CC BY
31
К. Н. Сахно
ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ КООРДИНАТНЫХ РАЗМЕРОВ ТРУБ СЛОЖНЫХ СУДОВЫ1Х ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Общая характеристика работы [1, 2]. При создании сложных технологических комплексов, имеющих в своей конструкции многочисленные системы трубопроводов, особую актуальность получили вопросы, связанные с сокращением сроков строительства и повышением производительности трубопроводных работ. Одной из главных проблем является обеспечение достоверности проектной информации для изготовления и монтажа отдельных труб, в частности необходимость учета точности изготовления труб на стадии проектирования. В данной работе на примере судовых трубопроводов исследуется влияние погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб.
Современное судно представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из различного вида оборудования, механизмов и других конструкций, для обеспечения работы которых служат системы трубопроводов. На современном среднем рыбопромысловом судне с функциями рыбообработки (тип «Моряна», пр. 12911) размещается более 5 тыс. труб из материалов 10 марок, 60-ти типоразмеров с диапазоном диаметров от 14 до 219 мм.
Появление новых многофункциональных типов судов, усложнение применяемого оборудования влекут за собой увеличение количества труб различной конфигурации, которые необходимо компактно размещать на судне. Форма и размеры отдельных труб, необходимые для их изготовления, определяются пространственным расположением всего трубопровода. Традиционная технология и организация постройки судна предусматривает определение пространственного расположения трубопроводов «по месту» на строящемся объекте, с учетом размещения смежного оборудования, электротрасс и трубопроводов других систем. При этом точность обеспечивается за счет большого объема пригоночных работ, связанных с изменением размеров отдельных элементов труб, сборкой их с большим количеством дополнительных ручных операций «по месту».
За последние 30 лет трудоемкость всех трубопроводных работ (изготовление и монтаж на судне) выросла с 5 до 10-12 % от общей трудоемкости постройки судна, а на некоторых проектах, в частности рыбопромысловых судов, - до 14-17 %.
В этих условиях одной из важнейших отраслевых тенденций современного судостроения является повышение эффективности производства путем внедрения технологии предварительного изготовления труб по проектной информации без пригонки «по месту». Наличие в проектной документации достоверной информации, достаточной для предварительного из-
готовления и монтажа отдельных труб, позволяет запараллелить работы по постройке судна и сократить сроки выполнения судостроительных заказов. Новая технология предъявляет определенные требования к процессу проектирования, который должен обеспечить точность взаимного расположения труб и оборудования, снижение трудоемкости сборочных работ, повышение качества документации по трубопроводным системам, в частности, основанное на научно обоснованных методах их проектирования.
Актуальность работы обусловливается невозможностью монтажа значительной части спроектированных труб (от 40 до 60 % - в зависимости от насыщенности объекта) вследствие окружающих помех в виде различных конструктивных элементов объекта, в том числе и смежных трубопроводов. Указанный процент труб бракуется, требуя частичной или полной переделки, связанной с выполнением комплекса трудоемких технологических операций изготовления. Одной из важных причин возникновения помех является отсутствие научно обоснованных методов определения отклонений трасс трубопроводов от заданного расположения, обусловленное недостаточным исследованием влияния суммарных погрешностей изготовления труб на точность их координатных размеров.
Цель и задачи исследования. Провести исследования и установить влияние погрешностей изготовления на отклонения координатных размеров труб:
- изучить процесс получения труб различной конфигурации и создать математическую базу для определения влияния погрешностей выполнения типовых операций изготовления на точность координатных размеров труб;
- провести экспериментальные исследования взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб;
- разработать расчетную и методическую базу для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учетом законов рассеивания суммарных погрешностей изготовления отдельных труб.
Методика исследований носит теоретико-экспериментальный характер. Решение научной задачи ищется в рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб. Используется математический аппарат аналитической геометрии, векторной алгебры, теории вероятностей и размерных цепей.
