Статистические Методы в управлении технологическим процессом

Кострикина И.А., Миклина Т.А. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

В рыночной экономике решение вопросов качества является важнейшим фактором повышения уровня жизни, экономической, социальной и экологической безопасности. Основным инструментом, используемым в данной ситуации, является внедрение и развитие систем менеджмента, соответствующих международным и национальным стандартам. Реализация на практике принципов менеджмента качества и выполнение требований ИСО 9001:2000 (ГОСТ Р ИСО 9001-2001) позволяет производить продукцию с прогнозируемыми свойствами, прежде всего, посредством создания управляемых условий протекания процессов. Подобная задача наиболее важна для предприятий, выпускающих серийную продукцию и желающих снизить затраты на операции контроля, уменьшить расходы на переделку и исправление продукции, повысить имидж как надежного поставщика.

Очевидно, что формирование продукции с заданными свойствами возможно только в условиях стабильности технологического процесса. Для этого необходимо оценивать состояние процессов, выявлять отклонения от установленных требований, устранять возможности появления повторных отклонений или дефектов за счет своевременной разработки и реализации корректирующих воздействий и обеспечивать предупреждение потенциальных несоответствий в производстве. При этом формирование управляющих воздействий и корректировка параметров технологического процесса производится на основании данных статистического контроля, полученных с помощью статистических методов.

Как правило, в статистике используются так называемые «семь инструментов контроля качества», которые объединяют следующие методы []:

- причинно-следственная диаграмма;

- диаграмма разброса;

- расслоение;

- графики;

- контрольные карты;

- гистограмма ;

- диаграмма Парето.

Одним из наиболее распространенных и эффективных методов статистического анализа является метод контрольных карт (КК). Данный вид статистического регулирования позволяет определить, действительно ли процесс достиг статистически управляемого состояния на правильно заданном уровне или остается в этом состоянии, а затем

При этом также проводится анализ возможных дефектов и осуществляют корректирующие действия с целью предотвращения разрегулирования техно-

поддерживать управление и высокую степень однородности важнейших характеристик продукции в процессе производства.

Рассмотрим процесс управления с помощью контрольных карт на примере технологического процесса изготовления высоковольтных вакуумных коммутирующих устройств (ВВКУ) на ФГУП «НИИЭМП» (г. Пенза).

Отличительной особенностью условий эксплуатации ВВКУ и его технологического процесса является то, что одним из основных критериев качества выпускаемых ВВКУ является виброустойчивость. Однако проведение испытаний на виброустойчивость позволяет констатировать факт «го-ден-негоден» и не позволяет выявить дефекты, тем более скрытые. Поэтому для диагностики признаков дефектов и динамики их развития одновременно с виброустойчивостью целесообразно проводить вибродиагностику и вибромониторинг. Вибродиагностика позволяет выявить наличие дефекта, а вибромониторинг позволяет исследовать динамику изменения зарождающихся и развивающихся дефектов.

В соответствии с методами вибродиагностики и вибромониторинга при испытаниях фиксируются значения виброперемещения (Уб), виброскорости (Уу) и виброускорения (Уа) в осевом, поперечном и вертикальном направлениях для каждого ВВКУ. Особенностью вибродиагностики является то, что виброускорение измеряется в диапазоне частот от 10 до 50 0 0 Гц; виброскорость - в диапазоне от 10 до 1000 Гц; виброперемещение - в диапазоне от 10 до 200 Гц. Измерение вибропараметров позволяет проследить зарождение даже микродефектов и их дальнейшее развитие. Поэтому регулирование технологического процесса изготовления ВВКУ предлагается проводить по результатам анализа значений вибропараметров.

На рисунке 1 в виде алгоритма представлен метод регулирования технологического процесса ВВКУ по значениям виброускорения, виброперемещения, виброскорости с помощью контрольных карт.

На партии изготовленных деталей после измерения электрических параметров проводят вибродиагностику, т.е. измерения параметров Уб, Уу и Уа в диапазоне частот. По результатам измерений строятся КК отдельно по каждому параметру. На рисунке 2 приведена КК по виброускорению.

Если измеренные значения находятся на КК выше контрольных границ, то по диапазону частот, в котором произошел выброс, определяется вид дефекта (каждый дефект имеет определенную информативную частоту или диапазон частот).

