Совершенствование конструкторско-технологического обеспечения производства пресс-форм для изготовления манжетных уплотнений

Решетневскуе чтения. 2014

5. Елисеев С. В., Елисеев А. В. Исследование взаимодействия материальной частицы с вибрирующей поверхностью при наличии силы вязкого трения в модельной задаче с неудерживающими связями // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 1. С. 69-77.

6. Елисеев С. В., Елисеев А. В. Особенности возникновения зазора в механической системе с неудер-живающей связью при импульсном воздействии // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 2. С. 36-45.

7. Елисеев С. В., Елисеев А. В. Обобщенные подходы в задачах определения контактных реакций в твердых телах при статических нагрузках с учетом неудерживающих связей // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 4. С. 51-60.

References

1. Blekhman I. I. Vibrational mechanics. M. : Nauka, 1994. 400 p.

2. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Modes tossing material particles on a vibrating surface in the model task with «not holding» ties // Modern technology. System analysis. Modeling. 2012. № 3, p. 86-96.

3. Sitov I. S., Eliseev A. V. Theoretical bases of processes of interaction of a material particle with a vibrating surface with «not holding» ties // Modern technology. System analysis. Modeling. 2012. № 4. Р. 17-28.

4. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Determination of viscous friction coefficient for the material particles multiple tossing mode in the model problem with «not holding» ties // Modern technology. System analysis. Modeling. 2013. № 1, p. 22-27.

5. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Study of interaction material particles with a vibrating surface in the presence viscous forces in the model problem with «not holding» ties // Modern technology. System analysis. Modeling. 2013. № 1, p. 69-77.

6. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Features of the gap in mechanical systems with "not holding" ties under instantaneous pulse // Modern technology. System analysis. Modeling. 2013. № 2, p. 36-45.

7. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Generalized approaches to the problem of determining static contact forces in solids at a loads with nonretention constraints // Modern technology. System analysis. Modeling. 2013. № 4, p. 51-60.

© Елисеев А. В., 2014

УДК 658.512.22

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ*

В. С. Ереско

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: wer125@list.ru

Манжетные уплотнители применяются для обеспечения герметичности исполнительных агрегатов гидросистем. Применяемые в настоящее время методы производства контактных уплотнений с помощью литьевых пресс-форм основаны на выборе размеров из ГОСТ на уплотнения и пресс-формы. Однако размеры, приведенные в ГОСТ, зачастую не гарантируют заданного ресурса, так как не учитывают условий эксплуатации. Приведена методика использования трехмерных параметрических моделей при производстве пресс-форм для создания уплотнителей гидросистем.

Ключевые слова: уплотнитель, параметрическая модель уплотнителя, параметрическая модель пресс-формы, форматы параметрических моделей.

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL DESIGN SUPPORT OF COMPRESSION MOULDS PRODUCTION FOR MANUFACTURING OF LIP SEALS

V. S. Eresko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: wer125@list.ru

Radial shaft seals are used for sealing hydraulic actuating units. Currently used methods of producing contact seals using injection molds based on the choice of the size from GOST on the seal and mold. However, dimensions given in GOST often do not provide the predetermined resource, as they do not consider the operating conditions. The article

* Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки РФ № 9.447.2014/к.

describes the technique of using three-dimensional parametric models in the manufacture of molds for creation of hydraulic systems seals.

Keywords: seal, seal parametric model, mold parametric model, the formats ofparametric models.

В настоящее время выпускаются различные гидроагрегаты нестандартной комплектации, так как множество гидромашин импортируется из различных стран, в которых есть отличия в конструкторской документации при производстве уплотнительных узлов.

