в машиностроении, энергетике, строительстве, на транспорте и т.п.
Под надежностью технического объекта понимают его свойство сохранять во
времени способность к выполнению требуемых функций при условии, что
соблюдены правила эксплуатации.
Теоретический анализ явлений, технических процессов и функционирования
машин и конструкций основан на выборе определенных моделей или расчетных
схем. При этом выделяют существенные факторы и отбрасывают несущественные,
второстепенные. Возможны два подхода к анализу: детерминистический и
схоластический (вероятностный, статистический). При детерминистическом
подходе все факторы, влияющие на поведение модели, считают вполне
определенными. Однако выводы, основанные на детерминистических моделях,
могут расходиться с разными опытами наблюдений, потому что поведение
реальных систем в той или иной мере носит неоднозначный, случайный
характер. В отличие от детерминистического подхода, схоластический подход к
анализу явлений учитывает случайные факторы и дает предсказания,
содержащие вероятностные оценки.
Методы описания сельскохозяйственных моделей и обеспечения на их
основе вероятностных выводов дает математическая дисциплина - теория
вероятностей, в основе которой лежит понятие случайного события.
Применение вероятностных методов для решения проблем надежности
встречает существенное технически и психологические трудности, особенно по
отношению к надежности уникальных систем и малосерийных объектов. Теория
вероятности в значительной степени базируется на статистическом
истолковании теории вероятности, применимой только к массовым событиям.
Тем не менее необходимость учета факторов случайности и неопределенности
при рассмотрении вопросов надежности уже широко признана. Вероятностные
подходы используются даже в гражданской авиации и атомной энергетике, где
требования и надежность весьма высоки, рассматриваемые события и объекты
нельзя признать массовыми.
В настоящее время инженеры, работающие в разных отраслях, находят
сбалансированную точку зрения на теорию надежности как на дисциплину,
основанную на вероятностных моделях. Этому в немалой степени способствовал
прогресс в области вычислительной техники. Для этого служит статистическое
моделирование, называемое методом Монте-Карло, который основан на
многократном, численном моделировании поведения объекта при исходных
данных, которые являются выборочными значениями некоторых случайных
величин и случайных функций. Статистическая обработка дает оценку для
показателей надежности.
В теории надежности существуют два направления, родственные по идеологии
и общей системе понятий, но отличающиеся по подходу. Первое направление -
системная, статистическая или математическая теория надежности, второе
направление можно условно можно условно назвать физической теорией
надежности.
Современные машины и системы машин содержат большое число
немеханических элементов и соединений. Это требует применения физических и
системных моделей в комплексе. Показатели надежности механических элементов
и систем оценивают на основе физических моделей, в то время как для оценки
показателей надежности машин в целом или систем машин чаще используются
модели системной теории надежности.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ МАШИН.
Проблема технологического обеспечения качества деталей машин решается на
базе разработки типовых технологических процессов. Поскольку существует
бесчисленное множество различных деталей, разобрать методы проверки
качества для каждой из них не представляется возможным. Все детали
классифицируют, разбив их по типам. Такой подход оказался правомерным и
полезным, поскольку можно выработать единство технологического решения для
деталей каждого типа вне их связи с конкретной отраслью производства.
Возникает понятие о типовой детали. Так, например, зубчатое колесо
встречается в технологии машиностроения и в приборостроении. Тем не менее,
несмотря на огромную разницу в размерах, зубчатое колесо является типовой
деталью и можно говорить о единых технологических методах и особенностях
приготовления таких деталей. Поэтому типовая деталь вызывает к жизни
типовой технологический процесс.
Типовой технологический процесс /типовая технология/ рассчитан на
наиболее часто встречающиеся конструктивные решения деталей, устойчиво
повторяющиеся элементы. Так, для деталей типа валов характерна ступенчатая
форма, определяющая отношение длины к диаметру и др. Поэтому наиболее
удобной является типовая обработка в центрах, выбор определенного вида
оснастки и металлорежущих станков. Типовая технология является той основой
поверхностного качества деталей, на которой могут реализоваться различные
методы обработки с учетом эксплуатационных особенностей деталей. Валы,
работающие на кручение, и валы, работающие в условиях изгиба
знакопеременной нагрузкой, могут иметь одинаковые технические обработки.
