Надежность станков на стадии проектирования можно оцени­вать по результатам обобщения статистических данных по отказам прототипов, времени восстановления узлов, интенсивности износа и времени замены инструмента, а точностную надежность - рас­четом основных погрешностей станка, их изменения по времени и оценкой влияния каждой из них на точность станка в целом.

Специфика мероприятий общемашино­строительного направления определяется работой многих узлов станков в условиях несовершенного трения: в зоне попадания струж­ки, абразивной пыли, окалины и в условиях переменных режимов, в том числе с малыми скоростями, при которых гидродинамическое трение не обеспечивается.

К наиболее важным из этих мероприятий следует отнести: от­каз от открытых пар трения и совершенствование защиты; широкое применение пар качения и гидростатических, включая подшип­ники, направляющие, пары винт — гайка и др.; широкое примене­ние закалки ТВЧ и других видов поверхностных упрочнений; при­менение материалов, обладающих необходимой износостойкостью и сопротивлением заеданию в условиях

несовершенного трения и за­грязненной смазки; применение новых полимерных материалов, в частности, для направляющих — материалов на основе фтороплас­та 4 (с наполнителем бронзой, дисульфидом молибдена и др.), ком­позиционных быстротвердеющих материалов на основе эпоксидных смол и др.

Мероприятия по повышению точностной надежности вытекают из перечисленных выше факторов, определяющих эту надежность. Для уменьшения влияния износа на точностную надежность и дол­говечность станков применяют предварительный натяг; компенса­цию и самокомпенсацию износа; направление вектора смещений при износе и деформаций в сторону, мало влияющую на точность (оп­тимизация форм трущихся пар); перенос износа на детали или по­верхности, мало влияющие на точность (введение отдельного меха­низма подачи для нарезания резьбы, отдельных направляющих для задней бабки и т. д.).

Мероприятия но повышению надежности автоматизированного производства: оптимизация структуры автоматических линий и автоматизированных участков; включение автоматизированных уст­ройств контроля и измерения точности обработки деталей; примене­ние научно обоснованных методик приемо-сдаточных испытаний по параметрам надежности и производительности; внедрение сис­тем сбора и анализа отказов по сигналам от операторов; применение автоматизированной диагностики причин отказов и технического состояния станков с ЧПУ автоматизированных участков и др.

Оценка конструкции и работоспособности деталей и узлов станков по критериям точности, жесткости, теплостойкости, виброустойчивости, статической прочности может быть произведе­на в основном в процессе кратковременных (приемочных, лабора­торных) испытаний. Для определения надежности по критериям износостойкости, усталостной прочности, а также по ударной прочности в связи с перегрузками необходимы длительные эксплуа­тационные испытания или наблюдения.

Окончательная оценка надежности машин производится по ре­зультатам эксплуатационных наблюдений станкозавода в сотрудни­честве и на площадях заводов-потребителей станков. Учитывая пе­ременность условий работы станков, для получения достоверных результатов необходимо охватить наблюдениями достаточно боль­шое количество станков данной модели, работающих на нескольких заводах. Наблюдения должны производиться периодически через каждые три-четыре месяца работы станков сотрудниками групп на­дежности станкозаводов. К наблюдениям для фиксации отказов и простоя станка привлекают рабочих, обслуживающих станок.

Ускоренные испытания проводят в форсированных условиях. При этом наиболее важные узлы испытывают отдельно, а затем вместе со станком. По такой методике проводит контрольные испытания на надежность станков с ЧПУ фирма Moog Ltd (США). Механизм смены

инструмента, работающий с циклом 8 с, испытыва­ют непрерывно 5 ч, в течение которых позиционирование проис­ходит около 600 раз, и т. д. Общее время испытаний каждого стан­ка от начала монтажа до отгрузки потребителю составляет 100 ч. [1]

2.                     Надежность промышленных роботов

Серийное изготовление про­мышленных роботов в стране начато в конце шестидесятых годов. Их выпуск как у нас, так и за рубежом постоянно наращивается.

Непрерывно расширяются области применения роботов. Их ис­пользуют для перемещения деталей и заготовок, для установки заго­товок на станках и снятия готовых деталей. Широкие и перспектив­ные области применения — технологические процессы, неблаго­приятные для здоровья человека: окраска, сварка, литье и др. Кроме того роботы просто необходимо применять в тех областях, где присутствие человека ненужно или даже вредно (например, сборка микропроцессоров и других комплектующих персональных компьютеров). С по­вышением точности позиционирования осваивается использование роботов для процессов сборки, для механической обработки деталей. Например, роботы серии D-1000 фирмы Elac Ingenieurtechnic отличаются высокой жесткостью и возможностью восприни­мать внешние нагрузки, фиксируя положения осей после позицио­нирования с помощью механических тормозов. Это позволяет ис­пользовать роботы со сверлильными и фрезерными устройствами.

