Исследование точности резки листовых деталей корпусов судов с помощью тахеометра

СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА

УДК 629.5.081.4.002.1-187:681.783.24

Н. П. Боронина, Нгуен Чунг Ань, В. Н. Лубенко

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ РЕЗКИ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ КОРПУСОВ СУДОВ С ПОМОЩЬЮ ТАХЕОМЕТРА

N. P. Boronina, Nguyen Trung Anh, V. N. Lubenko

STUDY OF ACCURACY OF CUTTING OF PLATE DETAILS OF SHIP HULL USING TACHEOMETER

Рассматриваются проблемы точности монтажа и изготовления корпусных конструкций в судостроении. Отмечено, что точность монтажа и изготовления корпусных конструкций в значительной степени определяет объем пригоночных работ на всех стадиях постройки судна, на долю которых в настоящее время приходится 40 % трудоемкости сборки. Проанализированы существующие методы измерений и фактическая точность изготовления полотнищ. Приведены данные статистических исследований фактической точности изготовления корпусных деталей, предпринятых С. В. Васюниным и И. Н. Стоговым, поскольку основной объем пригоночных работ при изготовлении конструкций связан с величиной зазора между стыкуемыми кромками листовых деталей. Приводится методика измерения плоских полотнищ с применением тахеометра серии 3Та5Р6, которая позволяет контролировать и фиксировать параметры листовых деталей и полотнищ с высокой степенью точности.

Ключевые слова: точность, тахеометр 3Та5Р6, оптико-электронный прибор, плоские полотнища судна.

The problems of precision manufacturing and installation of hull structures in shipbuilding are considered. It is stated that the accuracy of the assembly and manufacture of hull structures largely determines the amount of fitting works at all stages of the construction of a vessel, which share now accounts for 40% of the complexity of the assembly. The existing measurement methods and the actual accuracy of manufacturing plate details are analyzed. There have been given the data of statistical studies of actual accuracy of manufacture of body parts taken by S. V. Vasyunin and

I. N. Stogov, as the bulk of fitting works in the manufacture of structures related to the magnitude of the gap between the abutting edges of sheet parts. The technique of measurement of flat panels using tacheometer 3Ta5R6, which allows monitoring and recording the settings of plate metal details and panels with high accuracy is presented.

Key words: accuracy, tacheometer 3Ta5P6, optoelectronic devices, flat details of a vessel.

Введение

Развитие российского судостроения связано с постройкой новых типов судов, обеспечением их конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках, повышением производительности труда. Успешное решение этих задач в значительной степени определяется состоянием судокорпусных видов производства, на долю которых приходится в среднем до 40-45 % общей трудоемкости постройки судна. Именно поэтому повышение технического уровня этих видов производств имеет большое значение для судостроения в целом.

Расширение области применения в судовом корпусостроении новых информационных технологий открывает широкие возможности в моделировании производственных процессов изготовления, в частности в моделировании точности постройки корпуса судна на основе его

размерно-технологического анализа. Несомненна взаимосвязь проблемы обеспечения точности с методами и средствами измерений при выполнении разметочно-проверочных работ при строительстве судов. Эти работы базируются на линейных и угловых измерениях, их целью является получение достоверной информации о геометрических параметрах судовых корпусных конструкций и корпуса судна в целом.

Точность монтажа и изготовления корпусных конструкций является важной проблемой развития технологии судостроения. Она в значительной степени определяет объем пригоночных работ на всех стадиях постройки судна, на долю которых в настоящее время приходится 40 % трудоемкости сборки. Практика постройки корпусов судов показывает, что в значительной степени наличие пригоночных работ связано с недостаточной точностью традиционно применяемых в судостроении средств измерений, таких как металлические рулетки, шнуровые отвесы, шланговые уровни и др. Существенному повышению точности измерений способствовало использование оптических и лазерных приборов, которые позволяют производить не только угловые, но и линейные измерения, способствуют повышению точности измерений, обеспечивают первоначальную обработку результатов на месте измерений благодаря наличию встроенного вычислительного устройства и создают предпосылки для разработки автоматизированных вычислительных систем.

