При разработке пространственной компоновки большинства сложно структурированных технических объектов, к которым в полной мере может быть отнесена роторно-многоярусная машина для сборки резьбовых соединений, возникают существенные трудности как в математическом описании сложных объемных компонуемых частей и самой компоновки в целом, так и в поиске методов рационального размещения этих частей в пространстве [1]. Построение формальной модели такой задачи требует декомпозиции и упрощений. Настоятельная необходимость количественной оценки качества компоновок технологических систем на ранних этапах проектирования требует разработки и использования методов численного анализа компоновок, например, путем сравнения производственных объемов, которые занимают роторная [2, 3], многоярусная [4] и роторно-многоярусная машины.

Технологическое пространство, занимаемое сборочной машиной, характеризуется объемом ее компоновки [5]. В данном случае был выбран объем куба, в который «вписаны» все составные части сборочной машины.

Для упрощения вычислений были введены некоторые допущения. Радиус технологического ротора принят равным радиусу транспортного ротора, объем инструментального блока считался постоянным для всех трех компоновок сборочных машин, высота инструментального блока - hб, а радиус - rб. В свою очередь предполагалось, что высота сборочного блока находится в следующей зависимости от его радиуса    . Объем параллелепипеда определялся по известной формуле    .

Таким образом, главной задачей при расчете объема технологического пространства, занимаемого роторной сборочной машиной, является поиск величин L, B, H, которые можно определить через радиус роторов и схему расположения инструментальных блоков.

Особенностью сборки резьбовых соединений на многоярусной машине является расположение технологических и транспортных роторов ярусами и горизонтальное расположение инструментального блока [4]. Эти отличия приводят к изменению габаритных размеров компоновки. Параметры L и B имеют одинаковые значения, зависящие от высоты инструментального блока hб и размеров лотков-магазинов, по которым осуществляется перемещения деталей и узлов от яруса к ярусу.

При формировании длины L и ширины B компоновки определяющим является размер hб, поэтому все остальные составляющие выражены как часть высоты инструментального блока hб.. Полные расчеты объема технологического пространства, занимаемое сборочной многоярусной машиной для резьбовых соединений выполнены на основе принципов математического моделирования путем создания программного файла в пакете MathCAD.

Модель компоновки роторно-многоярусной сборочной машины для резьбового соединения представлена на рисунке 1.

С целью сравнения объемов, занимаемых данной машиной, и машинами, представленными в предыдущих вариантах, был проведен анализ их объемных моделей, поскольку усовершенствование конструкции роторно-многоярусной машины, путем изменения расположения технологических и транспортных роторов, а также инструментальных блоков должно приводить к сокращению объема производственного пространства.

Необходимо отметить, что расположение транспортных роторов в конструкции роторно-многоярусной машины, как указано на рисунке 1, позволяет значительно сократить такие габаритные размеры как L и B. Цепь их составляющих, по сравнению с роторной машиной теперь гораздо короче. А высота роторно-многоярусной машины состоит из высоты трех ярусов, высоты привода и некоторой дополнительной величины, учитывающей конструктивные особенности машины. Величина объема технологического пространства, занимаемого сборочной роторно-многоярусной машиной для резьбовых соединений рассчитана также в MathCAD 2000.

Допустим радиус инструментального блока равен некоторой условной единице, т.е. rб=1, тогда объемы каждой компоновки по расчетам программы, написанной в пакете MathCAD будут равны:
- для роторной сборочной машины,
- для многоярусной сборочной машины,
- для роторно-многоярусной сборочной машины.

Полученные результаты представлены на рисунке 2 в виде ступенчатой диаграммы.

Рис. 2. Объемы компоновок сборочных машин при rб=1

Соотношение объемов сборочных машин будет иметь вид

Расчеты произведены в пакете MathCAD и для rб=1 эти величины будут следующими: а=1,13, b=1,089 и с=1,038. Это означает, что объем компоновки роторной сборочной машины в 1,13 раз больше чем объем компоновки роторно-многоярусной сборочной машины, в свою очередь объем компоновки многоярусной сборочной машины больше чем объем компоновки роторно-многоярусной сборочной машины в 1,089 раз и объем компоновки роторной сборочной машины больше чем объем компоновки многоярусной сборочной машины в 1,038 раз (рисунок 3).

Рис. 3. Соотношение объемов сборочных машин

Анализируя формулы для расчета объемов технологического пространства компоновок сборочных машин, полученных в пакете MathCAD, можно отметить, что при принятых соотношениях всех составляющих в этих формулах, а именно, длины, ширины и высоты параллелепипеда, в который «вписаны» все составные части сборочных машин, объем зависит от значения величины радиуса инструментального блока rб. Кривые, изображенные на рисунке 4, позволяют исследовать зависимость объемов каждой сборочной машины от величины радиуса инструментального блока rб.

Рис.4. Зависимости объемов компоновок сборочных машин от величины радиуса инструментального блока

Приведенный график показывает, что при любых значениях радиуса инструментального блока rб, объем компоновки роторно-многоярусной сборочной машины меньше на величину объемов компоновки других сборочных машин, следовательно, предлагаемая роторно-многоярусная машина позволяет экономить технологическое пространство и является менее материалоемкой, по сравнению с аналогичными машинами.

Список литературы: 1. Михайлов А. Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия. - Донецк, 2002. - 379с. 2. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация на базе роторных линий. Изд-во 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1972 - 351 с. 3. Клусов И.А. Технологические системы роторных машин. — М.: Машиностроение, 1976 — 231 с. 4. Шерешевский Н. И. Анализ и синтез многоярусной сборки. — М.: Машиностроение, 1971. — 248с. 5. Пермяков А. А. Выбор вариантов компоновки агрегатного станка на основе комплексного показателя компактности.//Вестник ХГПУ – Харьков: ХПГУ, 2002. – Вып.118. – С. 28-30. Сдано в редакцию 20.01.2003 Рекомендовано д.т.н., проф. Шевченко Ф.Л.

Водолазская Н.В., Чернышёв Е.А. Анализ объёмных моделей технологических сборочных машин для резьбовых соединений. Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов - Донецк: ДонНТУ, 2003. Вып. 24. - 178 с.