Финансовая деятельность предприятия HULY

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В инженерно-конструкторской деятельности, зачастую необходимо измерять и производить контроль ряда массогеометрических характеристик(ХГМ) какого-либо изделия, сборки. Измерения и контроль данных характеристик производится по средствам измерительных стендов, или же станков, предназначенных для контроля. Одними из важнейших массогеометрических характеристик являются:

1. Масса изделия(сборки);
2. Положение центра масс изделия(сборки);
3. Главные оси инерции изделия(сборки).

Как правило, в  технической документации к изделию или сборке, сопутствует технический паспорт, содержащий в себе значения всех основных характеристик.

Рассматривая  область Ракетно-космической техники(РКТ) и Баллистических летательных аппаратов(БЛА), поднимается вопрос о контроле выше перечисленных характеристик, т.к. данные в технический паспорт заносятся инженерами-конструкторами на основе аналитических расчетов и исследований; в действительности же эти параметры могут отличаться по ряду причин, на пример:

1. Пористость используемых сплавов;
2. Неточность геометрии деталей(заготовок) в рамках допусков;
3. Брак в изготовления изделия;
4. Брак в сборке.

В рассматриваемых  областях: РКТ и БЛА, параметры  ХГМ имеют особую значимость, т.к. испытания и использование изделий(сборок) проходят в условиях невесомости, где  отсутствуют какие-либо пары сил. Для контроля параметров ХГМ, на предприятиях, ориентированных на данный вид деятельности, используются контрольно-измерительные стенды и станки. В настоящее время большинство таких предприятий используют разработки стендов прошлых лет, преимущественно имеющих ручное управление стендом и расчетом параметров. Данный подход к решению проблемы имеет ряд недостатков:

1. Продолжительное время работ;
2. Человеческий фактор, допускающий возможность совершения ошибок в процессе проведения работ.
3. Задействование дополнительного персонала, помимо персонала проводящего измерения, для проведения расчетов.

Решение данной проблемы лежит в осуществлении  автоматизации процессов измерения  и расчетов. В результате возникает  необходимость использования электронно-вычислительных машин(ЭВМ) и соответствующего программного обеспечения, формирующего управление измерительным стендом и расчет необходимых параметров ХГМ.

Следовательно, необходимо изучить процессы измерения параметров ХГМ и методики их расчетов; основы формирования программ с использованием ЧПУ.

Данная выпускная  квалификационная работа выполняется  для предприятия «НИИ «ГЕРМЕС», основная задача которого – обеспечение решения комплексных технологических вопросов по отработке и освоению баллистических изделий морского базирования.

Целью данной выпускной  квалификационной работы является разработка прикладного программного обеспечения сденда контроля мессогеометрических характеристик изделий РКТ.

Предметом выпускной  квалификационной работы является формирование алгоритма расчета момента инерции изделия(не имеет условного обозначения)  с наивысшей возможной точностью и разработка управления измерительным стендом с использование ЭВМ.

Объектом выпускной  квалификационной работыявляется программный  продукт, реализующий расчет моментов инерции изделия РКТ.

 

1.СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ

1.1 Обзор основных методов измерения и расчета моментов инерции

 

На сегодняшний  день во всем мире признано достаточно большое количество методов измерения и расчетов моментов инерции, каких-либо тел(любых габаритов и масс). Рассмотрим основные методы измерения и расчетов.

Все методы экспериментального определения моментов инерции используют вращение с ускорением или крутильные колебания тел. Конструкции измерительных устройств можно разделить на две группы: конструкции, фиксирующие ось вращения, и конструкции, не фиксирующие ось вращения. Простой пример конструкции с фиксированной осью вращения показан на рисунке 1 из [5] .

Рис. 1 : Определение момента инерции махового колеса.

 

Здесь момент инерции махового колеса определяется по времени, за которое опустится груз, прикрепленный к тросу, намотанному на это колесо с радиусом R. Для учета диссипации измерения производят с двумя грузами разных масс M1 и M2, которые опускаются с высоты h за времена T1 и T2. Получается следующее выражение для определения момента инерции [5]:

где g - ускорение свободного падения.

В современных  устройствах такого типа исследуемое  тело закрепляется на валу электродвигателя [7] . Момент инерции определяется по работе A1 электродвигателя при разгоне до угловой скорости ω1 и по работе A2 при торможении до начальной угловой скорости ω0. При этом работа диссипативных сил при разгоне и торможении одинакова, и ее можно учесть. В результате момент инерции тела относительно оси вращения вычисляется по следующей формуле [7]:

 

 

где J - приведенный момент устройства.

Очень точным считается  метод измерения на монофилярном подвесе [2] , конструкция которого представляет из себя крутильные весы. Тело висит на упругом стержне и совершает крутильные колебания вокруг его оси .

Другой простой  способ определения моментов инерции  тел – метод физического маятника (рис. 2) . Известно расстояние r от оси вращения до центра масс тела, масса тела m и величина ускорения свободного падения g. Момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс и параллельной оси вращения, находится по формуле:

где ω - измеренная частота колебаний.

Существует  метод определения момента инерции  на качающейся платформе, рис. 7. Качающаяся платформа укреплена на валу, помещенном в подшипниках качения на неподвижном основании. С одной из параллельных валу сторон установлены одна или несколько пружин. Момент инерции тела вычисляется по формуле [2]:

где m - масса тела, d - расстояние от центра масс тела до оси платформы, l расстояние от оси платформы до пружины, J - момент инерции платформы, c - суммарная жесткость пружин, ω - измеренная частота малых колебаний платформы с телом.

К группе конструкций  с фиксированными осями относятся также раз необразные варианты подвесов на нерастяжимых тросах [3, 4] , где тросы расположены под углом друг к другу. Например, трифилярный подвес (рис. 3) и так называемые мультифилярные подвесы (рис. 5) .