Научная новизна. Установлены аналитические зависимости, определяющие влияние точности выполнения операций резки и гибки на отклонения координатных размеров труб. Расширено представление о возможности применения теории пространственных размерных цепей при проведении размерного анализа в процессе проектирования трасс трубопроводов. Разработана методика расчетов, основанная на взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб.
Практическая ценность заключается в возможности проектирования трасс трубопроводов с заданными отклонениями координатных размеров и увеличения объема проектируемых труб до 60-70 %, обеспечивая сокращение сроков строительства и повышение производительности пу-
тем запараллеливания трубопроводных работ при формировании объекта и снижения, в среднем на 13-15 %, трудоемкости изготовления труб. Результаты исследования могут быть использованы при разработке системы CAD/CAM проектирования трубопроводов.
Основное содержание работы. В первой главе («Современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов и постановка задач исследования») рассматривается современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов.
Во второй главе («Теоретические исследования взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб») рассматривается процесс получения труб различной конфигурации и создается математическая база для определения влияния погрешностей выполнения типовых операций изготовления на точность координатных размеров труб.
Третья глава («Экспериментальные исследования влияния погрешностей изготовления на отклонения координатных размеров труб») посвящена экспериментальным исследованиям, цель которых - подтверждение гипотезы о взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб и проверка изложенных во второй главе математических соотношений.
Четвертая глава («Разработка расчетной и методической базы для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов») посвящена разработке расчетной и методической базы для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учетом законов рассеивания суммарных погрешностей изготовления отдельных труб.
В заключении подводятся итоги работы. Достигнута основная цель, связанная с исследованием взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб. Проанализировано современное состояние вопроса проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов. Рассмотрены преимущества и недостатки трассировки трубопроводов на стадии проектирования по сравнению с трассировкой «по месту». Отмечены причины недостоверности проектной информации и пути их устранения. Изучен процесс получения труб различной конфигурации и создана математическая база для определения влияния погрешностей выполнения отдельных операций изготовления на точность координатных размеров труб. Проведены экспериментальные исследования взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб. Разработана расчетная и методическая база для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учетом законов рассеивания суммарных погрешностей изготовления отдельных труб.
Решению поставленных задач способствовала идея о представлении процесса получения конфигурации трубы посредством выполнения операций продвижения, погиба, разворота и резки. Установлены аналитические зависимости, определяющие влияние точности выполнения указанных операций на отклонения координатных размеров труб. Расширено представление о возможности применения теории пространственных размерных цепей при проведении размерного анализа в процессе проектирования трасс трубопроводов. Разработанный по результатам исследований ме-
тод расчета, основанный на взаимосвязи конфигурации и отклонений координатных размеров труб, позволяет проектировать трассы трубопроводов с заданными отклонениями и увеличить объем проектируемых труб до 60-70 %. Увеличение объема проектируемых труб обеспечивает сокращение сроков строительства и повышение производительности путем запараллеливания трубопроводных работ при формировании объекта и снижения в среднем на 13-15 % трудоемкости изготовления труб. Результаты исследования могут быть использованы при разработке системы CAD/CAM проектирования трубопроводов и открывают возможность: расположения трубопроводов с учетом научно обоснованных предельных отклонений и обеспечения заданных требований трассировки; совершенствования технологии изготовления труб по проектной информации с целью увеличения объема предварительно изготавливаемых труб без пригонки «по месту».
Результаты разработки применимы при проектировании трасс трубопроводов независимо от их функционального назначения.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Сахно К. Н. Исследование влияния погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб сложных судовых технологических комплексов: Дис. ... канд. техн. наук. - СПб.: СПбГМТУ, 2000.
2. Сахно К. Н. Исследование влияния погрешностей изготовления на точность координатных размеров труб сложных судовых технологических комплексов: Автореф. дис.. канд. техн. наук. - СПб.: СПбГМТУ, 2000.
