Реферат: Вакуумная коммутационная аппаратура - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Вакуумная коммутационная аппаратура

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 35 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИ ОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАКУУМНОЙ КОММУТА ЦИОННОЙ АППА РАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ Необходимость всесторонней интенсификации экономики неразрывно связана с ускорением нау чно-технического прогресса , важнейшими направлениями которого являются создание и освоение пр инципиально новой техники и технологии , автом а тизация и механизация производства . Выпо лнение этих задач требует , в частности , ра звития вакуумной техники , оказывающей определяюще е влияние на создание и производство изде лий электроники и все более широко исполь зуемой в других отраслях промышленности. Ра зработка новых вакуумных технологий предъявляет к вакуумному оборудованию повыше нные требования , разнообразный и меняющийся д иапазон значений которых обуславливает необходим ость модернизации и разработки новых конструк ций его элементной базы , в частности, вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА ): клапанов , затворов , натекателей , служащих для п ериодического сообщения и герметичного перекрыти я вакуумных коммуникаций и управления вакуумн ым режимом . Конструкцией и правильной эксплуа тацией ВКА , являющейся неот ъ емлемой частью вакуумных систем (ВС ), в значительной степени определяется надежность работы вакуу много технологического оборудования . (ВТО ). Вместе с тем традиционное проектирование , основанно е на интуитивно-эмпирическом подходе , исходя и з уровня знаний к о нструктора , не удовлетворяет в полной мере ужесточившимся требованиям к созданию ВКА (например , нео бходимости минимального воздействия потоков газо выделения и загрязнений на технологическую ср еду оборудования производства изделий электронно й техники , рабо т е при температурах 600 - 800 К , повышению показателей надежности в десятки раз и т.д .), что особенно заметно на примере цельнометаллической ВКА , показатели качества которой , начиная с начала 70-х годов по существу не улучшаются . В связ и с этим существующи е конструкции громоздки , имеют небольшой ресурс и наработ ку на отказ . Ситуация осложняется отсутвием единого научно обоснованного подхода к про ектированию ВКА , что приводит к неоправданном у ее многообразию , низкому качеству конструкц ий и , как следствие , к о тказам и простоям дорогостоящего оборудования при эксплуатации . Кроме того , проявляется тенденция к значительному уменьшению сроков проектиров ания ВКА , которая наряду с указанными факт орами вызывает необходимость автоматизации проце сса проектирования. Одни м из выходов из сложившейся ситуации является разработка и применение новых развивающихся методик проектирования , позво ляющих генерировать множество различных техничес ких решений и проводить целенаправленный их поиск и выбор , исходя из технического задани я (ТЗ ), имеющего жесткие и иногда полярные требования. Изложенное определило цель настоящей рабо ты , которой является создание научно обоснова нной методологии схемотехнического и функциональ ного проектирования ВКА , направленной на реше ние проблем проектирова ния ВКА , с конк ретной реализацией в виде новых конструкций ВКА и программно-информационных средств , пред назначенных для анализа , синтеза и моделирова ния работы ВКА. Принципиально функциональное и схемотехничес кое проектирование ВКА , заключающееся в синте зе и анализе ВКА на этапе техническ ого предложения и содержащее оценку свойств ВКА на основе исследования процессов ее функционирования , генерацию и выбор принципи альных технических решений , определяющих структур у ВКА с учетом специфики ее функционирова ния в составе конкретной ВС , можно представить в виде последовательности : цель проектирования - функция - устройство (элементная структура ), которая обуславливает необходимость формального описания структур , функций , свойств , объектов для определения проектных целей в виде изменения структур ВКА и определения связей свойств ВКА для построе ния этих структур. Более детально модель процесса проектиров ания ВКА на начальных стадиях можно предс тавить в виде алгоритма , укрупненная блок-схем а которого приведена на рис . 1. Согласно представленной блок-схемы , ТЗ на разработку ВКА определяется требованиями к ВС , являющейся для ВКА объектом более высокого уровня , а начальным этапом создани я ВКА является поиск аналогов . Это объясня ется нецелесообразностью разработки новой к онструкции ВКА при наличии среди суще ствующих вариантов ВКА конструкции , полностью удовлетворяющей предъявленным требованиям. В случае отсутствия аналогов необходимо проанализировать ТЗ для выявления заведомо завышенных требований с целью их смягчен ия . Есл и данная процедура не приводит к нахождению аналога , то переходят к поиску прототипа - конструкции ВКА , наиболее по лно соответствующей требованиям ТЗ . Сравнение параметров выбранной конструкции ВКА с требу емыми (ТЗ ) позволяет сформировать потребительские ц ели проектирования ВКА в виде необходимости изменения соответствующих значени й параметров ВКА или ее структурных соста вляющих. Цели и критерии позволяют конструктору осуществлять направленный поиск и синтез т ехнических решений ВКА . Исходя из целей , о предел яют необходимые функции и функциона льные модули , их реализующие . Вводя соответств ующие отношения среди найденных функциональных модулей , получают возможные структуры ВКА , и з которых