В данной работе рассмотрены вопросы усовершенствования процесса проектирования пресс-форм для изготовления манжетных уплотнений. Применяемые в настоящее время методы производства контактных уплотнений с помощью литьевых пресс-форм основаны на выборе размеров из ГОСТ на уплотнения и пресс-формы. Но так как российский ГОСТ не в полном объёме предусматривает типоразмеры уплотнителей в импортных гидромашинах, существует необходимость в создании универсальной системы проектирования, чтобы обеспечивать импортные машины ЗИП и разработку новых уплотнителей с более высокими качественными характеристиками, для повышения КПД, уменьшения утечек рабочей жидкости через уплотнитель, а также использование композитных материалов, которые менее подвержены усталостному износу и старению. За критерий оптимизации принято минимально необходимое контактное напряжение, обеспечивающее герметичность соединения с учетом действующего статического и гидродинамического давления уплотняемой среды. Гидродинамическое давление жидкости в уплотняемом зазоре может быть определено экспериментально для конкретных гидроагрегатов либо методами имитационного математического моделирования, как это сделано в работах [1-3].

В работах [4; 5] была описана методика автоматизации технологического процесса, включающего процесс изготовления пресс-форм, подготовку трехмерной параметрической модели манжеты и шаблонов/ заготовок пресс-формы.

Параметрическая модель включает несколько формальных переменных, которые посредством файла обмена позволяют присваивать им фактические значения, полученные в результате предварительных вычислений. К таким параметрам относятся угол раскрытия «усов» манжеты, размеры уплотнительного гнезда и высота сечения манжеты. Остальные параметры нужны для создания пресс-формы манжеты.

В работе [6] была создана параметрическая модель пресс-формы. Чтобы применить данную модель в производстве согласно ISO 9001:2008 «Системы менеджмента качества. Требования», необходимо использовать открытый формат передачи данных, одним из таких форматов является формат *.STL, он способен передавать информацию о материале изготавливаемого продукта, степени точности и пригоден для использования в станках с ЧПУ.

В работе [7] созданы параметрические модели комплекта пресс-формы для изготовления манжетных уплотнителей уменьшенного сечения по ГОСТ 14896-84.

Трехмерные модели должны быть оформлены правильным образом для применения в станках с ЧПУ при использовании формата *.STL. Формат STL (Standard Tessellation Language) широко используется для быстрого прототипирования и станками с ЧПУ. Этот формат может быть представлен в виде ASCII или в двоичном виде, что более предпочтительно, так как двоичный формат более компактен. Формат дает представление трехмерного объекта только посредством геометрии его поверхностей, без ссылок на его текстуру, цвет, материал или других обычных атрибутов трехмерной модели, разработанной в CAD-системе.

Так как STL-формат передает не полную информацию о трехмерной модели, возникают ошибки, связанные с импортом-экспортом таких файлов. Во-первых, STL-файл - это всегда аппроксимация исходной трехмерной модели, так как он имеет полигонально-сеточную структуру, т. е. поверхности состоят из небольших по размеру треугольников (фасетов). При экспорте трехмерной модели векторно-заданные, например линейные, размеры аппроксимируются до любого целого числа фасетов, что влечет за собой появление такого параметра, как допуск линейного размера. Также вместе с этим появляются допуски формы.

В нашем случае возьмем трехмерную модель пуансона пресс-формы манжеты (рис. 1).

Экспортируем и импортируем эту деталь через формат STL при допуске линейного размера (катета фасета) 0,32 мм и допуске формы (минимальный угол в фасете) 30 град., результат операции импорта-экспорта показан на рис. 2.

Как видно по рис. 2, формообразующая грань на пуансоне частично потеряна (30 %) вследствие слишком большого размера треугольника. Следовательно, разрешение (количество фасетов) необходимо увеличить. Уменьшаем допуск линейного размера до 0,12 мм, а угол до 10 град. Результат операции импорта-экспорта показан на рис. 3.

Количество фасетов возросло (7858 шт.), вместе с тем увеличилась и точность репрезентации трехмерной модели в бинарном файле.

