книги из ГПНТБ / Бронский, А. И. Основы выбора конструкций корпуса судна

системы, состоящие из большого числа узлов, деталей и элементов. Иначе говоря, простейшие размерные цепи входят в состав более

длины листов, сварочные зазоры, усадки швов при сварке, расстоя­

Исходя из определения размерной цепи, в самом общем виде величину замыкающего звена можно представить линейной функ­ цией составляющих звеньев

чайных величин составляющих звеньев подчиняется нормальному закону, по крайней мере в области максимума плотности вероят­ ности, которая имеет наиболее важное значение в теории размер ­ ных цепей. Изложенные соображения подтверждаются результа­ тами экспериментальных исследований точности изготовления и сборки корпусных конструкций [31].

Передаточные отношения в линейных размерных цепях, имею­

бречь фактическим случайным характером передаточных отноше­

40

нии известных положении теории вероятностей его величина рас­ пределена по закону, близкому к нормальному. Числовые характе ­ ристики з а м ы к а ю щ е г о звена определяются в ы р а ж е н и я м и :

среднее значение

разработана А. П. Соколовским [90] применительно к машинострое­

специфика отрасли как при проектировании, так и при постройке судов.

судне (основная, диаметральная, плоскость мидель - шпангоута), ли­ нии которых, как правило, нанесены на конструкциях. Кроме того, основной процесс соединения деталей в конструкциях корпуса — сварка — вызывает изменение размеров и конфигурации деталей и узлов, что необходимо учитывать при размерном анализе путем

ном случае изыскивать наиболее эффективные меры для достиже­ ния максимальной точности при заданной оптимальной технологи­ ческой последовательности сборки корпусных конструкций и имею­ щемся измерительном инструменте. В а ж н о е значение имеет при этом обозначение размеров на чертежах [89], от которых во многом зависит окончательная точность конструкции. Поэтому при разра ­

41

n = m i n . В качестве примера на рис. 10, а приведен вариант коорди­ нирования выреза в платформе с целью исключить опасную (сточки зрения прочности корпуса) близость кромки выреза к промежуточ­ ному шпангоуту. Однако этот вариант неудачен, так как для разме ­ щения скоб-трапа строго по оси выреза и приварки его деталей в секции переборки (т. е. до сборки с секцией платформы и про­ верки правильности взаимного расположения выреза и трапа) не­ обходима трудоемкая плазовая разметка как выреза, так и скобтрапа . В размерную цепь входит много звеньев (полушироты плат-

между переборкой и промежуточным шпангоутом по длине судна, высота сечения профиля шпангоута в плоскости платформы, сва­

к несчастному случаю либо потребует дополнительных работ по исправлению недопустимых расхождений в координатах (вплоть до снятия и повторной приварки скоб - трапа) . В рассматриваемом случае наиболее правильным будет координирование выреза и скоб-трапа непосредственно общим линейным размером (рис. 10,6), что исключает существенные ошибки и снижает трудоемкость раз­ меточных работ.

2. Р а з м е р между координируемым элементом конструкции и базой, по отношению к которой выполняется замер, должен быть минимально возможным, т. е. д л я координирования следует выби­ рать ближайшую базу. Это обеспечивает снижение абсолютной

42

обеспечиваются необходимые проходы между установленным обо­ рудованием. Неточности плазовой разметки изготовления бортовых секций и установки щита могут привести (и часто приводят) к ошибкам, требующим подрубки и подгонки по месту, а иногда и

43

Вероятность нахождения в заданных пределах случайной вели­ чины х, распределенной по нормальному закону, определяется вы­ ражением

Рис. 12. Координирование панели для крепления электроаппара­ туры: а — неправильно; б — правильно.

/ — бортовое перекрытие; 2 — панель.

Соответственно вероятность выхода случайной величины за пре­

Связь между значениями k, Рц и Р показана на рис. 13.

Если задаться определенной предельно допустимой вероятно­ стью Рдоп выхода случайной величины за некоторые пределы Д, то

44

Эта формула соответствует допуска относительно среднего щего звена. При систематиче­ ских ошибках тс формула (1.16) принимает вид

Po = <t>*!rf + k)

что принципиально не меняет характера расчетов, но не­ сколько увеличивает их трудо­ емкость.

На основании (1.15) и (1.18) можно получить выражение, связывающее допуски замы ­ кающего и составляющих звеньев размерной цепи

значать с учетом реальных возможностей технологических процес­ сов. Поэтому в литературе введено понятие экономической степени точности [16], под которой понимается средняя достижимая точ­ ность изготовления и сборки, определяемая исходя из непосред­ ственных наблюдений за выполнением операций и их статистиче­ ской обработки.

Так, действующие нормативы устанавливают допускаемые сум­ марные отклонения от прямолинейности продольных кромок листов шириной до 3 м ± 2 мм. Фактические отклонения, найденные по ре-

45

з у л ь т а т ам статистической обработки замеров при газовой резке по копир-щитам иа различных заводах, характеризуются следующими величинами:

95—97%. При газовой резке на стационарных газорезательных ма­ шинах с фотокопировальным или программным управлением до­ пуск на отклонение от прямолинейности ± 2 мм соответствует рас­ четной гарантии отсутствия недопустимых отклонений не менее 99%- Следует отметить, что при сборке и сварке полотнищ из ли­ стов, прямолинейность кромок которых находится в пределах до­ пуска ± 2 мм, пригоночные работы не исключаются, а фактический объем их достаточно высок (10—20%). Это объясняется тем, что большое влияние на величину отклонений размеров полотнищ и на прямолинейность их кромок (в том числе и на отклонение вели­ чины угла м е ж д у поперечными и продольными кромками полот­ нища) оказывает точность размеров листов, что приводит к допол­ нительному увеличению зазоров и росту объема пригонки.