Пригоночные работы при изготовлении и монтаже корпусных конструкций требуют ручного, главным образом тяжелого физического труда, снижают его производительность и затрудняют механизацию производственных процессов. Таким образом, проблема обеспечения точности в судовом корпусостроении носит весьма актуальный характер.

Анализ существующих методов измерений

В большинстве случаев измерения выполняют с применением стандартных штриховых мер длины (рулетки, щупы, штангенинструменты и микрометрические инструменты). При использовании штриховых мер имеют место следующие основные погрешности: инструментальная (погрешность меры длины), погрешность от внешних влияний (от неправильного учета температуры, натяжения и провеса меры длины, от неровности предмета измерения) и от неправильного расположения мер длины (перекос меры, погрешность отсчета, совмещения и проектирования начальной и конечной точек измерения. В табл. 1 рассмотрены несколько вариантов измерений линейных размеров с помощью металлической рулетки и получаемые при этом суммарные погрешности.

Таблица 1

Определение суммарной случайной погрешности измерения с помощью металлической рулетки

Способ измерения Погрешности Ді, ± мм, при измерении длины, м

Погрешность меры длины М,, м

Рулетка 2-го класса 0,35 0,95 1,67 2,45 3,16 7,67

Рулетка 3-го класса 0,45 1,25 2,22 3,25 4,25 10,25

Компанированная рулетка 0,015 0,055 0,15 0,16 0,25 0,55

Погрешность натяжения, Ді, Н

Натяжение не учитывается 0,058 0,291 0,575 0,862 1,141 4,735

Натяжение отличается от нормального не более чем на 9,8 Н 0,019 0,11 0,195 0,293 0,387 0,96

Сопоставление данных табл. 1 с допускаемыми по ОСТ 5 [1] погрешностями средств измерений в судовом корпусостроении показывает, что далеко не во всех точность измерений с помощью металлических рулеток соответствует требуемой.

Анализ фактической точности изготовления полотнищ

Исследованиями точности изготовления плоских полотнищ и путей сокращения пригонки при их сборке занимались многие ученые и специалисты. С. В. Васюнин [2] и И. Н. Стогов [3]

провели статистические исследования фактической точности изготовления корпусных деталей, поскольку основной объем пригоночных работ при изготовлении конструкций связан с величиной зазора между стыкуемыми кромками листовых деталей. Данные статистических исследований С. В. Васюнина и И. Н. Стогова приведены в табл. 2.

В результате исследований, выполненных С. В. Васюниным, была получена зависимость допуска на длину и ширину наиболее типичной прямоугольной листовой детали и допуска на непрямолинейность её кромки от степени взаимозаменяемости и допуска на сварочный зазор (рис. 1). Под степенью взаимозаменяемости в данном случае понимается отношение длины стыкового соединения, где без подгонки по месту получается зазор в пределах допуска, к общей длине стыкового соединения.

Таблица 2

Параметры распределения величин сварочных зазоров при сборке полотнищ

Отклонение Параметры распределения, мм

Среднее значение, X Стандарт, £

Данные С. В. Васюнина

Величина сварочного зазора при сборке полотнищ (при контроле качества изготовления деталей на участке обработки) 1,69 1,02

Величина сварочного зазора при сборке полотнищ (при контроле качества изготовления деталей на участке сборки полотен) 1,46 0,90

Величина сварочного зазора при сборке полотнищ (при отсутствии контроля качества изготовления деталей) 2,1 1,31

Данные И. Н. Стогова

Величина сварочного зазора при сборке полотнищ из деталей, вырезанных на машинах «Одесса» 2,25 0,45

Величина сварочного зазора при сборке полотнищ из деталей, вырезанных на машинах «Кристалл» 2,02 0,49

Рис. 1. Зависимость допуска на ширину

Зависимость отклонения размера полотнища от допуска на размер детали и их числа представлена на рис. 2.