с помощью критериев выбирают ст руктуру , наиболее отвечающую предъявленным требованиям ТЗ (происходит достижение про ектной цели ). Отсутствие среди известных удовлетворительно й функциональной структуры или появление новы х функций для достижения потребительской цели проектирования ВКА приводит к необходимости синтеза физического пр инципа действия ВКА , являющегося этапом ее функционального проектирования , появлению новых функциональных мо дулей и повторению этапов схемотехнического п роектирования ВКА для синтеза ее оптимальной элементной структуры. Анализ приведенного алгоритма проект и рования показал , что , помимо отмеченного отсут ствия системного описания ВКА , удобного для постановки задач схемотехнического и функциона льного проектирования , достижение поставленной це ли осложнено также отсутствием исследований п роцесса функционирования ВКА с позици й схемотехнического проектирования ; формального о писания структур ВКА и процесса их синтез а ; формализованных научно обоснованных методов принятия решений при конструировании ВКА , ч то позволило сформулировать следующие основные задачи , подлежащ и е решению : - проведе ние системного анализа ВКА ; - разработка систем ной модели процесса проектирования ВКА ; - разра ботка методики и математических моделей проце сса проектирования ВКА на уровне формирования ее структурных схем ; - построение и исслед ование м о дели функционирования ВКА ; - разработка формализованных методов выбора и критериев оптимальности при структурном синтез е ВКА ; - разработка комплекса программных средс тв автоматизации начальных этапов проектирования ВКА ; - разработка новых конструкций ВКА н а основе использования созданного методического и информационно-программного обеспеч ений. На защиту выносятся : 1. Системные модели ВКА и процесса ее функционального и схемотехнического проектирова ния. 2. Методика и математические модели функц ионально-схемо технического проектирования ВКА. 3. Математические модели ВКА на этапах функционального и схемотехнического проектирования . 4. Методика и математическая модель оценк и конструкций ВКА и ее структурных состав ляющих. 5. Результаты исследования математической модели функционирования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА. 6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА. I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАН ИЮ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электро нной техники . Основные требования , предъявляемые к ВКА. Вакуум как рабочая среда технологическ их процессов и научных исследований находит возрастающее применение в различных отраслях промышленности . При этом основным потребител ем элементов , средств и сист ем вакуумн ой техники является электронная техника , пред ъявляющая наиболее жесткие , зачастую противоречив ые и трудно реализуемые требования к созд аваемым ВС. Используемое в электронной технике вакуум ное технологическое и научное оборудование , и нтервалы рабо чих давлений основных типов которого приведены на рис . I.I., по величине рабочего давления можно условно разделить на три группы : 1) установки с рабочим дав лением до 5 10 Па ; 2) установки с рабочим давлен ием до 1 10 Па ; 3) оборудование с рабочим вакуум ом в ыше 1 10 Па. Как правило , получение вакуума в обору довании первой группы достигается применением паромасляных диффузионных насосов с ловушками , позволяющими исключить наличие углеводородных соединений в рабочей среде ; герметизация ра зъемных соединений осущ ествляется резиновыми прокладками [I - 5]. Подобные установки относятся к непрогреваемым системам , длительность откачки которых определяется , в основном , десорбцией паров воды [6 - 8]. Дополнительными требованиями к установкам данного типа могут служить н е обходимость получения определенного спектра остаточных газов [9, 10], исключение привносимо й дефектности на изделие электронной техники [11 15], высокая (до 1600 К ) температура в рабочей камере и повышенные требования к надежност и работы из-за значительно г о эконо мического ущерба в случае отказа [16 - 18]. Оборудование второй группы [19 - 24] обеспечивает получение более низких парциальных давлений остаточных газов . В данной группе оборудова ния , в основном , используют безмасляные (турбом олекулярные , магнито- и электро-разрядные нас осы ) и комбинированные средства откачки [25 - 27]. В качестве уплотнений разъемных соединений при меняются металлические прокладки и прокладки , изготовленные из термостойкой резины [28, 29]. Как п равило , установки второй группы прог р еваются до 400 - 650 К (оборудование для отка чки электровакуумных приборов частично до 950 К ), имеют достаточно большое время достижения рабочего давления (от 5 до 20 часов ) [19, 30 - 33] и б олее жесткие требования к привносимой на изделие дефектности [34 ]. К третьей группе оборудования принадлежат уникальные системыускорители заряженных частиц [35 - 38], камеры для космических исследований и ряд технологических установок и научных пр иборов [39, 40]. Их отличие от вакуумных систем второй группы состоит в не обходимости предварительной обработки и очистки материалов для вакуумных систем , длительном времени прогрева и откачки , использовании только мета ллических уплотнителей в разъемных соединениях . При этом время существования высокого ваку ума в рабочем объеме может длиться месяцами и годами [29, 41 - 43]. Общим требованием ко всем группам вак уумного оборудования является автоматизация техн ологических процессов и научного эксперимента [44 - 46]. В свою очередь , требования к вакуумном у оборудованию