Вместе с тем, должен быть проведен учет и наследственных явлений, и
особенностей проведения финишных операций, которые могут весьма существенно
отличаться в обоих случаях друг от друга. Так, валы, работающие на изгиб,
должны иметь специфическую шероховатость поверхности и подвергаться
специальной термообработке, чего в случае валов, работающих на кручение
можно не предусматривать.
Задача повышения качества машин должна решаться путем повышения качества
всех деталей, однако это требование не может быть распространено на все
детали в равной степени. Существует круг деталей, которые в наибольшей
степени определяют качество всей машины. Для таких деталей достигнуты
весьма высокие показатели геометрической точности. Это достигается
применением жестких и точных станков с использованием специфических методов
обработки и высокоточных измерительных устройств.
Большую группу составляют детали типа колец, втулок и гильз. Достижение
в производственных условиях высоких показателей качества может быть
рассмотрено как своеобразная технологическая надстройка над основой в виде
типового процесса обработки деталей.
Корпусные детали имеют две группы ответственных поверхностей,
определяющих качественные показатели: отверстия под подшипники и плоские
направляющие поверхности.
Названные типы деталей представляют собой основу создания машин. Детали
в виде указанных выше тел вращения в общем количестве деталей
машиностроения 35 %, на их изготовление приходится 27% общей стоимости
изготовления всех деталей; 15% всех деталей составляют корпусные детали, но
на их изготовление приходится 53% общей стоимости. Таким образом, на
изготовление оставшихся 50% деталей расходуется только 20% средств.
Для деталей типа плит геометрические показатели качества решающим
образом зависят от их размеров. Так, для плит-столов 1120х630 мм отклонение
от плоскостности в среднем не превышает 6 мкм, а отклонение от
параллельности направляющих и основной плоскости стола находится в пределах
5 мкм.
Базовые детали в виде колонн. Стоек могут иметь точные направляющие
элементы. Показатели качества в виде геометрических характеристик в этом
случае соответствуют отклонениям для поверхностей корпусных деталей плит и
находятся в пределах 3-5 мкм.
Для других деталей, которые имеют меньшее распространение в
машиностроении, также существуют соответствующие показатели качества.
Приведенные значения не представляют собой предельно допустимую точность
формы и размеров; они могут быть и более высокими. Вместе с тем они
показывают высокий уровень качественных характеристик, устойчиво
достигаемых в механосборочном производстве. Во всех случаях, когда имеется
возможность уменьшить требования к геометрической точности, это следует
осуществлять по экономическим соображениям. Основная технологическая
трудность достижения высоких показателей качества связана с тем, что каждый
элемент технологической системы при ее функционировании вносит свои
погрешности в общее значение показателя качества. Одним из методов оценки
технологического влияния на показатель качества является использование
положений теории вероятностей. Установление корреляционных зависимостей
позволяет оценить влияние каждого из элементов на их суммарный результат.
Тем не менее, для такой оценки нужна своеобразная информация, полученная
как результат измерений уже произведенной продукции. В этом случае
существенно ослабляется действие человека на технологический процесс для
его совершенствования.
Расчетно-аналитический метод определения показателей качества основан на
оценке действия каждого из элементов технологической системы. В первом
приближении оценивают значение шести элементов системы еще до начала ее
функционирования или даже до создания такой системы в металле.
С помощью расчетов и опытных данных оценивают погрешность установки
заготовок на станках, влияние на геометрическую точность детали упругих
перемещений системы, тепловых ее деформаций, износа режущих инструментов,
погрешности их настройки и геометрической точности металлорежущих станков.
Поскольку каждая из названных погрешностей представляет собой вектор в
пространстве, сложение погрешностей как векторных величин для
технологических решений представляет известные неудобства. Если же
рассматривать погрешности как случайные /а часть из них систематические
постоянные/ и учесть законы их распределения, то суммирование погрешностей
существенно упрощается. Суммарное значение ожидаемой погрешности должно
быть меньше или равно допуску на параметр, установленному конструктором.