В роботах грузоподъемностью до 20 кг расширяется применение электропривода, преимущества которого по сравнению с гидро­приводом следующие: отсутствие утечек масла, малое подготови­тельное время (не нужен разогрев масла до рабочей температуры для точных работ), простота изготовления. Пневмопривод применяют главным образом в роботах, в которых перемещения рабочих орга­нов задаются жесткими, в большинстве случаев переналаживаемы­ми упорами (цикловая система управления).

В роботах значительной грузоподъемности преимущественно применяют гидропривод.

Конструктивные тенденции роботов: развитие модульных конст­рукций как роботов в целом, так и их сборочных единиц; расшире­ние применения электромеханических роботов с волновыми переда­чами, обеспечение выборки зазоров.

Роботы стремятся встраивать в гибкие автоматизированные ком­плексы, позволяющие автоматизировать серийное и мелкосерийное производство. Такие комплексы, как известно, включают технологическое оборудование (станки, прессы, роботы-перекладчики, уста­новочные роботы и т. д.), транспортные системы (конвейеры, тран­спортные роботы и т. д.), автоматизированные склады с кранамн-штабелерами. В этих системах удается организовать двух- и трех­сменную работу оборудования при высокой степени использования его машинного времени и ограниченном количестве обслуживаю­щего персонала. Чтобы добиться этого, от роботов требуется высо­кая надежность в интервалах времени между обслуживаниями.

Таким образом, для роботостроения характерно наращивание темпов выпуска вместе с повышением требований к точности, жест­кости и надежности роботов.

Роботы относятся к восстанав­ливаемым изделиям. Поэтому их надежность характеризуют сле­дующие основные показатели: средняя наработка на отказ, среднее время восстановления работоспособного состояния, срок службы до капитального ремонта.

Для отечественных роботов выпуска 1975—1982 гг. средняя наработка на отказ при цикловой системе управления составляла 400 ч, при позиционной системе управления — до 200. . .250 ч. [1] Для зарубежных роботов эти данные в литературе, как правило, отсутствуют.

Данных по среднему времени восстановления накоплено мало. Для робота «Универсал-50М» оно составляет около 40 мин.

Срок службы до капитального ремонта для роботов соответству­ет аналогичному показателю для станков. За рубежом вместо этого показателя используют расчетный срок службы, который для луч­ших роботов равен 20. . .40 тыс. ч, что при двухсменной работе со­ставляет 4. . .8 лет).

Отказы роботов могут быть разделены на три группы :

1) выз­ванные нарушением технологии изготовления отдельных элементов (дефекты зубчатых колес, утечка масла из соединений, люфт в меха­низмах, недостаточная точность изготовления направляющих ка­чения),

2) вызванные дефектами комплектующих изделий (пропада­ние контакта в цепи датчиков, самопроизвольное движение золот­ников гидроусилитетей и т. д.),

3) вызванные конструктивными не­достатками: отвинчивание стопорных гаек и ослабление затяжки резьбовых соединений, ненадежное крепление деталей, большое вре­мя прогрева масла и др., а также сбои (самопроизвольные остановки в точках позиционирования), связанные с нежесткой характеристи­кой привода в районе точки позиционирования. Отказы третьей группы обычно превалируют. Поэтому по мере отработки конструк­ции наработка на отказ повышается. Считается, что в среднем еже­годно она растет на 40%.

Чтобы повысить износостойкость и контактную прочность сопряжений, ограничивающих долговечность роботов, закаливают рабочие поверхности: втулок и валов, направ­ляющих качения, деталей передач винт—гайка качения и зубьев зубчатых колес. Для исключения попадания абразива в зону тре­ния предусматривают защитные устройства: телескопические щитки, растяжные гармошкообразные меха, защитные ленты и кожу­хи, манжетные уплотнения.

Износ также снижают исключением вредных нагрузок на опоры путем устранения статистической неопределимости систем. Так, мо­дули горизонтального и вертикального перемещений часто выпол­няют на шариковых направляющих. При этом конструкция имеет обычно три шариковых втулки, две из которых расположены на одном валу — основном, а одна — на другом — реактивном, вос­принимающем крутящий момент. Для этого вала предусматривают возможность радиального смещения его опор при монтаже, чтобы обеспечить параллельность валов.