формируют треб ования к его элементной базе , в том числе к ВКА , которая , являясь неотъемлемой частью ВС вакуумного оборудования (например , только в одно - и двухкамерных установках число коммута ционных устройств колеблется от 5 до 10, достигая 15 [20, 47]), во многом опр е деляет его выходные характеристики . Так , производительность о борудования первой и второй групп определяетс я не только его конструкцией (однопозиционные установки периодического действия , установки полунепрерывного действия со шлюзовыми камерами , установки и линии непрерывного д ействия и др .), но и сокращением времени достижения рабочего давления , зависящим , в ч астности , от проводимости ВКА [48, 49]. Следует отметить и наметившуюся в пос леднее время в производстве изделий электронн ой техники тенденцию к пони жению рабо чего давления до 10 - 10 Па вследствие существенног о влияния давления и парциального состава газовой смеси на параметры и свойства изделий [1, 19, 40], т.е . к использованию высоко - и с верхвысоковакуумного оборудования , требующего прогрев а до 700 - 800 К и , следовательно , при менения цельнометаллической ВКА , позволяющей сокр атить время достижения сверхвысокого вакуума в 2,5 раза и упростить обслуживание установок [25, 41]. С учетом отмеченного во введении критиче ского состояния проектирования цельн о металлической ВКА целесообразно выделить для детального рассмотрения области ее применения , которые показаны на рис . I.2. При этом , несмотря на достаточно четку ю границу между группами оборудования с о динаковыми вакуумными характеристиками и условия ми эксп луатации , определяющими основные с войства ВКА , к ней предъявляется множество разнообразных дополнительных требований , зависящих от конкретного случая использования , что ведет к увеличению номенклатуры ВКА , затрудня я проведение унификации и стандартизации в акуумного оборудования и повышая трудоемкость его проектирования и изготовления. Анализ длительности технологических циклов и ресурса работы оборудования , проведенный по работам [19, 20, 24, 47, 48], позволяет судить о требуемом ресурсе и цикличности работ ы ВКА и показывает , что число циклов работы к лапанов и затворов лежит в пределах 500 - 8000, а в ряде установок , имеющих длительность те хнологического процесса порядка десятков секунд (например , электронно-лучевых установок микросварк и ), их ресурс должен б ыть значите льно большим - 20000 - 50000. Кроме того , особенностью ВКА является кратковременный циклический режим р аботы с большими промежутками между включения ми : отношение времени работы к времени выс тоя очень различно и в среднем находится в пределах 1 : (100 - 10000). Суммарное время нахождения механизмов ВКА в динамическом состоянии до замены уплотнительной пары со ставляет для ВКА с металлическим уплотнителем в среднем примерно 2 - 4 часа , для ВКА с резиновым уплотнением - 20 - 50 часов. Снижение рабоче го вакуума накладывает дополнительные ограничения на разработку ВКА , связанные с необходимостью уменьшения влиян ия элементов вакуумной полости ВКА на пар аметры технологического процесса и учета прив носимой дефектности [50, 51]. При этом ряд ответстве нных с верхвысоковакуумных систем , взамен большого ресурса работы ВКА выдвигает на первый план требования к быстродействию и высокой надежности ее работы [37, 39]. Таким образом , анализ назначения ВКА в свете задач , решаемых современным вакуумным оборудованием , п озволил сформировать сле дующие основные требования , предъявляемые к В КА. ВКА должна : иметь заданную проводимость в открытом положении ; обеспечивать требуемое быстродействие ; гарантировать величину натекания в закрытом положении ВКА не выше допус тимой (напр имер , соизмеримой с уровнем газопроницаемости конструкционных материалов и м атериала уплотнителя ); допускать эксплуатацию в диапазоне температур от 77 до 800 К ; минимально воздействовать на качественный и количествен ный состав остаточной среды в вакуумной системе ; иметь достаточные ресурс работы и наработку на отказ ; предусматривать возможность автоматического управления и кон троля за работой ; обладать минимальными габар итами и весом ; обеспечивать простой монтаж и демонтаж устройства ; иметь высокие технол о г о-экономические показатели. I.2. Функционально-структурный анализ ВКА. Несмотря на все возрастающую потребнос ть в ВКА , имеющаяся по ней литература весьма скудна , разрознена и носит большей частью описательный характер . В затрагивающих данную область рабо тах практически отсут ствуют методики проектирования ВКА , недостаточны рекомендации и данные по ее расчету и конструированию [20, 29, 5154], вследствие чего разработка конкретных устройств ВКА в большинстве с лучаев основывается на опыте конструктора . Пр и э т ом отсутствие единого научно обоснованного подхода к проектированию ВКА затрудняет создание конструкции , имеющей наи лучшие характеристики по всем показателям кач ества , поэтому существующие вакуумные клапаны и затворы удовлетворительно соответствуют лишь 3 - 4 показателям качества , что приводи т к неоправданному многообразию их конструкци й. Достоинства и недостатки существующих кон струкций ВКА рассмотрим на основе анализа информации , содержащейся в литературных источни ках и каталогах отечественных предприятий -разработчиков и заводов-изготовителей и передовых в области вакуумного машиностроения иностран ных фирм [20, 29, 51 - 67]. На рис . 1.3, 1.4 приведены примеры конструктивны х схем ВКА , дающие представление о ее многообразии , на рис . 1.5 показаны основные при нципиальные схемы ВКА , а на рис . 