Если погрешность исчисляется несколькими микрометрами, то ее составляющие
оказываются существенно меньше и обеспечение их на практике связано с
преодолением существенных технологических трудностей. Рассмотрение путей их
преодоления представляет принципиальный интерес.
Технологическое обеспечение показателей качества деталей начинается уже на
стадии проектирования. Поскольку технологическое наследование
конструктивных форм, конструктор должен представить себе картину
деформированного состояния вала в процессе обработки. Так, например, полые
валы, имеющие коническое отверстие, обрабатывают > т.е. на
его базе. При этом в отверстие вала устанавливают коническую пробку и далее
проводят обработку в центрах. Деформация как составляющая суммарной
погрешности может быть определена расчетом и учтена при установке
заготовок на станок. При сложной форме наружной поверхности вала такой
расчет несколько затрудняется и на помощь должен прийти эксперимент,
организуемый в заводских лабораториях. Конструктор обязан учитывать
указанные погрешности наряду с обработкой детали на технологичность.
Целостность ответственных поверхностей валов непосредственно связана с
выбором материала и проведением термической обработки. Наиболее правильным
решением для таких валов является использование сталей, получаемых в
вакууме, хотя недостатки микроструктуры металла невакуумной плавки,
вызванные некачественной термообработкой, могут устраняться нагревом токами
высокой частоты рабочих шеек валов с охлаждением на воздухе.
Неметаллические же включения при этом остаются и могут быть обнаружены в
виде пороков на поверхности малой шероховатости. Такие пороки могут
представляться в виде характерных лунок. Мнение о том, что указанные
дефекты не влияют на работу кинематических пар, если последние имеют малые
отклонения формы, являются ошибочным. Очевидно, что в целом качество пары
вал- втулка снижается.
Большое внимание должно быть обращено на выбор заготовок и формирование
требований к ним. Даже для типовой технологии необходимо учитывать, что
пространственные отклонения валов после чернового прохода составляют 0,06
от отклонений заготовки, а после чистового прохода - 0,04 отклонения,
возникшего после чернового прохода.
Эти данные, естественно, могут меняться в зависимости от жесткости
технологических систем, но при обеспечении качества валов должны быть
учтены. Нельзя пространственные погрешности исправлять исключительно на
финишных операциях. Более того, при многопроходном шлифовании валов с
постоянной подачей исходная погрешность, оставшаяся после обработки
лезвийным инструментом, постоянно увеличивается, так как постоянно
увеличивается разность между заданной и фактической глубинами резания. Для
постоянного уменьшения погрешностей следует при каждом последующем проходе
уменьшать подачу и глубину.
При бесцентровом шлифовании наиболее часто приходится исправлять
отклонение формы в виде наследственных трех - и пятигранников, что
обеспечивается рациональной наладкой станков. Поэтому для обеспечения
высоких требований по отклонениям формы нельзя при одной и той же наладке
станка шлифовать заготовки, например, с овальной исходной погрешностью и
заготовки с исходными пятигранниками в поперечном сечении (отклонение формы
устанавливаются с помощью кругломеров). Анализ наладок станков очень удобно
проводить с помощью рядов Фурье.
Обработку валов, как правило, проводят в центрах. Возникающая
наследственная погрешность является весьма устойчивой. Мерами борьбы с
такой погрешностью являются использование отверстий с криволинейными
образующими, обеспечение необходимого соотношения углов центровых
отверстий и центров, повышение точности формы центровых отверстий. Хорошие
результаты достигнуты при шлифовании центровых отверстий, а также при
правке гранеными твердосплавными центрами с числом граней 3 или 5.
Если уменьшать отклонение формы в еще большей степени, то наступает
своеобразный предел, и технологическая система, являясь консервативной,
такое уменьшение уже не обеспечивает. Для дальнейшего повышения качества
валов по этому параметру следует применять специальные методы. Так. Можно
по определенному закону изменять круговую подачу шлифования валов. Другим
методом является создание специальных колеблющихся систем, установленных на
столе шлифовальных станков, для того чтобы * размыть * наследственные
погрешности.