Далее проводится анализ причин дефекта наиболее эффективным методом (диаграммой Исикавы, методом ЕЕМА и др.). После выявления причины и места дефекта в технологическом процессе проводят корректирующие действия и процедура повторяется на новых партиях деталей до тех пор, пока технологический процесс не станет управляемым, то есть все значения вибропараметров на КК будут находиться между контрольными границами. Если измеренные значения вибропараметров находятся на КК в пределах контрольных границ, то процесс считается управляемым. Однако, следует учитывать момент, когда измеренные значения на КК находятся внутри контрольной зоны, но расположены близко к контрольным границам.

логического процесса и выпуска некачественной продукции.

тР X — карта: Виброускорение, g (7,401) ИИИІ

X - карта: 7,401; Сигма 0,00979, образец № 1; ; изделие П2Д-3В Дата 03.08.2008 а

7,411 7,401 7,391 Гц

. +

1 + + + }\ +

\/ ч + ! + Iі \ \

+ 'і + ;

І / * к / \ I : + + V

Ї :: \ \ : •©--->

5 1  15 20 25

Рисунок 2

Приведенный алгоритм носит обобщенный характер и может быть применен в любом технологическом процессе.

Реализация данного алгоритма регулирования технологического процесса в производстве позво-

лит повысить процент выпуска годных изделий и снизить риск возникновения отказов или дефектов у потребителя при эксплуатации.

Рис. 1

Литература

1. Адлер Ю. П. , Шпер В. Л. Истоки статистического мышления // Методы менеджмента качества. -

2003. - №1. - С.34-40.

2. Адлер Ю. П. , Шпер В. Л. На пути к статистическому управлению процессами // Методы менеджмента качества. - 2003. - №3. - С.23-28.

3. Адлер Ю. П. , Шпер В. Л. Контрольные карты Шухарта // Методы менеджмента качества. - 2003.

- №5. - С.33-37.

4. Розно М. И., Шинко Л. В. Пора заняться технологическим процессом // Методы менеджмента качества. - 2004. - № 7. - С.39-45.

5. Илларионов О. И. Слагаемые эффективности контрольных карт // Методы менеджмента качества. -2005. - №2. - С.3 0-35.

Каминская Т.П., Недорезов В.Г., Домкин К.И., Шлыкова Л.А.

ПОЛИМЕРНЫЕ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ (ПСВП) В ЧИП ИСПОЛНЕНИИ

Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители (ПСВП) (PTC Devices) , производство которых было начато в середине прошлого века фирмой Littelfuse, в настоящее время прочно завоевали рынок защитных устройств, обеспечивающих надежность и безопасность работы электрооборудования за счет своих технических характеристик - возможности переключений без замены до 3000 раз, быстродействия, малых габаритных размеров и

разнообразия вариантов исполнения и типономина-лов, относительно невысокой стоимости. Самыми востребованными на рынке в настоящее время являются ПСВП в чип-исполнении для поверхностного монтажа, которые изготавливаются с такими же габаритными размерами и упаковываются аналогично постоянным резисторам для поверхностного монтажа (рис.1).

Рис.1 Типоразмеры и способ упаковки резисторов для поверхностного монтажа

Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители выпускают фирмы Bourns (торговая марка —Multifuse"; TERC (бывшая Raychem), США, торговая марка —Polyswitch"; Littelfuse совместно с Wickmann Group (торговая марка —Polyfuse"). Для поверхностного монтажа очень широко используются предохранители серий SMD, miniSMD и nanoSMD фирмы —Bourns".

Таблица 1 - Основные параметры ПСВП в чип-исполнении

Физический принцип действия ПСВП хорошо описан в каталогах фирмы —Bourns", работах [1,2] и других работах.

В таблицах 1 и 2 приведены основные параметры ПСВП в чип-исполнении для поверхностного монтажа. В первую очередь они применяются в платах с высокой плотностью монтажа.