Рис. 1. Внешний вид трехмерной модели пуансона пресс-формы манжеты

Решетневские чтения. 2014

Рис. 2. Внешний вид импортированного STL-формата в грубом разрешении

Рис. 3 Внешний вид импортированного STL-формата в точном разрешении

Следовательно, типичная ошибка (потеря мелких граней детали) решается путем увеличения разрешения экспорта детали в формат STL, остальные ошибки STL-файла типа неправильного направления нормалей в фасетах или же неверной стыковки фасетов не приводят к браку деталей но затрудняют само формообразование детали, в случае с фрезеровочным с танком под управлением ЧПУ. Поэтому перед обработкой заготовки требуется настройка самого станка, так как образование фасетов на скруглениях зависит от выбора инструмента обработки, и при фрезерном удалении материала углы и шероховатости будут убраны допуском самого инструмента, например, если допуск инструмента (резца) 0,1 мм, а допуск линейного размера фасета 0,12 мм, погрешность обработки при фрезеровании составит от 0,02 до 0,08 мм, что удовлетворяет условиям обработки деталей пресс-форм для манжетных уплотнений (0,1 мм), а если же обрабатывать деталь другим методом, типа радиальной пилы, то количество технологических операций увеличивается в разы, и допуск увеличивается также примерно в 2-3 раза.

Следовательно, при подготовке трехмерной модели к экспорту в формат STL необходимо избегать образования мелких граней (менее 0,3 мм), чтобы не потерять их в процессе преобразования трехмерной модели в файл обмена, и предварительно выбирать инструмент для фрезерной обработки станком с ЧПУ. В дальнейшем предполагается разработка алгоритмов и методики подготовки параметрических трехмерных моделей для использования в станках с ЧПУ.

Библиографические ссылки

1. Ереско С. П. Система управления надежностью уплотнений подвижных соединений гидроагрегатов строительных машин : дис. ... д-ра техн. наук, 05.02.02. Защищена 31.10.2003, утв. 12.03.2004. Красноярск : НИИ СУВПТ, 2003. 425 с.

2. Ереско Т. Т. Совершенствование конструкций и рабочего процесса гидропневмоагрегатов ударного действия : дис. ... д-ра техн. наук, 05.02.13. Защищена 29.06.2005, утв. 20.01.2006. Красноярск : НИИ СУВПТ, 2005. 330 с.

3. Ереско Т. Т., Тубольцев А. А., Ереско С. П., Ереско В. С. Совершенствование гидропневмоудар-ного агрегата на основе имитационного моделирования // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование: научный журнал ИРГУПС, 2011. № 3(31). С. 50-56.

4. Ереско В. С., Ереско С. П., Антамошкин А. Н. Автоматизированное проектирование уплотнений гидроагрегатов и пресс-форм для их изготовления // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. конф. / СибГАУ. Красноярск, 2011. С. 212-213.

5. Ереско В. С., Ереско С. П., Антамошкин А. Н., Ереско Т. Т. Совершенствование процесса проектирования пресс-форм для изготовления манжетных уплотнений // Решетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 ноябр. 2012, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 238-240.

6. Ереско В. С., Ереско С. П., Антамошкин А. Н., Ереско Т. Т. Автоматизация разработки параметрических моделей контактных уплотнений подвижных соединений и пресс-форм для их изготовления // Системы. Методы. Технологии: научный периодический журнал. Братск : Изд-во БрГУ. 2012. № 1(13). С. 22-27.

7. Ереско В. С., Ереско С. П., Антамошкин А. Н., Ереско Т. Т. Автоматизация технологического процесса производства пресс-форм для изготовления манжетных уплотнений // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 2(42), С. 130-135.

References

1. Eresko S. P. Control system of reliability of dynamic seal of hydraulic units of construction machinery : diss. ... doc. of tech. sciences 05.02.02. protected 31.10.2003, apr. 12.03.2004. Krasnoyarsk: Scientific research institute SUVPT, 2003. 425 p.

2. Eresko T. T. Improving the design and workflow hydro-pneumatic units of impact action: diss. doc. of tech. sciences 05.02.13. protected 29.06.2005, apr. 20.01.2006. Krasnoyarsk : Scientific research institute SUVPT, 2005. 330 p.