Проблема уменьшения отклонений формы оказывается очень сложной, и
ошибочно думать, что такие технологические методы, как суперфиниширование,
могут всегда уменьшить погрешности. Решить задачу уменьшения погрешностей
помогает гармонический анализ.
Промышленность накопила богатый опыт по обеспечению заданной
шероховатости как параметра качества. Однако пока не представляется
возможным предложить строгие математические зависимости шероховатости от
многих производственных факторов и приходится использовать эмпирические
формулы. Если известны геометрические размеры детали, ее материал, тип
токарного станка, тип инструмента и глубина резания, то можно назначать
оптимальные режимы обработки для обеспечения заданной шероховатости.
Успешно решаются аналогичные задачи по выбору оптимальных методов обработки
заготовок по заданным параметрам их поверхности. Использование ЭВМ
существенно упрощает эту работу.
Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок, и гильз
схожи между собой. Основными технологическими трудностями изготовления этих
деталей является обеспечение требований по малым отклонениям формы наружных
и внутренних поверхностей, малым отклонениям от цилиндричности, биению
поверхностей. Преодоление этих трудностей на фоне типовой технологии
представляет собой основу повышения качества деталей.
Конструктивные элементы деталей в виде отверстий, пазов порождают
отклонения формы на ответственных поверхностях. Такие отклонения следует
преодолевать на основе расчета возникающих упругих перемещений под
действием сил резания. Последние выбирают исходя из соображения того, что
перемещения должны быть меньше допуска на отклонение формы.
В деталях указанного типа, изготовленных по неизмененным технологическим
маршрутам, одного и того же химического состава, но из заготовок,
полученных разными методами, получается в итоге различный уровень
остаточных напряжений. Термическая обработка меняет уровень напряжений,
даже изменяется их знак, но общий вывод остается неизменным и должен
приниматься в расчет при технологическом обеспечении качества.
Эффект технологического наследования особенно следует учитывать при
изготовлении типа колец. Заготовки колец, изготовленные на горизонтально-
ковочных машинах, неизменно получают отклонение формы наружной поверхности
в виде овала. Указанная погрешность оказывается исключительно устойчивой,
на всех операциях технологического процесса она уменьшается. Ставя задачу
повышения качества, нельзя игнорировать форму заготовки. Для качественных
колец необходимо ограничить отклонение формы заготовок. Вторым условием
повышения качества следует считать использование зажимных устройств с
закреплением заготовок по торцам. Этими мероприятиями вполне можно
предотвратить передачу вредных наследственных свойств.
Проблема обеспечения качества деталей типа колец, втулок и гильз
непосредственно связана с особенностями закрепления их при обработке
резанием. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками
передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается
ощутимой. Поэтому крайне важно обеспечить малые отклонения формы
установочных поверхностей.
Указанные детали часто работают в условиях изнашивания, и в связи с этим
в поверхностных слоях предпочтительнее напряжение сжатия. Однако
вследствие разнообразия методов обработки, различных сочетаний силовых и
тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность
возникают остаточные тангенциальные напряжения, различные по величине и по
знаку, что следует учитывать при технологическом формировании такого
показателя качества, как износостойкость.
Вопрос о напряжениях непосредственно связан с отклонениями формы
поверхностей колец, втулок, гильз. Реальные поверхности всегда имеют
волнистость (гранность). После токарной обработки заготовок диаметром 50-
80 мм под такой поверхностью возникает слой со структурой, отличной от
структуры основного материала. Глубина этого слоя составляет 25-50 мкм.
После термической обработки на операции шлифования можно достичь очень
малых отклонений формы. Однако установлено, что на глубине 10-12 мкм от
поверхности прошлифованного образца располагается пояс аустенитных зерен.