Макс. напр. [В] Макс. прер. ток [А] Диапаз. токов пропуск. [А] Диапаз. раб. темпер. [oC] Сопр. в провод. состоян. Располож. выводов Констр. высота [мм] Время сраб. Типовой способ монтажа

SMD до 60(1) 125(2) 0,3...2,6 4 5...+85 среднее для поверхностного монтажа 1,52...3,18 среднее на печатной плате

miniSMD до 30(1) 4 0(2) 0,2...1,1 4 5...+85 от низкого до среднего для поверхностного монтажа 0,62...0,81 малое на печатной плате

TS 60/650( 3) 1,1/3 0,13 4 5...+85 от среднего до высокого для поверхностного монтажа 3,4 (тах) среднее на печатной плате

Таблица 2 - Основные параметры чипов серии nanoSMD

IH

при I(A) c

nanoSMDC012F 0,12 0,39 48 10 0,5 1,0 0,2 1,40 6,50

nanoSMDC016F 0,16 0,45 48 10 0,5 1,0 0,3 1,10 5,00

nanoSMDC020F 0,20 0,42 24,0 100 0,6 8,0 0,1 0,65 3,30

nanoSMDC035F 0,35 0,75 16,0 20 0,6 3,5 0,1 0,45 0 4 1

nanoSMDC050F/13,2 0,50 1,10 13,2 100 0,8 8,0 0,1 0 2 0 0 8 0

nanoSMDC075F 0 5 1,50 6,0 100 0,8 8,0 0,1 0,12 0,40

nanoSMDC110F 1,10 2,20 6,0 100 0,8 8,0 0,1 0,07 0,20

nanoSMDC150F 1,50 3,00 6,0 100 0,8 8,0 0,3 0,04 0,11

nanoSMDC200F*

2,00

4,00

6,0

100

На рис. 2 а приведен внешний вид ПСВП SMD 1206-й серии (MF-NSMF050 0,5А 1206 SMD BRNS) (вид сверху), а на рис. 2б - поперечный разрез ПСВП вдоль (рис. 2.1.б) и поперек (рис. 2.2.б) ПСВП элемента. Основной рабочий слой ПСВП толщиной 3 0 0-310 мкм представляет собой полимерную композицию из полиэтилена с распределенными в ней частицами углерода, далее идет слой ^ толщиной 3 0-35 мкм, покрытый защитным слоем толщиной 110-120 мкм, на котором закреплены М контакты толщиной 35-40 мкм, на которые сверху напылен тонкий слой золота. При большем увеличении (рис. 3) видно, что медный слой - это никелированная медная фольга с очень развитой поверхностью (величина шероховатостей составляет 10-15 мкм) для обеспечения адгезии к «рабочему» слою. Толщина слоя нанесенного на шероховатости никеля составляет от 2 до 5 мкм.

- ' * N

і V

• V • *» 4'" ’ '

I «Уи'.у'

Я і ц \^\ 1 V

' 1. " . >

м '

ІЙІ / ' ;

Рис.2.б.1 Поперечный разрез ПСВП

Рис. 2.а Внешний вид ПСВП SMD 12 0 6

Рис.3 Медный слой ПСВП

Исследования проводились на металлографическом микроскопе METAM ЛВ-31 в светлом поле на шлифах. Определение элементного состава используемых материалов проводилось на приборе — Superprobe" фирмы —Jeol" методом рентгеноспектрального микроанализа при ускоряющем напряжении 2 0 кВ пучком ё диаметром 50 мкм. Работы проводились с целью изучения возможности организации производства ПСВП предохранителей в чип-исполнении на ФГУП «НИИЭМП» (г. Пенза).

Рис.2.1.б Поперечный разрез ПСВП

Литература

1. Каминская Т.П., Недорезов В.Г., Подшибякин С.В. Полимерно-углеродные композиционные материалы для самовосстанавливающихся предохранителей. Перспективные материалы, 2 0 0 8, Специальный выпуск, март, с 343-345.

2. Каминская Т.П., Недорезов В.Г. Самовосстанавливающиеся предохранители на фазовом переходе // Надежность и качество. Труды международного симпозиума, Пенза, 21-31 мая 2007г. - Пенза, 2007.

- Т.2. - С. 286-288.

Вершинин Н. НКордон М. ЯАнаньев В. МЗаонегин А. А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАВИТАТОРА-РАЗДЕЛИТЕЛЯ

Кавитатор-разделитель является частью установки для охлаждения воды и предназначен для создания, путем кавитации, двухфазного течения (вода-пар) и его фазового разделения, путем закрутки потока водопаровой смеси, на поток воды и поток пара. Поток воды при этом охлаждается, а поток пара отводится из установки.