14

12

10

6а =7 мм. / . 6/ 1

А'' 2^-

Рис. 2. Зависимость отклонения размера полотнища ав от допуска на ширину

И. Н. Стоговым [3] были получены уравнения зависимости объема пригоночных работ Yi от величин непрямолинейности стыкуемых кромок деталей Х1 и величин зазоров в соединениях под сборку Х2, а также уравнение множественной регрессии, устанавливающей зависимость объема пригоночных работ от совместного влияния данных факторов:

Yol = -2,4 + 11,0 Хй Yo2 = 18,5 - 2,7 Х2;

^12 = 4,6 + 10,9 Х1 - 3,4 Х2.

На основании этих зависимостей И. Н. Стоговым [3] была построена номограмма, позволяющая определять объем пригоночных работ при сборке полотнищ в зависимости от точности вырезки деталей и допусков на сварочные зазоры (рис. 3).

Объем пригоночных работ от объема сборки, %

0 10 20 30 40 50

о.

о

X

3

X

I

О

о.

го

со

I

с

о

сг

Размеры, не укладывающиеся в допуски, %

Рис. 3. Номограмма для определения объема пригоночных работ от точности вырезки деталей

Эта номограмма учитывает пригоночные работы, заключающиеся в подрубке или подрезке кромок деталей для обеспечения требуемого сварочного зазора. При этом их объем определяется отношением относительной длины участков, на которых производится подрезка или подрубка кромок, к общей длине монтажного соединения. Если воспользоваться этой номограммой и проанализировать фактические данные по прямолинейности кромок и по зазорам, полученные нами, то при сварочном зазоре 1,0 мм и точности вырезки деталей ± 3,0 мм объем пригоночных работ составит 28 % объема корпусосборочных работ (линии I, II, III) (рис. 3). По нашему мнению, эта цифра вполне соответствует реальному объему пригонки, выполняемому при сборке плоских полотнищ. Таким образом, применение современных измерительных приборов имеет существенное значение для сокращения объёма пригоночных работ.

Методика измерения плоских полотнищ с применением тахеометра 3Та5Р6

Оптико-электронный тахеометр может использоваться для измерений размеров и формы полотнищ секций (измерительная задача первой группы).

Проверяемые параметры и допускаемые отклонения. Требования к точности изготовления плоских полотнищ регламентированы отраслевым стандартом [1] и приведены в табл. 3.

Таблица 3

Допускаемые отклонения на размеры и форму полотнищ

Измерительная деталь Проверяемый параметр Допуск, мм

Плоские полотнища Длина

Размер диагоналей ±8

Отклонение кромок от прямолинейности ±2

Выбор и маркировка измеряемых точек. До измерений на поверхности проверяемого полотнища должны быть выбраны и отмечены отражательными марками измеряемые точки (рис. 4).

- точки, лежащие на кромках полотнищ или на линиях разметки, например А1, А2, А3 ..., Ап.

- точки, расположенные непосредственно на «чистых» кромках полотнищ, например Вь

^ В3, В4 ., Вп;

- другие вспомогательные точки.

Рис. 4. Схема расположения и обозначения измеряемых точек на поверхности плоского полотнища

Установка прибора и ввод локальной координатной системы координат. Выбор места установки прибора осуществляется из условия обеспечения видимости всех выбранных точек. Как правило, съемка плоского полотнища может быть выполнены с одной установки прибора. С помощью измерения положения двух или трех точек определяется локальная координатная система. Для ее построения могут быть использованы две точки, расположенные на одной из «чистых» кромок полотнища.

Выполнение измерений полотнища. Оператор должен последовательно визировать центр каждой марки, обозначающей выбранную точку полотнища, и определять с помощью прибора ее положение. Все фактические координаты измеренных точек автоматически заносятся в память регистратора данных тахеометра («электронную книгу»), которая располагает функциями расчетов расстояний, углов и площадей. Кроме того, он позволяет изменить положение локальной координатной системы. Наличие таких функций значительно упрощает обработку данных измерений и позволяет вычислить проверяемые линейные параметры полотнищ (длина, ширина, размер диагоналей и др.) прямо на месте измерений. В частности, для определения длины требуется вычислить расстояние между точками А\ и А3, А4 и А8, А5 и А7, ширины - между точками А] и А7, А2 и А6, А3 и А5, размера диагоналей - между точками А] и А5, А3 и А7 .