Толщина этого пояса оказывается различной и периодически повторяющейся. С
течением времени нестабильный по структуре слой аустенита превращается в
мартенсит. При этом, естественно, изменяется (увеличивается) объем
материала. В тех местах, где слой аустенита был шире, происходит большее
изменение объема (увеличение), и наоборот. Поэтому деталь, имевшая после
шлифования весьма малые отклонения формы, получает наследственную
волнистость. Для уменьшения отклонений формы необходимо рассматриваемую
поверхность обработать дополнительно с помощью методов, создающих сжимающие
напряжения, так как они замедляют процесс превращения аустенита в
мартенсит. Одним из таких методов является алмазное выглаживание. В
результате такой обработки отклонение формы за один и тот же промежуток
времени оказывается почти в 3 раза меньше, чем после шлифования эль бором.
Конструктивные формы корпусных деталей непосредственно влияют на
теплоотвод при растачивании основных отверстий. Следствием его является
отклонение от соосности. При последовательном растачивании показатели
качества более низкие, чем при одновременном. Наилучшие результаты получены
при одновременном растачивании симметричных частей корпусов.
Особо следует отметить опасность искажения формы главных отверстий
корпусных деталей при их закреплении на металлорежущих станках. Для
технологического обеспечения качества корпусных деталей в связи с
использованием технологической оснастки необходима экспериментальная
отработка в условиях заводских лабораторий схемы закрепления с указанием
сил закрепления и координат их приложения. Наивысшую точность обеспечивает
схема закрепления, соответствующая схеме закрепления корпуса после сборки
его в готовой машине.
Для деталей других типов существуют свои технологические приемы
повышения качества, и вопрос решается аналогично тому, как он решается
применительно к деталям, рассматриваемым выше.
В различных отраслях машиностроения наблюдается повышенный интерес к
гибкому производству, в том числе автоматизированному, использованию
станков с программным управлением. В связи с этим иногда полают, что
вопросы технического обеспечения качества продукции можно решить только
благодаря этой, так называемой новой технике. Такая точка зрения,
безусловно, ошибочна. Во-первых, указанные технологические системы обладают
практически теми же недостатками, что и системы обычные, во-вторых,
масштабы их применения малы и пока не играют ощутимой роли в общей массе
изготавливаемых деталей машин, в-третьих, надежность их находится не на
таком уровне, чтобы можно говорить об устойчивых технологических процессах.
Вместе с тем тенденция развития и совершенствования таких технологических
систем очевидна. Проблема технического обеспечения качества деталей машин
должна решаться с применением любых технологических систем в первую очередь
- автоматических.
С увеличением точности на сборке требуется особый подход к оценке баз
как геометрических образов. Производственные погрешности и деформации на
сборке вызывают существенные отклонения от плоскостности, цилиндричности,
конусности, перпендикулярности и пр. Поэтому следует принимать в расчет
реальные формы базовых поверхностей.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИН НА ОПЕРАЦИЯХ СБОРКИ.
Сборка является заключительным этапом производства. Но этот этап
принципиально отличается от других этапов тем, что именно в нем проявляются
различные связи деталей, особенности их взаимодействия. После сборки
совокупность свойств представляется как показатель качества машины. Машина
может считаться качественной, если погрешность лежит в заданных
пределах.
Большое разнообразие машин не позволяет дать единой картины повышения
качества машин на сборке. Сборка по методу полной взаимозаменяемости,
применяемая в массовом и серийном производствах, не допускает подбора
деталей, регулировок и пригонок. Качество машины обеспечивается самой
компоновкой собираемых деталей, точность которых оказывается сравнительно
высокой, равно как м себестоимость изготовления. Тогда замыкающие звенья
имеют жесткие допуски. Экономические оценки играют в этом случае очень
важную роль.
Метод неполной взаимозаменяемости не гарантирует необходимое качество
всех собираемых машин, так как у сравнительно небольшого количества
объектов точность замыкающего звена не будет обеспечена.
Широкое распространение получил метод сборки с групповой
взаимозаменяемостью. Все изготовленные детали разбивают на размерные
группы, а соединение получают непосредственным подбором деталей, взятых из
соответствующих групп. При этом допуски на детали каждой группы оказываются
жесткими, что обеспечивает сборку весьма точных соединений. Однако
повышение качества изделий этим методом не представляется возможным в
условиях поточной сборки, так как нельзя гарантировать, что время на подбор
двух деталей соединения будет постоянным и равным такту.