3. Eresko T. T., Tuboltsev A. A., Eresko S. P., Eresko V. S. Improving hydropneumoshock unit on the basis of simulation modeling // Modern technologies. System analysis. Modeling: the IRGUPS scientific magazine, 2011, no. 3 (31), p. 50-56.

4. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N. Computer-aided design of seals of hydraulic units and molds for their manufacture // Reshetnevsky Readings : materials of the 15th International conference. SibGAU. Krasnoyarsk, 2011, p. 212-213.

5. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N., Eresko T. T. Improving the process of mold design for the manufacture of lip seals // Reshetnevsky Readings : materials XVI International science conference (7-9 november 2012, Krasnoyarsk) : in 2 tomes / under a general

ed. of Yu. Yu. Loginov ; SibGAU. Krasnoyarsk, 2012. P. 1, p. 238-240.

6. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N., Eresko T. T. Automated development of parametric models of contact seals of movable joints and molds for their manufacture // Systems. Methods. Technologies: scientific periodic magazine, Bratsk : Public Educational

Institution of Higher Professional Training BRGU, 2012. No. 1 (13), p. 22-27.

7. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N., Eresko T. T. Automation of the process of production of molds for the manufacture of lip seals // Messenger of SIBGAU. 2012. Vyp. 2(42), p. 130-135.

© EpecKO B. C., 2014

УДК 621.865.8

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА АНТРОПОМОРФНОГО МАНИПУЛЯТОРА

А. А. Богданов1,2, И. Г. Жиденко2, А. В. Колашевский2, Е. Ю. Мацко2

1ОАО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6. E-mail: info@rusandroid.com Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова Российская Федерация, 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38

E-mail: ptmr74@mail.ru

Представлена конструкция модернизированного варианта задающего устройства для управления движением антропоморфного манипулятора в копирующем режиме. Изложена математическая модель, обеспечивающая определение углов относительного поворота руки оператора в плечевом суставе как основа формирования управляющих сигналов приводам антропоморфного манипулятора.

Ключевые слова: антропоморфный робот, задающее устройство, углы поворота в плечевом суставе оператора.

MATHEMATICAL MODEL OF ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR CONTROL SYSTEM

А. А. Bogdanov1,2, I. G. Zhidenko2, А. V. Kolashevskij2, E. U. Matsko2

:OJSC "Scientific Production Association "Android Technics" 6, Herzen str., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation. E-mail: info@rusandroid.com

2Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov 38, Lenin Av., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation

E-mail:ptmr74@mail.ru

Here is the construction of control system upgraded for anthropomorphic manipulator motion control in master-slave mode. Mathematical model providing relative turn angle detection of an operator shoulder-joint as a basis of control input generation to an actuator is described.

Keywords: anthropomorphic robot, control system, operator shoulder-joint turn angles.

Новым направлением в оснащении космических станций является использование механических систем, позволяющих заменить действия космонавта как внутри станции, так и вне её. За рубежом для этих целей созданы антропоморфные роботы: «Eurobot», «Robonaut 2». В России работы в этом направлении активно выполняются в ОАО «НПО «Андроидная техника» [1; 2]. Отличительной особенностью роботов такого типа является структура, обеспечивающая повторение кинематики тела человека [3].

Глобальные перемещения выполняются манипулятором, имеющим семь степеней подвижности. Захваты, обеспечивающие удержание объектов и локальные перемещения, обладают не менее чем пятью

степенями подвижности каждый. По совокупности одновременно формируются сигналы более чем двадцати приводам.

Управление антропоморфным роботом осуществляется за счет реализации одного из следующих вариантов:

- предварительного программирования движения звеньев;

- автономного формирования алгоритмов движения;

- формирования управляющих сигналов оператором.

При выполнении полетных заданий используется, как правило, третий вариант как наиболее эффектив-