Для определения непрямолинейности кромки нужно через две ее точки (В] и Вп) провести плоскость, т. е. построить локальную координатную систему. Первая точка будет являться центром системы, а вторая будет находиться в плоскости XOZ. При этом координата У будет показывать отклонение всех измеренных точек кромки от прямолинейности.

Хранящиеся в регистраторе данные, как правило, передаются на персональный компьютер для их последующей обработки и представления в удобной для пользователя форме. В противном случае заранее должен быть подготовлен протокол для ручного внесения результатов измерений. Пример протокола результатов измерений показан в табл. 4.

Таблица 4

Протокол результатов измерений

Протокол результатов изме] эений

Полотнище № 10 Секция 123 Заказ 1234 Дата измерений

Проверяемый Номинальное Фактическое Разница Допуск Результат

параметры значение, мм значение, мм

Длина 8 980 8 985 +4 +5 +

8 980 8 954 +3 +5 +

8 980 8 981 +1 + 5 +

Ширина 8 980 8 980 0 + 8 +

Размер 11 820 11 825 +4 ±8 +

диагоналей 11 820 11 825 +4 ±8 +

Заключение

Трудоемкость контрольно-измерительных операций при постройке корпусов судов составляет до 30 % объема корпусосборочных работ, причем в настоящее время сопутствующие им подгоночные работы связаны с тяжелым физическим трудом. Именно поэтому внедрение новейшей измерительной техники - тахеометров - представляется целесообразным. Предлагаемая методика использования тахеометров позволяет контролировать и фиксировать параметры изготовляемых листовых деталей и полотнищ с высокой степенью точности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОСТ 5.0002-79. Допуски формы и расположения поверхностей.

2. Васюнин С. В. Исследование точности деталей, требуемой для исключения пригоночных работ при сборке конструкций корпуса судна: автореф. дис. ... канд. техн. наук / С. В. Васюнин. Л.: ЦНИИТС, 1962. 25 с.

3. Стогов И. Н. Влияние точности изготовления корпусных деталей на объем пригоночных работ при сборке узлов и секций корпусов надводных стальных судов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / И. Н. Стогов. Л.: НПО «Ритм»; ЦНИИТС, 1984. 21 с.

REFERENCES

1. OST 5.0002-79. Dopuski formy i raspolozheniia poverkhnostei [Acceptance of the forms and location of the surfaces].

2. Vasiunin S. V. Issledovanie tochnosti detalei, trebuemoi dlia iskliucheniia prigonochnykh rabot pri sborke konstruktsii korpusa sudna. Avtoreferat dis. kand. tekhn. nauk [Study of accuracies of details required for elimination of fitting works while assembling the construction of the vessel hull. Abstract of dis. cand. tech. sci.]. Leningrad, TsNIITS, 1962. 25 p.

3. Stogov I. N. Vliianie tochnosti izgotovleniia korpusnykh detalei na ob"em prigonochnykh rabot pri sborke uzlov i sektsii korpusov nadvodnykh stal'nykh sudov. Avtoreferat dis. kand. tekhn. nauk [Influence of accuracy of manufacture of hull details on the volume of fitting operations while assembling the units and sections of steel vessel hulls. Abstract of dis. cand. tech. sci.]. Leningrad, NPO «Ritm», TsNIITS, 1984. 21 p.

Статья поступила в редакцию 2.04.2014

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Воронина Надежда Павловна - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; Boronina_Nadezhda@mail.ru.

Boronina Nadezhda Pavlovna - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; Boron-ina_Nadezhda@mail.ru.

Нгуен Чунг Ань - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; astrakhan.nta58@gmail.com.

Nguyen Trung Anh - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; Boron-ina_Nadezhda@mail.ru.

Лубенко Владимир Николаевич - Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; dr_lubenko@rambler.ru.

Lubenko Vladimir Nickolaevich - Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department "Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment"; dr_lubenko@rambler.ru.