На рис. 1 представлена схема кавитатора-разделителя.

Охлаждаемая вода подается под напором в цилиндрическую часть 1, через патрубок 2 и сопло 3 по касательной к внутренней стенке устройства, благодаря чему поток получает винтообраз-

ное вращение. Вследствие закрутки потока давление по оси устройства падает и по оси потока образуется вихревой шнур.

Под действием центробежных сил пузырьки пара вытесняются водой к центру и захватываются вихревым шнуром. Течение в канале становиться дисперсно-кольцевым. При продвижении дисперснокольцевого потока в сужающемся канале закрутка потока усиливается и на выходе из устройства вода распыляется в виде тонкой пленки. Пар, в виде вихревого шнура выходит из нижней части устройства и отсасывается вакуумирующим насосом.

Вследствие того, что часть воды превращается в пар, происходит охлаждение водяного потока.

Рис. 1 Схема кавитатора-разделителя

Определение расходных характеристик Расход кавитирующей жидкости через определяется зависимостью [1]:

=^.

2

Рсм

где Ц - коэффициент расхода; £ - площадь

выходного сечения сопла; р0 - давление жидкости на входе в кавитатор; р^ - давление на оси

кавитатора.

С учетом того, что [2]:

р=р (і -р)+р"р,

2

ІР( і-р)+р’р'

Произведя преобразования получим:

2 (Ро - Рі ) р( Ро/ & )2

і -

р=-

і-р р'

Запишем величину расходного объемного газо-содержания в следующем виде:

* 0 "• Р "

/3 = —,--Г,

0- Р "

где 0,0 - скорость течения воды и пара,

соответственно; ¥', Р" - площадь сечения воды и

пара соответственно.

Р

0,8

0,6 0,4 0,2

/Л "С и / зв. ВС / >да

4 і 1) 1 ^зв. возд і. пар.

200 400

600

800 1000 1200

1400 ос,

м/с

Рис. 2 Зависимость ис = /(Р) :

- скорость звука в воздухе;

и

зв. пар.

скорость звука в паре; изв. вод. - скорость звука в воде

2 „ 17" _ А ПО^ГЛ2

С учетом того, что ¥' = 0,751 из выражения (5) получим:

и

Г = 0,78502 ,

і=і=

р

О Щи-и )'

где р - плотность жидкости; р - плотность пара; 3 - расходное объемное газосодер-

жание, выражение (1) перепишется в следующем виде:

0,3

0,2

0,1

\ [ IV і = 0,1

1 (3 = 0,05 (3 = 0,02 Г

0 5 10 15 V)/и

Рис. 3 - Зависимость й = / (0/0^

На рис. 3 представлена зависимость относительного диаметра й вихревого шнура от отношения скорости течения пара и воды 0/0 .

Из рис. 3 следует, что с ростом отношения скорости течения пара и воды 0/0

относительный диаметр вихревого шнура й уменьшается.

На рис. 2 представлена зависимость расходного объемного газосодержания в жидкости 3 от скорости жидкости, истекающей из сопла кавита-тора 0С .

Из рис. 2 следует, что с увеличением скорости истечения жидкости 0 возрастает коэффициент расходного объемного газосодержания 3 .

Определение размера вихревого шнура

Литература

1. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник/ Е. В. Аметистов, В. А. Григорьев, Б. Т. Емцев и др.; Под общ. Ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. - М.: Энергоиздат,

1982. - 512 с., ил. -

V.

2. Кутателадзе С. С. Анализ подобия в теплофизике. - Новосибирск: Наука, 1982, 280 с.

Звягина С.С., Рощина М.В.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПЕЧАТНОГО УЗЛА ИСТОЧНИКА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

В работе проведен анализ и обеспечены требуемые тепловые режимы комплектующих элементов печатного узла источника питания с применением методов компьютерного моделирования в подсистеме АСОНИКА-ТМ

Общеизвестно, что надежность электронных средств вообще, и источников вторичного электропитания в частности, прямо зависят от теплового режима комплектующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Тепловой режим ЭРЭ количественно оценивается через соответствующий коэффициент, равный отношению рабочей температуры к ее предельно допустимому значению.