К электродвигателям роботов и станков с ЧПУ предъявляются повышенные требования к величине момента, скорости разгона и остановки при минимальных габаритах и массе двигателя. Этим тре­бованиям удовлетворяют высокомоментные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. Лучшие параметры имеют двигате­ли с магнитами из редкоземельных материалов на основе самарий-кобальта. В двигателях выделяется значительное количество тепло­ты, которая часто не успевает отводиться из-за низкой скорости вращения вала. По этой причине в двигателях с плоским якорем из стеклотекстолита, на котором нанесена печатная обмотка, якорь иногда коробится. Возможны также отказы, связанные с пробоем изоляции и старением смазки. Чтобы отвести от электродвигателей большие потоки теплоты, в них возможно встраивать тепловые тру­бы

 В процессе приемосдаточных испытаний для выяв­ления степени возможности появления функциональных отказов оценивают жесткость характеристики привода и люфт.

Чтобы оценить жесткость характеристик, до стыковки системы управления привода с манипулятором на электродвигатели манипу­лятора подают пониженное напряжение (0,05. . .0,1 от номинально­го) и измеряют ток. при котором происходит трогание и устойчивое движение по всем координатам. Если ток значительно меньше но­минального (например, 20%), то механическую характеристику считают жесткой.

Суммарный люфт кинематической и измерительной цепей изме­ряют, зажав в схват манипулятора иглу и груз, близкий к номиналь­ному. В рабочей зоне манипулятора закрепляют на технологиче­ской стойке экран с миллиметровой бумагой. Устанавливают иглу с грузом в точке позиционирования. По шкале миллиамперметра выставляют «ноль» с помощью регулировочного потенциометра. Вручную смещают иглу и схват по всем координатам до величин, при которых стрелка миллиамперметра начинает давать показания. Суммарный люфт иглы не должен превышать погрешности позицио­нирования, указанной в технических условиях

Для роботов обычно предусматривают проведение приработки с номинальным грузом, совмещая ее с приемосдаточными испыта­ниями. Время приработки в основном составляет 25. . .100 ч. [1]

Испытания на надежность обычно проводят на двух, трех экземп­лярах роботов из партии. На стадии испытаний опытных образцов или установочной партии проводят определительные, а при изготовлении серийной продукции — контрольные испытания на надежность. Периодичность контрольных испытаний обычно раз в два-три года. Для сокращения объема испытаний их проводят последовательным методом.

Вывод

Поскольку уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям, мы должны стремиться достичь высокой надежности технических средств, применяемых в технологическом процессе.

Но невозможно достичь высокой надежности и долговечности с непрогрессивным рабочим процессом и несовершенной схемой или несовершенными механизмами.

Поэтому первым направлением повышения надежности является обеспечение необходимого технического уровня изделий.

Кроме этого следует применять агрегаты с высокой надежностью и долговечностью, которые обеспечиваются самой природой, т.е. быстроходных агрегатов без механический передач, например, на электростанциях, агрегатов и деталей, работающих на чистом жидкостном трении или без механического контакта (электрическое торможение, бесконтактное электрическое управление); деталей, работающих при напряжениях ниже пределов выносливости, и др.

Также нужно использовать детали и механизмы, самоподдерживающие работоспособность: самоустанавливающихся, самоприрабатывающихся, самосмазывающихся, самонастраивающихся и самоуправляющихся системах.

Необходимо отметить, что переход на изготовление машин по строго регламентированной технологии заключает в себе резерв повышения надежности.

Этап конструирования системы является очень важным, поскольку на нем закладывается уровень надежности систем безопасности. При конструировании и проектировании следует ориентироваться на простые структуры, имеющие наименьшее количество элементов, поскольку сокращение количества элементов является существенной мерой повышения надежности.

Но уменьшение количества элементов не следует противопоставлять резервированию, как эффективному способу повышения надежности, но приводящему, на первый взгляд, к завышенному количеству элементов конструкции. Очевидно, что следует принимать компромиссное решение между необходимостью сокращения количества элементов и применением резервирования наименее надежных элементов. [2]

Библиографический список

1.     Решетов Д.Н, Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. М. 1988.

Карпенко В.А., Васютенко А.П., Севриков В.В. Приводы измерительных приборов и автоматов и их надежность.

Страницы: 1, 2