Приведенное определение экономической степени точности фак ­ тически характеризует лишь технологическую точность, соответ­ ствующую данному уровню технологии и организации производ­ ства, в том числе принятым объему и методам контроля. Так, ста­

точности (среднее квадратичное отклонение ширины листов снизи­ лось примерно вдвое, с а ~ 2 , 5 мм до а « 1,3-^-1,35 м м ) .

Поэтому при нормировании точности всех звеньев необходимо учитывать не только достигнутые технологические показатели, но и экономические последствия выхода размера за пределы поля до­ пусков (объем и трудоемкость контроля, возможность и стоимость

детали (конструкции), при которой затраты на создание закончен­ ного изделия, включающего эту деталь, будут минимальными. От­ сюда следует, что чем выше удельное значение ручного труда в об­ щей трудоемкости технологического процесса, тем менее жесткими

46

д о л ж н ы быть допуски. Улучшение экономических показателей кон­ струкции и сокращение объема ручных операций может быть до­ стигнуто путем повышения точности при механизированной обра­ ботке деталей и обоснованного уменьшения требуемой точности сборочных операций, особенно стапельных.

Большинство конструктивных допусков на размерения судна, размеры отсеков, деформации и др . задается в соответствии с на­ копленным опытом производства. Однако во многих случаях эти допуски не имели достаточных практических и научных обоснова­ ний, так как на практике деформации иногда значительно превы­ шали нормативные допуски без заметного снижения надежности конструкций. Кроме того, известны серьезные повреждения при от­ клонениях от номинальных размеров и конфигурации, близких к допускаемым .

Назначение норм допусков, особенно для размерных цепей, оп­ ределяющих соединение секций при сборке судна, является важной и сложной задачей . Пути решения этой задачи можно наметить ис­ ходя из общей схемы оптимального проектирования и анализа функционального назначения конструкции.

допусков учитывался только качественно, без каких-либо количе­ ственных оценок влияния отклонений размеров на прочность и жесткость конструкций.

Исследования изменений прочностных характеристик корпусных конструкций в зависимости от неточностей и ошибок сборочно-сва- рочных работ начали проводиться сравнительно недавно, и резуль­ таты получены лишь д л я ограниченного количества узлов.

Так, в Горьковском политехническом институте проведено экспе­ риментальное исследование [98] предельной прочности ветви шпан­ гоута, разрезанной на палубе (аналогично узлу, использованному

испытаний показали, что смещение стенки в пределах ее толщины практически не влияет на несущую способность шпангоута, а сме­ щение деталей поясков существенно снижает р а з р у ш а ю щ и й изги­ бающий момент (при смещении на 0,5 толщины пояска момент уменьшается примерно на 5%, при смещении на толщину пояска — на 14%). М о ж н о ожидать еще большее снижение усталостной прочности узла при переменном характере нагружения вследствие дополнительного влияния неизбежных дефектов сварных швов.

47

Известны теоретические и экспериментальные исследования ус­ талостной прочности [1] крестообразных сварных тавровых соеди­ нений, которые выполнены с применением двухскосной разделки

Рис. 14. Изменение пределов усталости конструкций в зави­ симости от величины технологических смещений,

48

ванных малых образцов и упрощенных конструктивных узлов при близких к отнулевым циклах нагружения и базе испытаний 2 - Ю 6 циклов. Пределы усталости образцов, отнесенные к их значениям при нулевом смещении, приведены на рис. 14. Величина смещения существенно влияет на усталостную прочность конструкций, при 1 чем прочность изолированных малых образцов с увеличением сме­ щения падает в большей степени, чем прочность реальных кон­ структивных узлов корпуса.

Авторы исследования [1] делают вывод о достаточной усталостной прочности узлов при смещениях, доходящих до толщины соеди­ няемых деталей, т. е. вдвое превосходящих существующие допуски. Однако как по номенклатуре обследованных конструктивных узлов, так и по объему выполненных испытаний еще нет достаточного ста­ тистического материала для обобщающих выводов о допустимых нормах смещений и возможности их заметного расширения по сравнению с действующими эмпирическими нормативами. Вместе

стем проведение систематических сопоставительных испытаний

предельной и усталостной прочности конструкций, выполненных в теоретических размерах и с контролируемыми отклонениями, на­ ряду с технико-экономической оценкой последствий этих отклоне­ ний, является обязательной предпосылкой надежного и обоснован­ ного нормирования допусков на изготовление и сборку корпусных конструкций.

а значит, и определенной точности. Это взаимное соответствие обя­ зательно д о л ж н о быть зафиксировано в нормативных документах; целесообразно т а к ж е ввести указания о характере и величине из­ менения норм прочности конструкций при определенных отступле­ ниях от предусмотренных первоначально норм точности изготовле­ ния. В действующих документах это положение не нашло отра­ жения, что требует проведения дополнительных исследований, обоснований и внесения коррективов с учетом экономических сооб­ ражений.

Часть нормативов на допускаемые отклонения от теоретических размеров и конфигурации конструкций связана с обеспечением эс­ тетических требований, предъявляемых к внешнему виду судна. В обязательных документах такие допуски на деформации закреп­ лены, несмотря на то, что они еще далеки от объективности и не имеют достаточных научных обоснований. Тем не менее соответ­ ствующие допуски в той или иной форме д о л ж н ы быть точно за­ фиксированы, чтобы можно было изготавливать конструкции по з а д а н н ы м допускам, а не доводить путем дорогостоящих ручных правочных работ готовую конструкцию до вида, удовлетворяющего