Предельное значение задается в технических условиях на элемент, а рабочее значение рассчитывается на ЭВМ методами компьютерного моделирования. При расчете, начальным и наиболее трудоемким шагом является нахождение и заполнение

справочной базы данных (СБД) исходной информацией об ЭРЭ и материалах конструкции.

Необходимо задать геометрические параметры элементов ЭРИ (позиция по оси Х и позиция по оси У), а также размеры посадочного места по трем осям и, обязательно указать вариант установки. Затем следует заполнить соответствующие поля значениями теплофизических параметров, таких как коэффициент черноты поверхности, тепловое сопротивление крепления и теплоёмкость, а также максимальную и минимальную допустимые температуры корпуса элемента.

И в завершение вводится мощность тепловыделения, которая является важнейшим параметром в данном расчете. СБД состоит из основных и дополнительных таблиц. На рис. 1 приведена основная таблица для ЭРЭ С5.

Рис.1 Описание элемента С5

Далее задаем параметры слоя, его толщину и материал. Основными теплофизическими параметрами слоя являются его плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и черноты.

Следующим важным шагом является необходимость задания воздействия на печатный узел (ПУ), которое будет определять тепловой расчет. Тепловым граничным условием в данном случае выбираются естественная конвекцию в окружающую среду и излучение с плоской неразвитой поверхности на соседний конструкционный элемент (КЭ).

При этом нам нужно указать температуру окружающего воздуха, температуру соседнего КЭ и давление воздуха. Эти данные рассчитываются в подсистеме АСОНИКА-Т, в которой формируется топологическая модель именно для расчета этих данных. Также указываем крепления ПУ, которые задаются формой, радиусом и коэффициентом жесткости.

Таким образом, сформирована база данных, заданы воздействия и параметры ПУ, остается только импортировать изображение из РСДБ в подсистему АСОНИКА-ТМ и мы получаем модель ПУ.

Проведя расчет, целью которого является анализ тепловых характеристик, получаем поля температур (рис.2) на ПУ и карту тепловых режимов (рис.3), как основной результат данного расчета, в которой приводится температура и коэффициент нагрузки на каждом элементе.

Как показали результаты расчетов, на данном ПУ перегрева ни на одном из элементов нет, однако наблюдается существенный разброс значений коэффициента нагрузки. Из полей температур видно, что наиболее нагружен элемент Я2, а элементы Ь2 - Ь5 имеют невысокие допустимые температуры . Следовательно, необходимо предпринять меры для повышения надежности устройства за счет выравнивания коэффициента тепловой нагрузки ЭРЭ. Можно рекомендовать следующие меры:

Заменить эти элементы на другие, с более высокими допустимыми температурами;

Обеспечить снижение температуры на этих элементах. Для этого можно использовать радиатор с

естественной или вынужденной конвекцией или тепловую шину, которая будет распределять температуру по всей поверхности ПУ.

Рис.2. Поле температур на плате ПУ

Рис.3. Карта рабочих режимов ПУ Литература

1. —Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах СДЬБ-технологий". Под редакцией Ю.Н. Кофанова , Н.В. Малютина, А.С. Шалумо-ва. том1.2007 г.стр.106.

2. http://www. asonika.ru/со^еп^у1ем/52/18/

3. http://www.asonika.ru/content/view/49/14/

Семенов А.А., Савицкий В.Я. УСЛОВИЯ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ОТКАТНЫХ ЧАСТЕЙ ИМПУЛЬСНЫХ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

Тенденция увеличения энергии порохового заряда при неизменных габаритно-массовых характеристиках импульсных тепловых машин (ИТМ) сохраняется. При этом остается неизменным подход к преобразованию кинетической энергии откатных частей ИТМ с помощью специальных гидропневматических устройств (ГПУ), представляющих собой раздельные конструкции гидравлического тормоза (ГТ) и пневматического демпфера (ПД).

Закономерное снижение импульса откатных частей в ГТ осуществляется за счет создания сопротивления пробрызгивания рабочей жидкости через калиброванные отверстия и канавки с заданным профилем. В пневматическом демпфере энергия откатных частей (ОЧ) гасится за счет ее преобразования в работу по сжатию воздуха. Перспективы в решении проблемы повышения эффективности ИТМ при наличии указанных противоречий видятся в новом подходе к проектированию демпфирующих устройств, основанном на реализации альтернативных физических принципов.