1.6 - типовые схемы ее уплотнительных пар. Проанализируем существующие технические реше ния ВКА с позиций функционально-структурного подхода - реализации последовательности : цель - функ ция - устройство. Плоский затвор (рис . 1.5 а , е ), имею щий минимальное расстояние между присоединительн ыми фланцами (цель ), во избежание износа уп лотнителя требует при перемещении улотнительного органа 1 для открывания или перекрывания проходного отверстия 2 создания гарантированного з азора меж д у ним и корпусом 3, ч то приводит к необходимости осуществления в клапане двух не совпадающих по направлен иям движений : перемещения уплотнительного органа 1 для открывания и перекрывания проходного отверстия 2 и герметизации уплотнительной пары (функция ), а , следовательно , либо к появлению механизма 4 в вакуумной полости (рис . 1.5, а ), либо к использованию двух исполн ительных органов и соответственно двух вводов движения в вакуум 5,5 (рис . 1.5, е ) (устройство ). Оба решения существенно снижают надежность и р е сурс работы устройства , а второе приводит и к усложнению управления затвором. Отличительной особенностью схемы поворотного затвора , приведенной на рис . 1.5, б , является возможность совмещения в корпусе 3 проходного и углового взаиморасположения перекрываем ых отверстий 2 (цель ), а также совпадение направлений перемещения уплотнительного органа и усилия герметизации при уплотнении (фун кция ). Однако поворотный затвор с непосредстве нным воздействием ведущего звена 6 на уплотнит ельный орган 1 (устройство ) не по л уч ил широкого распространения вследствие необходим ости создания значительных крутящих моментов при герметизации запорной пары. Другие типы конструкций ВКА также обл адают рядом недостатков . Работа крана (рис . 1.5, в ) связана со скольжением уплотнительных по верхностей элементов 1 и 3 друг относительно друга , и , как следствие , подобные устройст ва имеют повышенное натекание и малый рес урс работы . К недостаткам конструкций , предста вленных на рис . 1.5 г , д , можно отнести ис пользование механизма непосредственного д ействия [51], приводящего к повышенным массо-габаритны м характеристикам автоматического привода. Для приближенной обобщенной оценки качест ва конструкций ВКА , исходя из ее основного назначения , сформулированного во введении , пр едлагается использовать услов ный показатель , определяемый отношением проводимости ВКА к диаметру перекрываемого отверстия , изменение значения которого для некоторых серийно выпу скаемых типов устройств приведено на рис . 1.7. Большее значение данного показателя определяет лучшую констр у кцию. Подобный показатель позволяет провести ср авнение конструкций как в рамках одного т ипа устройств , так и сравнение устройств р азличных типов , а также оценить конструкции с нестандартными значениями диаметров перекрыв аемых отверстий . В частности можно о тм етить большую эффективность , по сравнению с угловыми конструкциями , конструкций с соосным расположением проходных отверстий (см . рис . 1.3 - 1.5), а среди последних - лучшие показатели пл оских устройств (рис . 1.5, а ). Обращает на себя внимание и трудност ь оптимизации конструктивных решений ВКА с малыми диамет рами условных проходов (Ду ). Изложенное позволяет сделать вывод о влиянии цели проектирования ВКА на ее раб очие функции и , как следствие , на структур у устройства . При этом можно выделить след ующие осно вные структурные составляющие В КА : привод , уплотнительная пара , корпус , ввод движения в вакуум и механизмы . С позици й решаемых задач целесообразно рассмотреть вл ияние указанных структурных элементов на пока затели качества ВКА. Существенно влияет на показат ели качества ВКА используемый тип уплотнительной пары [51, 67]. В настоящее время в различных отрасля х промышленности широко применяется ВКА с резиновым уплотнением (рис . 1.6, д , е ). Однако , имея в десятки раз больший ресурс рабо ты (20000 - 100000 циклов ) и в 10 - 20 раз меньшие уси лия герметизации [55] по сравнению с цельнометал лическими конструкциями , такая ВКА обладает р ядом недостатков , ограничивающих область ее и спользования и заключающихся в невысоких темп ературных пределах прогрева , в значительной в е личине скорости газовыделения , относ ительно высокой газопроницаемости и влиянии н а масс-спектрометрический состав вакуумной среды [7]. Лучшие марки вакуумных резин , применяемые в клапанах и затворах допускают прогрев только до 470 К , при этом величина ско р ости газовыделения лежит в преде лах 3.10 - 7.10 л Па /см с , а величина газопрони цаемости по азоту для этих марок при 1.10 Па и 300 К составляет 2.10 - 4.10 см см /см с [68, 69]. Широкое использование ВКА с эластомерными уплотнителями во многом вызвано отсутс твием альтернативы , т.к . основные техническ ие характеристики выпускаемых отечественной пром ышленностью устройств с металлическими уплотните лями (рис . 1.6, а - г ) заметно уступают лучшим зарубежным образцам , особенно это касается прямопролетных конструкций [59], что наряду с отмеченными в п . 1.1 факторами определяет актуальность создания цельнометаллических устро йств. Разработка цельнометаллической ВКА требует пересмотра подхода к проектированию ВКА в связи с большими удельными усилиями герм етизации (до 200 н /мм , [67, 70]), и необходимостью учета дополнительных факторов , не рассматриваем ых при проектировании конструкций с резиновым уплотнением (например , обеспечения высокоточного взаиморасположения деталей уплотнительной пары в момент герметизации , влияния ч а стиц износа на работоспособность уплотнит еля и др . [34, 51, 67]. Перечисленные факторы определяют технологические трудности реализации конструкто рских решений и высокую стоимость цельнометал лической ВКА. В значительной степени влияет на осно вные характерис тики функционирования коммута ционных устройств ее привод [71]. Преобладающие т ипы приводов , используемых в ВКА , отражены на рис . 