Схемы измерительных  устройств могут не содержать колебательных контуров. Например в [8] , синусоидальные колебания тела на платформе производятся в одной плоскости тремя гидравлическими силовозбудителями, (рис. 5) . Масса, положение центра масс и момент инерции тела определяется исходя из измеренных датчиками сил, ускорений и смещений в точках крепления силовозбудителей к платформе. К сожалению, устройство, представленное в [8] , обеспечивает относительную погрешность определения момента инерции лишь в пределах 10%.

В качестве примера конструкции, не фиксирующей ось вращения, можно привести бифилярный подвес, в котором тросы расположены параллельно друг к другу. Если ось вращения находится далеко от центра масс тела (рис. 2 , 3, 4, 7) , то это вызывает большую погрешность при вычислении момента инерции относительно оси, проходящей через центр масс. Из теоремы Гюйгенса-Штейнера следует [25]

где ρm - радиус инерции относительно оси, проходящей через центр масс тела, ρ - радиус инерции относительно оси вращения, r - расстояние от центра масс до оси вращения. При большом r в правой части формулы возникает разность больших чисел, из-за чего относительная погрешность ρm становится большой, даже если ρ и r измерены с небольшими относительными погрешностями.

Одни конструкции  измерительных устройств имеют одну степень свободы, другие несколько, что предпочтительнее, если целью является определение всего тензора инерции тела. Чтобы вычислить тензор инерции тела, используя установку с одной степенью свободы, необходимо определить моменты инерции относительно как минимум шести осей, так как тензор инерции определяется шестью величинами. Эти величины связаны с определяемыми моментами инерции линейными уравнениями типа:

Рис 2.Физический маятник

 

Iu = Ixα2 + Iyβ2 + Izγ2  − 2Ixyαβ − 2Ixzαγ − 2Iyzβγ [25],

где Iu - момент инерции относительно оси u, α, β, γ - косинусы углов, образуемых осью u с осями Ox, Oy, Oz, Ix, Iy , Iz - осевые моменты инерции, Ixy , Ixz , Iyz - центробежные моменты инерции. Осевые и центробежные моменты инерции составляют тензор инерции тела относительно точки пересечения осей.

Можно сделать  вывод, что для определения тензора  инерции тел хорошо подошел бы метод, в котором крутильные колебания  тела происходят по нескольким степеням свободы вокруг осей, проходящих вблизи центра масс.

 

Рис.3 Трифиляный подвес

 

Рис.4 Мультифилягный подвес

 

Рис.5 Определение  момента инерции по колебаниям тела в плоскости

Рис.6 Бифиляный  подвес

 

Рис.7 Определение  момента инерции по качающейся платформе

1.2 Обоснования выбора разработки

 

Рассмотрев  несколько методов измерения  и расчета моментов инерции каких-либо изделий, можно утверждать, что все  они являются общими, не имеющими узкоспециализированной направленности, без учета особенностей объекта контроля. Исходя из этого, был сделан вывод, что описанные выше методы, не дадут необходимой точности измерений, а в последствие и расчета, что в с вою очередь может привести к неблагоприятным последствиям.

Поэтому целесообразно  было выбрать узкоспециализированный измерительный стенд и прилагающийся к нему, адаптированный, метод расчета момента инерции. Данный стенд является разработкой ОАО «НИИ«Гермес».

1.3 Постановка задачи

 

Целью данной выпускной  квалификационной работы является автоматизация  контрольно-измерительного процесса для  параметра ХГМ – моментов инерции.

Для достижения поставленной цели необходимо:

• Ознакомиться с техническим задание на стенд «СМИ-автомат»;
• Ознакомиться с технологической инструкцией для стенда «СМИ-автомат»;
• Ознакомиться с методикой расчета моментов инерции по показаниям стенда «СМИ-автомат»;
• Провести анализ стенда;
• Произвести подбор необходимого для автоматизации оборудования;
• Разработать программное обеспечение;
• Провести анализ полученных результатов расчета;
• Исследовать необходимость внедрения программного обеспечения.
• Разработать инструкцию для пользователя;
• Разработать инструкцию для программиста
• Рассчитать экономические показатели;

Для функционирования программного обеспечения необходимо наличие операционной системы Windows XP SP3 или более поздних версий, должна быть установлена программная платформа Microsoft.NET Framework 2.0.

Исходные коды программ должны быть разработаны в интегрированной  среде C++ Builder 6.

Выводы по разделу один

 

В данном разделе были описаны основные методы измерений и расчетов моментов инерции, и выявлены их недостатки.

Была поставлена задача на выпускную  квалификационную работу и определена цель: автоматизация контрольно-измерительного процесса для параметра ХГМ – моментов инерции.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Orne D., Schmitz T. Analysis of a Platform for Measuring Moments and Products of Inertia of Large Vehicles //Journal of dynamic systems, measurement and control, №2, 1998.
2. Ashley S. Testing vehicle inertia //Mechanical Engineering, №117, 1995.
3. Мещерский И.В. Сборник задач по теоретической механие. М.: «Наука». Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. 480 с.
4. Мельников В. Г. Синтез и исследование нелинейных систем управления для параметрической идентификации тензоров инерции тел. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук, С .-Петербург, 2001 .
5. Hecker F. , Hahn H. Mathematical Modeling and Parameter Identification of a Planar Servo-Pneumatic Test Facility //Nonlinear Dynamics. 1997. №14,       С . 269-277.
6. Маркеев А . П. Теоретическая механика. М . : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1 990 . 4 1 6 с.
7. ВикипедиЯ. Свободная энциклопедия. Моменты инерции. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Момент_инерции