Целью проводимых исследований был поиск конструкторских решений по управляемому снижению импульсного воздействия на ОЧ и конструкцию ИТМ в целом с помощью эффекта электромагнитного сопротивления.

При проектировании ГПУ ИТМ изменение силы сопротивления откату Р(1) задается с учетом конкретного типа ИТМ и реализации принятого закона. Закон изменения Р(1) должен удовлетворять следующим требованиям:

- максимальное значение силы сопротивления откату не должно нарушать условия устойчивости ИТМ при откате и прочности деталей лафета;

- торможение ОЧ должно быть плавным, а их энергия должна поглощаться полностью на заданной длине отката и в определенное время.

С учетом перечисленных требований закон изменения Р(1) при откате должен иметь вид, показанный на рис. 1, где Ро, Яшах, Рл — соответственно начальное, максимальное и конечное значения силы сопротивления откату.

Рис. 1 График силы Р(1) в ГТ

Используя методику расчета параметров отката и наката, представленную в работе [1] , был проведен расчет этой силы. Расчету ГТУ предшествовало баллистическое проектирование и расчет параметров так называемого свободного отката. Полученные результаты расчета были использованы в качестве следующих исходных данных:

скорость снаряда при максимальном давлении пороховых газов Уш = 454 м/с;

дульная (начальная) скорость снаряда * Уо = 10 4 0 м/с;

относительный путь снаряда в канале ствола в момент наибольшего давления пороховых газов 1ш = 0,82 м;

относительный путь снаряда в канале ствола в момент прохождения снарядом дульного среза 1а == 4,95 м;

дульное давление ра = 114 МПа; площадь поперечного сечения канала ствола S = 5, 8 9 •Ю-3 м2;

объем зарядной камеры Wо = 8,04 •Ю-3 м3 ; вес снаряда q = 93 Н; вес заряда о = 57,5 Н;

эффективность дульного тормоза £ = 0,65; вес откатных частей Qо == 12600 Н; вес ИТМ в боевом положении Qб == 24000 Н; предельный угол устойчивости фпр = 0°; максимальный угол наклона ОЧ фпр = 35°; плечо действия силы Р Ьпр = 0,85 м; плечо действия силы Qо Во = 3,23 м; длина отката Л = 0,5 м.

Основные параметры определялись по формулам:

- продолжительность периода последействия

т = 2,3Ь^0,5ра ,

где Ра - дульное давление; Ь - параметр в законе последействия;

- скорость ОЧ W и путь свободного отката Ь в конце третьего периода соответственно

Ь --

W = Wd + ^ р41 - е ь ) ;

M

b

L — Ld + Wdt + %--Pd[t — b(1 — Є )] ,

M

где Ио: - скорость ОЧ при ро; X - импульсная характеристика дульного тормоза; Мо - масса ОЧ; I

- текущее время периода.

Результаты расчета И и Ь сведены в табл. 1 Таблица 1 Выходные параметры свободного отката

Время t,c Скорость движения ОЧ W, м/с Путь отката L, м

0,0109 10 0,047

0.0168 8,66 0,202

0,0335 8,48 0,343

0,053 8,45 0.528

Алгоритм расчета торможенного отката по периодам включал определение следующих параметров А. Первый период

1. Начальная сила сопротивления откату

Яо = По + К/ — Qo 8ІП фпр ,

где По = 1,1^^о(зіп.фтах+ /созфтах+^) - начальная сила накатника; Я/ = Qo(/созфшах+^) - сила трения в направляющих люльки и в уплотнениях ГПУ; / -

коэффициент трения в направляющих люльки;

V - коэффициент трения в уплотнениях ГПУ.

2. Наибольшая допустимая сила сопротивления откату

0,5M 0

R max = Rvh = -

M0

X — Ld + Wd

3. Скорость отката в момент наибольшего давления пороховых газов

1 B

Vv = Wm-

M о k

где

A=

R max+ R0

B=

R max- R0

2 2 td

4. Путь отката в момент наибольшего давления пороховых газов

Xm = Lm--------[— Atm2---—

M 0 2 k2

где Ьш - путь свободного отката при максимальном давлении пороховых газов Рш.