1.3, 1.4. Кратко можно отметить , что испол ьзование ручного привода исключает возможность автоматизации управления ВКА ; электро п невматический привод требует наличия энер гоносителя и дополнительных устройств управления ; электромеханический привод громоздок и инер ционен ; использование электромагнитного привода т ребует специальных источников питания и сопро вождается сильными динамиче с кими удар ами , снижающими ресурс работы уплотнителя и создающими помехи в работе оборудования. Свои особенности , связанные с надежностью , площадью поверхности , обращенной в вакуум , видом и характеристиками передаваемого движени я и т.п ., имеют и вводы движен ия в вакуум [53, 55, 72, 73], передавая свои достоинства и недостатки ВКА. В большой степени разнообразие ВКА и ее выходные характеристики обусловлены приме нением в конструкциях различных механизмов , в ыполняющих следующие функции : преобразование вида движе ния ведущего звена и вида п еремещения уплотнительного органа ; изменение напр авления движения исполнительного органа ; осуществ ление передаточных функций [74]. В ВКА различают механизмы исполнительных органов и механизмы уплотнительных органов [51]. Исполни т ель ный орган состоит из ведущего звена и механизма перемещения . На рис . 1.8 показаны нек оторые кинематические схемы исполнительных орган ов , которые могут располагаться как в ваку умной полости устройства , так и вне ее [54]. Механизмы исполнительного органа ВКА бывают непосредственного действия (рис . 1.8, а , б [51]); винтовые (рис . 1.8, в [53]), кулачковые (рис . 1.8 г [54]); кулисные (рис . 1.8, д , з [58]), рычажные (рис . 1.8, е [61]), кривошипно-ползунные (рис . 1.8 ж , з [56]) и комбинированные (например , рыч а жноползунны е , рис . 1.8, и - м [63]). Основными функциями уплотни тельного органа , состоящего из механизма герм етизации и уплотнительного диска , является пр еобразование направления и вида движения выхо дного звена механизма перемещения и уменьшени е усилий ил и крутящих моментов на ведущем звене устройства . Особенностью упл отнительных механизмов является их расположение в большинстве случаев в вакуумной полост и. На рис . 1.9 представлены некоторые кинематич еские схемы уплотнительных органов . К ним относятся кулач ковые (рис . 1.9, б , ж [54]), полз унные (рис . 1.9, в [51]); клиновые (рис . 1.9, г [75]), винтовы е (рис . 1.9, д [56]) механизмы. Анализ проведенных работ выявил отсутстви е исследований свойств механизмов ВКА с у четом специфики их функционирования , что объя сн яет многообразие встречающихся механизмов , но затрудняет обоснованный выбор структурны х схем при создании новых конструкций ВКА . При этом наиболее жесткие требования к механизмам ВКА предъявляет сверхвысоковакуумное оборудование [51, 74], т.к . необходимос т ь сохранения определенного состава остаточной га зовой среды , высокие температуры прогрева , пов ышенный износ и коэффициент трения в ваку уме требуют минимума сопряженных пар трения и малых контактных усилий , в то же время исключая возможность применения сма з ки [50]. Частично устраняют конструктивные трудности , связанные с необходимостью обеспечения знач ительных усилий устройства , использующие для герметизации : тепловое расширение материалов [67] и перевод металлического уплотнителя в жидкую фазу [76], однако подобные устройства обладаю т очень большой инерционностью. Особенности кинематики и динамики механиз мов ВКА наглядно характеризует упрощенная зав исимость движущих моментов (или сил ) от угла поворота (или перемещения ) уплотнительного диска , представленная на рис . 1.10 и показывающая , что ВКА имеет две ч етко выраженные стадии работы с несоизмеримым и по величине усилиями и перемещениями : I - с тадия открывания или перекрывания проходного отверстия , где необходимо создание малых усил ий на значительном перемещ е нии уп лотнительного диска , определяемом величиной диаме тра проходного отверстия (для устройств плоск ого типа ) или высотой подъема уплотнительного диска (для прочих устройств ); II - стадия герм етизации проходного отверстия , в которой разв иваются значительн ы е усилия на не больших перемещениях , определяемых , в основном , величиной деформации элементов уплотнительной пары . При этом , в зависимости от Ду ВКА : = (15 - 200)/1, где - перемещение (угол поворота ) уплотнительного диска при открывании или закрывании прох о дного отверстия ; ( ) - перемещение (угол повор ота ) уплотнительного диска при герметизации п роходного отверстия ; = (1000 - 2000)/1 - для ВКА с металличе скими уплотнителями ; = (80 - 250)/1 - для ВКА с эластомерн ыми уплотнителями , где - усилие герметизации у п лотнительной пары, - усилие перемещения уплотнительного диска при перекрывании проходного отверстия. Следует отметить , что существующие описан ия конструкций ВКА (в основном параметрически е ) ориентированы на конкретные типы устройств и их крайне трудно или невозможно применить для разработки ВКА других типо в . Усугубляет ситуацию конструирования ВКА пр отиворечивость отдельных требований . Так установл енная существенная зависимость ресурса уплотните льной пары от скорости приложения к ней усилия и перегрузок [70 ] и связанная с этим необходимость уменьшения движущих момен тов на ведущем звене устройства и скорост и перемещения уплотнительного диска , противоречит требованию высокого быстродействия. Из вышеизложенного можно сделать вывод , что ни одна из существующих к онстр укций ВКА не удовлетворяет полному набору современных требований , обладая теми или ин ыми недостатками. 