Сборка с регулировкой представляет собой метод обеспечения качества
машин. Регулировку выполняют перемещением одной из деталей, которая играет
роль компенсатора. Поэтому представляется возможным получать высокое
качество всей цепи при сравнительно низкой точности звеньев.
Точностные показатели сборки в оценке качества машин являются
Одними из основных. Их обеспечение сопряжено с преодолением ряда
технологических трудностей. Сюда относят неточности изготовления собираемых
деталей. Каждый тип производства имеет свои особенности сборки.
В массовом производстве характерной является сборка на конвейерах,
которые перемещаются непрерывно или периодически. Но главным является
наличие потока, когда продолжительность сборки на различных рабочих местах
оказывается практически одинаковой и соответствует такту. Именно для этого
случая сборки особенно важна обработка конструкции на технологичность, что
обеспечивает высокое качество соединений в условиях жесткого такта.
Многие вопросы сборки в условиях массового производства успешно решены с
помощью средств автоматизации, которая обеспечивает постоянство условий
сборки, что повышает качество машины
Следует считать прогрессивными такие технические решения, когда один
узел на сборке устанавливается относительно другого узла с помощью луча
света, а оператор, получив сигнал о правильности расположения узлов, дает
команду на их закрепление на базовой детали.
В развитие высказанного технического решения можно привести пример
сборочной системы, построенной в МВТУ им. Баумана. Она предназначена для
сборки деталей типа втулок с корпусными деталями методом охлаждения. Любая
втулка имеет на наружной (установочной) поверхности отклонение от
цилиндричности (гранность), что объясняется особенностями ее изготовления.
Аналогичные отклонения имеет и отверстие корпуса. Сборка с натягом в этих
условиях повлечет за собой передачу отклонений от цилиндричности
сопрягаемых поверхностей на отверстие втулки.
Сборочная система состоит из трех участков: измерительного,
вычислительного и сборочного. На измерительном участке проводят 100%-ную
аттестацию всех поступающих на сборку деталей по параметру отклонения
формы. Полученную информацию передают на вычислительный участок, где с
помощью микропроцессора проводится гармонический анализ обеих сопрягаемых
цилиндрических поверхностей. Результаты анализа позволяют провести
ориентирование собираемых деталей. Оно состоит во взаимном повороте по
разработанной программе одной из деталей вокруг своей оси так, чтобы
имеющиеся погрешности формы сочетались на обеих поверхностях оптимальным
образом. При этом перенос отклонений формы сопрягаемых поверхностей на
отверстие втулки произойдет в наименьшей степени. Далее рука робота
переносит уже ориентированную втулку в охлаждающую среду и по истечении
определенного времени подает ее в отверстие корпуса для сборки поперечно-
прессовым методом. В итоге каждая пара сопрягаемых деталей сочетается
характерным только для нее образом, однако все действия системы не нарушают
такта поточной сборки. Такой подход может представлять принципиальный
интерес для массового производства.
Серийное производство имеет свои существенные отличия на сборке, но
именно здесь могут встретиться самые различные организационные формы. С
одной стороны, необходимо использовать преимущества автоматизированной
сборки, с другой стороны, - автоматизация сдерживает возможность
переналадки сборочного оборудования на изготовление новой партии изделий.
Как и в массовом производстве, для повышения качества машин большую роль
играет отработка конструкций на технологичность и соблюдение требований
технологического процесса сборки.
Широкое применение на сборке находят ориентирующие устройства. Их
назначение оказывается различным. При больших партиях собираемых деталей
эти устройства могут играть роль распознавателей образов и давать команду
на поворот и поступательное перемещение в пространстве деталей для
сопряжения с другой деталью. В ориентирующих устройствах используются
механические, электрические и пневматические элементы. Созданные в МВТУ им.
Баумана оптические ориентирующие устройства позволяют подавать на сборку
детали с исключительно малой асимметрией. Переналадка таких устройств с
целью обеспечения гибкости сборочного оборудования занимают несколько
минут.