5. Скорость отката в момент вылета снаряда из канала ствола

т_ ГТ7 R max+ RО

Vd = Wd-----------------------td .

2M о

б. Путь отката в момент вылета снаряда из

канала ствола

Xd = Ld----(0,35Ro + 0,15R max) ,

M 0

где Ьа - путь свободного отката.

7. Сила сопротивления откату в момент наибольшего давления пороховых газов

Яу = =т

Б. Второй период

8. Скорость отката в конце периода

Таблица2 Выходные параметры торможенного отката

я

Утл = - (Ж/ - КО--— т ,

М 0

где ^тдт - скорость свободного отката в конце второго периода.

9. Путь отката в конце периода

Х/ = Ь/-

2М 0

где Ьтдт - путь свободного отката в конце периода.

10. Скорость и путь отката в периоде

Vdt = Wdt-(Wd-Vd)-— t 1

M 0

Xdt = Ldt - (Ld - Xd) - (Wd - Vd)t - —t2

2M 0

Результаты расчета сведены в табл. 2.

2

Период отката Время внутри периода Время от начала отката X, м V, м/с R, Н

I 0 0 - - 22661

tm= 0, 00568 0,00568 0,0075 4,15 52484

td = 0,0109 0,0109 0,045 9,56 103976

II 0,0168 0,0277 0.191 7,18 103976

0,0335 0,0444 0,300 6.14 103976

т = 0,0530 0,0639 0,390 5,3 103976

III 0,0129 0,0768 0,407 4,24 103976

0,0258 0.0897 0,427 3,17 103976

0,0387 0,1026 0,437 2,11 103976

0,0516 0,1155 0 1,04 103976

0,0643 0,1282 0 0 103976

В. Третий период

Уравнение движения откатных частей имеет вид

dV

M 0--- = -R max .

dt

Интегрируя уравнение (14),

соответственно скорость и путь отката:

V = V,- — t ;

M 0

X = X, + V,t-

(14) находим

2M 0

При V = 0 продолжительность третьего периода составит

M 0V, 128,5 • 5,3

- = 0,0643с .

td + т + t3

3 R max 10599

Полное время отката Тотк 0,0109+0,0530+0,0643 = 0,1069 с.

График зависимости V(x) представлены на

ри с.2.

M oV 2 2

= R «^

откуда скорость отката V =

I2R max

V M О

(Л-X) .

Алгоритм расчета ПД включал определение следующих параметров:

1. Начальная сила ПД

По = 1,1<2о^т0тах+ / СО$^тах^ V) .

2. Конечная сила ПД

Пя = тП ,

где ш =2,5 - степень сжатия воздуха в ПД.

3. Приведенная длина начального объема газа

я

S 0 = -

1

1,

где n = 1,3 - показатель политропы. 4. Переменная сила ПД

П = П о(-

S О-X

0,2 0,3 0,4

Рис. 2 График У

15. Откатные части при прохождении пути X обладают определенной кинетической энергией, которая должна гасится противодействующей силой сопротивления Кшах на участке пути (А - X).

Рис.3 Переменная сила ПД

Полученная информация была использована при расчете принципиально новой конструкции магнитодинамического тормоза (рис. 4).

Определим количество витков межцилиндровой обмотки п1 (первого соленоида) и поршня П2 (второго соленоида), принимая ток в соленоидах 10А.

При расчёте магнитодинамического тормоза (МДТ) были приняты следующие допущения:

- витки соленоидов намотаны плотно;

- краевые эффекты пренебрежимо малы. Межцилиндровая обмотка создает через каждый

виток второго соленоида магнитный поток

Ф21 = ЦоП111Бп2Х,

где Цо = 4п10-7 Гн/м - магнитная постоянная; Б -площадь поперечного сечения первого соленоида; 11 - ток межцилиндровой обмотки.

Тогда взаимная индуктивность будет равна

n

m

t2.

О

Ь21 = Ф21 /11 = Ц 0п1Бп2Х г

где X - длина смещения поршня по цилиндру.

Тогда сила взаимодействия между соленоидами равна

Гх = 1112аъ12/ах = Ц0П111П212 ,

где 12 - ток обмотки поршня.