1.3. Структурно-конструктивная классификация ВКА. Проведенный анализ литературных источников достаточно полно характеризует ситуацию , сло жившуюся в области проектирования ВКА : о тсутствует обоснованный анализ применяемых кинем атических схем ВКА , а также рекомендации и данные по их расчету и конструированию , поэтому использование той или иной схемы носит эмпирический характер . Отсутствует единый подх о д к определению классификац ионных признаков ВКА и , как результат , не разработана ее детальная классификация . Суще ствуют различия и в трактовании терминов . Например , в [58] клапаны - устройства с Ду до 100 мм , а затворы устройства с Ду свыше 100 мм ; в [54] клапан - устройство , позвол яющее регулировать или полностью прекращать п оток газа в вакуумной системе , затвор - кла пан , позволяющий соединять и разобщать элемен ты ВС . При этом оба варианта определения содержат противоречия , т.к . в первом случа е одинаковые конструкции различных ти поразмеров должны относиться к разным группам устройств , а во втором случае деление чисто условно , вследствие адекватности реально выполняемых клапанами и затворами функций . Все это приводит к многовариантности ВКА (например , тольк о в одной организа ции за 13 лет было разработано более 100 наиме нований ВКА на 41 Ду [77]), затрудняет унификацию ВКА и требует разработки дополнительных кр итериев и ограничений применительно к конкрет ным ее типам. Вместе с тем , представляется логичным пров одить классификацию ВКА в соответстви и с модульным принципом , положенным в осно ву функционально-структурного анализа существующих конструкций ВКА , с сохранением предварительного деления по эксплуатационным признакам (назна чению : устройства напуска , аварий н ые и т.п .; рабочему давлению : низковакуумные , выс оковакуумные , сверхвысоковакуумные и т.д . [78]). С позиций решения задач функционального и схемотехнического проектирования ВКА , испо льзуя результаты проведенного на основе блочн о-иерархического подхода с уч етом монтажн ых и функциональных особенностей ВКА анализа ее существующих конструкций , выделим два иерархических уровня представления ВКА : устройств о в целом и функциональные модули (ФМ ), его составляющие . При этом каждый ФМ ВКА решает определенную задачу, хотя монтажно они могут быть неразделимы и име ть общие элементы , через которые осуществляет ся передача , например , усилий или момента от одного ФМ к другому . В конструкциях ВКА можно выделить шесть различных ФМ , причем четыре из них присутствуют у всех рас с мотренных устройств , т.е . явля ются основными , обеспечивающими выполнение базовы х функций ВКА , и неосновные , способствующие выполнению функций основных ФМ . К основным ФМ ВКА относятся : привод , генерирующий эн ергию для перемещения уплотнительного диска и ге р метизации уплотнительной пары ; ввод движения , предназначенный для передачи движения из атмосферы в вакуумную среду без нарушения ее свойств ; уплотнительная па ра , реализующая основную функцию ВКА - перекрыв ание и герметизацию проходного отверстия ; кор пус , о беспечивающий требуемое взаиморасп оложение ФМ ВКА и присоединение самой ВКА в ВС . Особенностью подобного структурного членения является выделение в виде самосто ятельного ФМ уплотнительной пары (включающей уплотнительный диск - ведомое звено уплотнительног о органа , и седло - элемент корпус а ), позволяющее более детально представить про цесс герметизации . Следует отметить существование определенной последовательности основных ФМ в конструкциях ВКА , что позволяет представить обобщенную структуру ВКА в виде блок- схемы (рис . 1.11). К неосновным ФМ ВКА можно отнести механизмы - ФМ , расположенные между основными ФМ и согласующие их входные и выходные характеристики (параметры движения ). Особую сложность вызвало проведение систе матизации многообразия возможных схем ме х анизмов ВКА с целью их упорядочения . Подро бно решение данной задачи рассмотрено автором в [80], где предложена классификация ВКА , про веденная по структурно-конструктивным признакам : р асположению и сочетанию механизмов относительно вакуумной полости и по т ипу механизмов . Предлагаемая обобщенная классификация ВКА приведена на рис . 1.12 и включает ее разбиение по признакам используемых механизм ов . Подобная классификация дополняет известные и позволяет быстро находить возможные вари анты механизмов при их конс т руиро вании , оценить их , установить наиболее оптимал ьные структуры механизмов ВКА , выявить необхо димые типы автоматических приводов и вакуумны х вводов движения. 