Положительным фактором является сочетание в этих устройствах функций
ориентирования с функциями контроля деталей. Исключительно важную роль
играют устройства, которые ориентируют одну деталь на сборке относительно
другой. В условиях серийного производства оптические устройства позволяют
выверять детали с использованием лучей лазера и затем закреплять их.
Использование оптических устройств на сборке в целом позволило значительно
повысить качество машин.
Автоматизация собственно процессов сборки в условиях серийного
производства для всех видов соединений маловероятна. Вместе с тем для
повышения качества отдельных сопряжений или сопряжения группы деталей
использование автоматизации необходимо. Логичным оказывается использование
сборочных комплексов, которые способны выполнять функции контроля качества
сборки. Широкое использование координатно-измерительных машин существенно
повышает качество сборки.
Наибольший эффект при сборке обеспечивают гибкие автоматизированные
устройства для отдельных наиболее ответственных соединений. Так, в
станкостроении выделяют две группы деталей. Для каждой из групп решается
проблема обеспечения качества с помощью автоматизации сборке на основе
группой технологии.
Повышению качества машин и их соединений способствует появление
интересных технологических решений, в частности, сборка пар ходовой винт-
гайка. Такая пара обладает высоким качеством, когда обеспечивается заданное
прилегание по регламентированному числу витков резьбы. Создан ряд
технологических систем, объединяющих станки воедино. Если при окончательном
изготовлении гайки возникает погрешность, то она фиксируется, и информация
о ней передается на второй станок. Такая информация позволяет
самонастраиваться станку для изготовления винтов с учетом погрешностей
гайки.
Возможности металлорежущих станков с ЧПУ привели к мысли об объединении
в серийном производстве в едином технологическом комплексе процессов
изготовления деталей и их сборки. Такое решение может обеспечить высокое
качество соединений.
Многообразие методов повышения качества на сборке объясняется условиями
единичного производства и широким ассортиментом собираемых изделий - от
объектов тяжелого машиностроения до приборов. Для каждого вида продукции
требуются особые условия сборки. Например, именно на сборке обеспечивается
качество высокооборотных приводов (шпинделей) шлифовальных станков высокой
точности. Обеспечение на сборке изделия высокой точности является
серьезной технологической проблемой.
Необходимо учитывать деформации деталей на сборке. Упругие деформации
вполне соизмеримы с допусками на изготовление деталей. В ряде случаев
деформация может превосходить допустимое значение выходного параметра
изделия. Так высокоточные детали на сборке могут превратиться в детали
низкой точности. Собранное изделие, если и сможет работать, будет иметь
низкую надёжность.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН.
Теория надежности останется как в ближайшее время, так и в отдаленной
перспективе основой для прикладных методов расчета и эксплуатации
механических систем. Методологические вопросы теории надежности машин и
конструкций могут быть отнесены к фундаментальным вопросам науки.
Наряду с традиционными направлениями теории надежности машин и
конструкций в ближайшем будущем получат развитие новые направления. Среди
них: методология оценки надежности и безопасного срока службы технического
объекта с целью принятия решений о его дальнейшей эксплуатации. К новым
направлениям относятся: методы прогнозирования надежности по расчетным
схемам, максимизация приближения к реальным объектам, методы оценки
безопасности объектов по отношению к редким природным и техногенным
воздействиям; учет человеческого фактора в расчетах сооружений на
надежность и т.д.
Перечисленные новые направления останутся наиболее перспективными в
научном отношении. Полученные результаты найдут применения при создании
норм расчета и проектирования нового оборудования. Одним из основных
напрвления развития тео- рии надежности на перспективу будет более глубокое
взаимное проникновение кон- цепций надежности в механику.
Среди новых разделов механики одной из ведущих мест принадлежит механике
разрушения. Трещины практически неизбежны в любой крупногабаритной конст-
рукции. Требования отсутствия таких трещин чрезвычайно обременительно и за-
частую просто невыполнимо. Назначение мехинки разрушения - указать пути для
выбора материала, отвечающих разумному копромису между требованиями эконо-
мичности и требованиями высокой безопасности и надежности.Крупные успехи ме-
ханики развития позволили разработать методы оценки трещино-стойкости
конст- рукционных м | |