Если токи имеют одинаковое направление, то 1112 > 0, Гх > 0 и следовательно соленоиды отталкиваются . Такое включение тока должно быть при накате. При встречных направлениях токов

1112 < 0, Гх < 0 - соленоиды притягиваются. Та-

кое направление тока необходимо для сопротивления откату.

Максимальное количество витков соленоидов определялась из условия возникновения в ГТ Кшах = 10397 6Н. Принимая П1 = П2 = п

I— -1

1II2 у-

103976 -107 12,56 -10 -10

= 28772 витков.

Рис. 4 Магнитодинамический тормоз:

1 - наружный цилиндр; 2 - межцилиндровая обмотка; 3 - шток поршня;

4 - уплотнение штока; 5 - перепускные отверстия головки поршня; 6 - рабочий цилиндр; 7 - обмотка поршня; 8 - рубашка поршня; 9 - упругий демпфер

Для того, чтобы уменьшить габариты МДТ и исключить воздействие вращательного момента на ОЧ ИТМ от силы Кх в расчетной схеме были предусмотрены два симметрично установленных по линии отката МДТ. При этом количество витков соленоидов для каждого МТД уменьшилось в два раза.

Согласно рекомендациям [2] для проектируемых соленоидов был выбран медный провод площадью поперечного сечения 1 мм2 и диаметром 1,2 мм.

Тогда длина поршня составит 240 мм. При этом 14 3 8 6 витков на головке поршня будут уложены в 7 2 слоя. Таким образом, длина катушки поршня составит 240 мм, а диаметр - 192 мм.

Аналогично были получены габаритные размеры межцилиндровой обмотки: длина - 677 мм, а диа-

метр - 400 мм. Чтобы уменьшить диаметр наружного цилиндра необходимо увеличить длину поршня.

Таблица 4

Расчетные зависимости параметров магнитодинамического тормоза

Например, увеличивая длину поршня в 2 раза, получим его диаметр 10 8 мм. При этом диаметр цилиндра составит 220 мм, а длина - 0,917 мм.

В соответствии с законом Джоуля-Ленца нагрев одного соленоида за один час работы без учёта теплоотдачи не будет превышать 9 К.

Для смазывания трибосопряжения «цилиндр-поршень» в качестве смазочно-охлаждающей жидкости предусмотрено применение трансформаторного масла типа Т - 250.

Для обеспечения установленного закона отката мгновенные значения силы тока будут составлять

I

рі У ^0П\П2

п

Длина отката Х,м 0,0075 0,045 0.191 0,300 0,390 0,407 0,427 0,437

Сила сопротивления откату К,Н 22661 52484 103976 103976 103976 103976 103976 103976

Ток соленоидов при откате I, А 4,7 7,1 10 10 10 10 10 10

Сила наката П, Н 15696 15990 16677 19718 24035 25702 27959 30509

Ток соленоида при накате 1,А 3,89 3,92 4,00 4,35 4,81 4,97 5,12 5,42

Для питания соленоидов используется постоянный ток бортовых аккумуляторных батарей. Регулирование тока осуществляется с помощью вентильным устройством рис. 5.

Рис. 5 Схема вентильного устройства

источник питания; 2- регулятор напряжения; 3- силовая часть регулятора ; 4 - блок управления; 5- датчик

перемещения; 6- датчик тока; 7,8 -

формирователи сигнала; 9- логическая схема; 10- цепь управления (задающий сигнал); 11- блок стабилитронов; 12-силовой вентиль; 13- формирователь импульсов; 14- регулятор скважности; 15- намотка межцилиндровой катушки Анализ приведенного расчета обусловил создание эффекта электромагнитного сопротивления движению ОЧ ИТМ. При этом МДТ обладает преимуществами перед традиционными конструкциями ГПУ:

Упрощается конструкция ГПУ. Исключается мониторинг состояния рабочих жидкостей и газов.

Повышаются противокоррозионные свойства рабочей жидкости.

Появляется возможность управлять режимами работы МДТ.

Литература

1. Гордиенко Н.И., Жуков И.И., Осипович Б.Н. Теория и расчет артиллерийских орудий. / Учебник. Пенза: ПВАИУ,1967. - 504 с.

2. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. / Учебное пособие.- М.: Высшая школа, 1983. - 4 63