1.4. Аналитический обзор методов поискового конструирования. Необходимость учета труднообозрим ого множества различных факторов при разработке ВКА , возможность использования формальных предс тавлений там , где заканчивается интуитивное м ышление , проведение детального анализа как мо жно большего числа аналогов и прототипов , стремление к повышению эффек т ивности разработок и росту производительности труда конструктора требуют перехода к автоматизиро ванному проектированию ВКА. При этом отмеченная стабильность структур ы существующих конструкций ВКА , составные эле менты которой выбираются , как правило , из сист ематизированных рядов , позволяет считать применимыми для процесса схемотехнического п роектирования ВКА методы поискового конструирова ния. Детальный анализ математических методов п оискового конструирования и методов выбора те хнических объектов с позиций авт оматизаци и процесса проектирования проведен автором в [81]. Рассмотрим основные методы , используемые при автоматизации начальных этапов проектировани я , известные в отечественной и зарубежной практике , применительно к конкретному классу технических объектов - ВКА. В настоящее время известно более 30 мет одов поискового конструирования . Разработки более эффективных методов поиска новых технических решений (ТР ) интенсивно продолжаются , при этом прослеживаются три основных направления разработок [82 - 85]: созда ние принципиально новых методов , создание новых методов на основе комбинации известных и увеличение эффективност и известных методов. Анализ известных методов формирования ТР показал , что наиболее эффективными , а пот ому широко используемыми на практике , явл яются : "теория решения изобретательских за дач " (ТРИЗ ), метод эвристических приемов , обобще нный эвристический метод , метод гирлянд ассоц иаций и метафор , морфологические методы анали за и синтеза такие , как метод "матриц о ткрытия ", метод десятичных матриц по и ска и другие , направленные на исследов ание самого объекта проектирования , а не п сихологических особенностей человека . Кроме того , указанные методы могут быть в значительн ой мере формализованы , что немаловажно с п озиций поставленных задач. В работах [86, 87 ] разработана методика решения конструкторско-изобретательских задач , которая получила название "теория решения изобретате льских задач ". ТРИЗ представляет собой система тизированный набор преимущественно эвристических правил , выполнение которых облегчает р е шение конструкторской задачи . В работе [88] описаны алгоритмы автоматизированного поиска новых конструктивных решений с помощью ЭВМ для задач невысокого уровня сложности и новизны , с применением метода эвристических приемов . Суть этого метода при проектир о вании новой конструкции можно пр едставить , как преобразование известных прототипо в с помощью определенного набора эвристически х приемов , и получение множества новых кон структивных решений , отвечающих заданным условиям , среди которых ведется затем поиск оп т имального варианта . Библиотека эврис тических приемов преобразования прототипов для несложных механических систем содержит 16 приемо в , которые подразделены на 16 групп . Из 86 сост авленных эвристических приемов для 65 имеются р екомендации по их формальному о писа нию , открывающие возможность их программирования на ЭВМ , остальные пока не удалось фор мально описать [82]. Метод гирлянд ассоциаций и метафор яв ляется одним из эвристических методов поисков ого конструирования , требующим минимальной информ ационной подго товки и в наибольшей ме ре использующим информацию , содержащуюся в мо згу конструктора [89]. Суть метода заключается в определении гирлянд синонимов и гирлянд случайных объектов с последующим составлением комбинаций из этих случайных гирлянд . Конеч ным резул ь татом является выбор ра ционального варианта технического объекта и о тбор наилучшего из рациональных , как правило , методом экспертных оценок. Во многих методах поиска новых ТР присутствуют одинаковые или близкие этапы и процедуры , причем существует некоторы й инвариантный порядок следования этапов и процедур . Это послужило основанием для созд ания обобщенного эвристического метода . В раб оте [90] на основе анализа большой группы изв естных методов решения технических задач выяв лен полный список основных этапов т ворческого процесса и процедур его вы полнения и построен обобщенный эвристический алгоритм поиска ТР . В структуре обобщенного алгоритма используются массивы информации , кото рые являются данными для процедур этапов проектирования . Порядок следования процед у р и выбор процедур в процессе реш ения задачи определяется разработчиком . Поиск нового ТР разрабатываемого объекта ведется п оследовательным выполнением на каждом этапе н еобходимых процедур . Список процедур этапов , а также описание назначения этапов и масси в ов информации изложены в работах [91, 92]. Следует отметить , что разработка обобщенно го эвристического метода была выполнена на эмпирическом уровне . В связи с этим нео бходимо проведение методологических исследований по научно обоснованному обобщению эврис т ических методов и установлению полного набора и иерархии этапов и процедур об работки информации при поиске новых ТР. Для поиска новых ТР на основе вза имосвязи показателей технических объектов и э вристических приемов разработан метод десятичных матриц поиск а (ДМП ) [93]. Все основные показатели технических объектов разделены на 10 групп , что дало возможность построить особ ую десятичную систему матричных таблиц , в строках которых записаны меняющиеся характеристи ки технического объекта , а в столбцах - гру ппы э в ристических приемов их изме нения . Каждая клетка на пересечении ряда и столбца соответствует определенному ТР , крат кое описание которого может сопровождаться гр афическим описанием . В зависимости от содержа щейся информации ДМП могут носить общетехниче ский , о траслевой или предметный хара ктер . При построении ДМП должна использоватьс я патентно-техническая литература . Значение взаимо связей показателей технических объектов и гру пп эвристических приемов , а также конкретных требований решаемой задачи предопределяет целенаправленный выбор пути ее ре шения. Ф . Цвикки предложил чрезвычайно простую модель ситуации выбора , в которой оказывает ся конструктор при создании новых ТР , назв ав ее морфологическим ящиком [94]. Техничекий объ ект исследуют , выделяя ряд характерных при знаков Затем для признаков находят ра зличные варианты исполнения , реализующие эти признаки . Полученные данные оформляют в виде таблицы 1.1. Столбцы в таблице соответствуют необходим ым признакам , а отдельная позиция в столб це - варианту его функциональной реализации . Свободу выбора при конструировании Ф . Цв икки трактует как возможность работать с альтернативами , т.е . выбирать одни варианты вып олнения блоков и отвергать другие . Выделяя в каждом столбце таблицы альтернативу и соединяя их отрезками линий , п о лучают многозвенную линию , которая символизирует описание признаков некоторой конструкции . Вы бор предпочтительной конструкции инженер делает интуитивно , по очереди перебирая комбинации альтернатив. Другой формой морфологического анализа и синтеза ТР являе тся комбинирование п ризнаков , характеризующих различные системы (орган изующие понятия ). В этом случае , при комбин ировании двух организующих понятий , рекомендуется табличная форма , в столбцах которой запис аны признаки одного организаующего понятия , а в стр о ках признаки другого о рганизующего понятия . В каждой клетке таблицы находится рабочий принцип из комбинации двух элементов решения . При комбинировании бо лее чем двух организующих понятий пользуются матричной формой записи [95]. Таким образом , метод морфоло гического анализа и синтеза [85, 96 - 99] состоит в изучении всех возможных комбинаций параметров , форм , отдельных элементов для решения поставленной задачи . Значения параметров , типы форм и элементов образуют таблицу (матрицу ). Различны е сочетания перечи с ленных характерист ик рождают альтернативные идеи или рекомендуе мые решения задачи . Морфологический анализ пр именяется для решения задач поиска рациональн ых структур , схем и компоновок . При возмож ности синтеза большого множества новых ТР в этом методе прак т ически не решена проблема выбора наилучшего решения из числа синтезируемых. В последнее время на основе идеи Цвикки предложена комбинаторная концепция работы с альтернативами , на основе которой разра ботаны новые системно-морфологические алгоритмы о птимизац ии и общая логическая схема п ринятия решений при конструировании [85]. В работ е вводится понятие комбинаты , являющейся сопр яженной к понятию альтернативы , отражающей вс е локальные , исключающие друг друга варианты взаимной подмены блоков при конструировани и . Не всякая комбинация при заме не одного функционального блока другим (из одной и той же альтернативной серии , оп исывающей данный признак ) правомерна . Фиксацию этого факта отражает комбината , т.е . совокуп ность всех мыслимых альтернатив формально пор ождае т множество комбинаций , а отнош ение комбинаторности ограничивает это множество и показывает , что на самом деле невоз можно , а что необходимо еще исследовать . И ерархическая списковая структура , в которой у чтены все альтернативы и комбинаты признаков строения, составляет комбинаторный файл семейства технических систем , который представл яет не что иное , как многоуровневую композ ицию вложенных друг в друга морфологических ящиков [96]. Таким образом , анализ методов поискового конструирования показывает , что больши нс тво из них представляет собой комбинацию из нескольких известных методов или же яв ляются производными какоголибо метода , но бол ее эффективными . Наиболее простым и формализу емым методом , позволяющим генерировать большое множество вариантов ТР , является м е тод морфологического анализа и синтеза , но в нем не формализована процедура вы бора наилучшего решения . Представляется целесообр азным развитие этого метода для структурного синтеза ВКА путем добавления процедур ст руктурной оптимизации [100]. Вместе с тем , и зучение вопросов , связанных с автоматизацией проектно-конструкторско й деятельности и , в частости , созданием СА ПР , показало подробную проработку методических основ создания САПР , типовых структур подси стем САПР , правил построения и организации различных ви д ов обеспечений САПР (математического , программного , информационного ) и других теоретических аспектов автоматизированного проектирования [101 - 105]. Большое внимание уделено и аппаратным средствам САПР [104, 106]. Однако проблем ы создания конкретных прикл а дных САПР достаточно полно решены лишь в облас тях электротехники и радиоэлектроники [107 - 109]. В р азработке же САПР машиностроительных объектов , к которым относится и ВКА , основной упо р делается на автоматизацию отдельных процеду р , автоматизированное пр о ектирование отдельных элементов , автоматизацию технологической подготовки производства и изготовление констру кторской документации [110 - 113]. При этом отмечается сложность выработки единого универсального принц ипа конструирования технических объектов ма ш иностроения , основанного во многом на трудноформализуемом творческом подходе [102, 114] и неизбежность , в связи с этим , модификации типовых структур их САПР. Принципиальная возможность решения задачи автоматизации проектирования конкретного класса ТО делае т актуальной разработку методи ческих основ создания САПР ВКА , формализацию типовых процедур ее конструирования и по строение интегральных и локальных критериев о ценки конструкции на различных этапах проекти рования ВКА.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Сегодня вживую видел один из самых быстрых каналов передачи данных: 32 Гб в секунду. Пылесос засосал флешку.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru