Министерството на образованието, младежта и науката

От приведените резултати се вижда, че най-голям дял при сформирането на себестойността имат разходите за наваряване (до 70 % от себестойността ), както и разходите за електроден и защитен материал. И при трите метода с увеличаване на скоростта на подаване на електродния тел себестойността намалява. Това се дължи на факта, че времето необходимо за наваряване на килограм метал намалява, поради увеличаване на производителността (фиг. 4.36) Сравнително по-висока себестойност се получава при наваряването под слой от флюс, което се дължи основно на по-малкият коефициент на наваряване и по-високата цена на използваните защитни материали. По-малкият коефициент на разтопяване, респективно на наваряване се дължат на факта, че част от топлината отделяна при горене на дъгата при наваряване под слой от флюс отива за разтопяване на флюса в резултат на което ефективната мощност на дъгата при останалите два процеса при едни и същи условия е по-голяма.

Разходите за материали включват два вида разходи: за електроден материал и за защита (флюс и защитен газ). Първите са свързани с формата, размера и химическия му състав, а вторите зависят от цената на защитния материал и от специфичните му разходи. При един и същи химически състав разходите за материали намаляват с увеличаване сечението на електродния материал, тъй като цената на последните намалява (табл.3.14). Подобна закономерност съществува и при разходите свързани със защитните материали. Независимо, че количеството на защитните материали в абсолютни единици нараства то разходите намаляват поради намаляване на специфичния дял на защитни материали, припадащи се на килограм наварен метал. Разходите за наваряване зависят от голям брой фактори и при диференциран подход съобразно структурните характеристики на детайлите и специфичните особености на възстановителните процеси е възможно целенасочено да се въздейства върху основните съставляващи на себестойността, като по този начин се постига определена икономия на материали и енергия.
3.3 Избор на рационален метод за възстановяване от условието за минимална относителна себестойност

От приведените резултати в раздели 3.1 и 3.2 и въз основа на извършеният анализ е установено, че изборът на рационален метод за възстановяване не може да бъде определян само по един критерии. Посочено е, че като първа стъпка при определяне на метод за възстановяване е критерият за приложимост. Той се предопределя основно от структурните характеристики на детайлите и най-вече от размерите на повърхнината, подлежаща на възстановяване. При условие, че структурните характеристики позволяват прилагането на няколко алтернативни методи, в този случай се избира онзи от тях, който осигурява минимална себестойност. Този критерии е в сила, ако съответните алтернативни методи осигуряват един и същи ресурс на възстановените детайли. При условие, че различните методи не осигуряват един и същи ресурс, то в този случай трябва да се избере онзи от тях, който осигурява минимална относителна себестойност, която числено е равна на отношението на себестойността на възстановеният детайл към неговата трайност.

Известно е, че трайността на възстановените повърхнини са функция на голям брой фактори, по-съществени от които са: наличието на легиращи елементи в основния и наваръчният материал, като съставът и съотношението им е съобразен с доминиращият вид износване; от размера и формата на наваръчния шев, чиито параметри са функция на режима на наваряване; от коефициента на размесване на основния с добавъчния материал; от топлинното въздействие и термичния режим на наваряване; от микроструктурата и микро твърдостта по височината на наваръчния шев; от броя на наваръчните шевове и възможностите на определен метод да осигури необходимата степен на легиране и др.

Получаването на предварително зададени свойства на наварения метал е сложен процес, тъй като коефициента на преминаване на легиращите елементи зависи не само от тяхното количество, но и от начина на внасянето им в наварения метал и от характера на тяхното взаимодействие. Освен това съществено влияние оказват физическата същност на процесите при съответните методи и условията и режима на наваряване, които водят до различна дисоциация на съединенията и изгаряне на част от легиращите елементи. Това налага извършването на допълнителни изследвания със цел установяване влиянието на съответните фактори при използването на различните алтернативни методи върху трайностните показатели на възстановените детайли. Въз основа на трайността на възстановителните покрития за определен доминиращ вид износване може да бъде определена и относителната себестойност, която се явява като основен критерии при изборът на рационален метод за възстановяване, при условие, че разглежданите методи отговарят на изискванията, свързани с ограничителните условия на първите два критерия

За планиране на многофакторните експерименти е използван принципа на “черната кутия”. Съгласно този принцип обектът на изследването се представя формално, като затворена част от околната среда (черна кутия), в която протичат неизвестни за изследователя процеси. Обектът взаимодействува със заобикалящата го среда чрез редица входни въздействия (фактори) и множество изходни параметри (реакции), определящи неговото функциониране и състояние. На основата на събраната експериментална информация за входните фактори и изходните параметри, изследователят може да получи достатъчно пълна представа за обекта като цяло, без да познава вътрешната му структура. Нещо повече, чрез тази информация той може да построи математическо описание (модел), обвързващо входните фактори и изходните параметри [29, 30, 47].

Наличието на голяма алтернативност по отношение изборът не само на метод, но и на режим на наваряване, за възстановяване работоспособността на износените детайли от земеделска и автотракторна техника, налага избор на такива критерии, свързани с възстановителните методи, които да осигурят оптимални технико икономически показатели на наварените повърхнини. От тук следва, че е необходимо не само да се избере рационален метод за възстановяване, но да се подбере и съответния режим на наваряване съобразно специфичните особености на структурните характеристики на детайлите подлежащи на възстановяване.

Ето защо предмет настоящото изследване е определяне на функционалната зависимост между управляемите фактори и изходните параметри намираща пряко отражение върху сформирането на шева, определянето на границите на приложимост на изследваните методи и себестойността на възстановяване.

Целта на общия подход при експерименталните изследвания е да се създаде възможност за въвеждането на обща терминология, означение и методика на експерименталните изследвания за всички области и за всички обекти на планиране в дадената област. Този подход е разработен на базата на един от принципите на кибернетиката известен като принцип на “черната кутия”. Съгласно този принцип всеки обект от която и да е област може да бъде изучен и управляван само по неговите реакции породени от едни или други външни въздействия без да се познават процесите протичащи вътре в обекта. Това непознаване дава названието “черна кутия” [29, 30, 47].

Н
а фиг. 3.51 е представен кибернетичен модел на многофакторния експеримент при наваряване под слой от флюс и в среда от въглероден диоксид с и без вибрации на електродния тел. За оптимизиране на параметрите на наваряване са проведени опити върху пробни тела от стомана 45 с диаметър 80 mm. Използван e електроден тел марка “Св0,8Г2С” с диаметър на тела Ø = 1,6 mm.

Планът на многофакторния експеримент на е от типа “В_m”, при m = 4. Планът на експеримента се състои от ядро на плана, което представлява дробен факторен експеримент (ДФЕ) от вида 2^4-1.

При този тип многфакторен експеримент уравнението на регресия има вида:

Y₁ = b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃+b₄X₄+b₁₂X₁X₂+b₁₃X₁X₃+b₁₄X₁X₄+

+b₂₃X₂X₃+b₂₄X₂X₄+b₃₄X₃X₄+b₁₁X₁²+b₂₂X₂²+b₃₃X₃² +b₄₄X₄², (3.46)

където b_i са коефициентите на регресия.

В табл. 3.11 са показани нивата на вариране на входните фактори.

Резултатите от регресионния експеримент са получени чрез използване на компютърна програма за статистическа обработка “STATISTIQS”.

В табл. 3.12 е показана разширената матрица на експеримента и получените опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃. експеримента и получените опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃.

При изменението на управляемите фактори X₁, X₂ и X₃ и X₄ в интервала от -1 до +1, параметърът Y₁ се изменя в широки граници (от 5 % до 40 %). Това означава, че обектът се поддава на управление, а с това и на оптимизация. Най-добрият резултат по отношение на Y₁ (5%) се получава в 5-ти опит, при който X₁ е на долно ниво, X₂ на горно ниво, X₃ на долно ниво, а X₄ на горно ниво.

М
атрица на експеримента и получени опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃.при наваряване без вибрации на тела

В табл. 3.13 е показана корелационната матрица за изходните параметри.

От резултатите показани в табл. 3.17 се прави извода, че най-голяма корелация има между параметър Y₁ (коефициент на неравномерност на макронеравностите, К_R, %) и Y₃ (загуби на метал, G_заг, g).

В табл. 3.14 са показани коефициентите на регресия, на детерминираност и стойността на критерия на Фишер за параметъра Y₁.

Taблица 3.14. Коефициенти на регресия, коефициент на детерминираност

и
критерий на Фишер за параметъра Y1 при наваряване с вибрации на тела.

където: R² e коефициентът на детерминираност; R – коефициентът на корелация; В – коефициентите на регресия; F(11, 5) – критерият на Фишер със степени на свобода 11 и 5; р – равнището на значимост за критерия на Фишер; t(5) – критериите на Стюдънт със степен на свобода 5; p-level – равнищата на значимост за критерия на Стюдънт.

Значимите коефициенти при (α = 0,1 – равнище на значимост) са: b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₁.

Коефициентът на детерминираност (определеност) R² = 0,975, от което следва, че 98 % от изменението на Y₁ се дължи на управляемите фактори и само 2 % - на неуправляемите фактори, което е незначително. След изключване на членовете с незначими коефициенти уравнението на регресия за Y₁ има вида:

Критерий на Фишер F (11;5) = 18,029 и съответната му вероятност p < 0,00254 е < 0,05 показват, че параболичният модел е адекватен.

Интерес представлява определяне влиянието на отделните фактори върху изходните параметри. Това се извършва чрез последователно изключване на факторите един по един и отразяването на това върху коефициента на определеност R². При изключване на най-силния фактор R² получава най-малка стойност (табл. 3.15 – 3.18).

От сравняване на R² (табл. 5.4, 5.5, 5.6 и 5.7) следва, че най-силно влияние върху Y₁ има X₁, след това са съответно X₂, X₃ и X₄.

и

зключен фактор X₃ за параметъра Y1 изключен фактор X₄ за параметъра Y1

На фиг. 3.52 и 3.53 са показани повърхнината на отклика и линиите на еднакъв отклик на Y₁ = f (x₁, x₂).

Ф
иг. 3.52. Повърхнина на отклика на Y₁ = f (x₁, x₂)

Ф
иг. 3.53. Линии на еднакъв отклик y₁ = f (x₁, x₂)

От фиг. 3.53 се вижда, че най-малък коефициент на неравномерност на макро неравностите (K_R) имаме, когато X₁ е = – 0,5, а X₂ = 1. Фходните фактори оказват противоположно влияние по отношение на минималните стойности на изходния параметър. С увеличаване на скоростта на наваряване и намаляване на скоростта на подаване на електродния тел се увеличава и коефициента на неравномерност на макронеравностите (К_R, %).

Оптимизацията на входните фактори спрямо изходните параметри е извършена чрез използване на компютърна програма за оптимизация „ОPTIMA 4” разработен в средата „MATCAD”.

За оптималните кодирани стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ се получава: Х₁ =- 0,5; Х₂ = 1; Х₃ = -1 Х₁ = 0,1;

Оптималните натурални стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ са: Х₁ (V_H) = 0,85 m/min; Х₂ (V_т) = 2,30 m/min; Х₃ (S_H) = 2,90 mm/об; Х₄ (U_H) = 22,2 V.

В табл. 3.19 са показани нивата на вариране на входните фактори.

При изменението на управляемите фактори X₁, X₂ и X₃ и X₄ в интервала от -1 до +1, параметърът Y₁ се изменя в широки граници (от 5 % до 35 %). Това означава, че обектът се поддава на управление, а с това и на оптимизация. Най-добрият резултат по отношение на Y₁ (5 %) се получава в 5-ти опит, при който X₁ е на долно ниво, X₂ на горно ниво, X₃ на долно ниво, а X₄ на горно ниво.

В табл. 3.20 е показана разширената матрица на експеримента и получените опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃.

Табл. 3.20.

Матрица на експеримента и получени опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃.при наваряване с вибрации на тела

В табл. 3.21 са показани коефициентите на регресия, коефициентите на детерминираност и стойността на критерия на Фишер за параметъра Y₁.

и
критерий на Фишер за параметъра Y1 при наваряване с вибрации на тела.

където: R² e коефициентът на детерминираност; R – коефициентът на корелация; В – коефициентите на регресия; F(11, 5) – критерият на Фишер със степени на свобода 11 и 5; р – равнището на значимост за критерия на Фишер; t(5) – критериите на Стюдънт със степен на свобода 5; p-level – равнищата на значимост за критерия на Стюдънт.

Значимите коефициенти при (α = 0,1 – равнище на значимост) са: b₀, b₁, b₂, b₃ и b₁₁.

Коефициентът на детерминираност (определеност) R² = 0,959, от което следва, че 96 % от изменението на Y₁ се дължи на управляемите фактори и само 4 % - на неуправляемите фактори, което е незначително. След изключване на членовете с незначими коефициенти уравнението на регресия за Y₁ има вида:

Критерий на Фишер F (11;5) = 10,65 и съответната му вероятност p < 0,0086 е < 0,05 показват, че параболичният модел е адекватен.

Интерес представлява определяне влиянието на отделните фактори върху изходните параметри. Това се извършва чрез последователно изключване на факторите един по един и отразяването на това върху коефициента на определеност R² (табл. 3.22 – 3.25). При изключване на най-силния фактор R² получава най-малка стойност.

От сравняване на R² (табл. 3.22 – 3.25) следва, че най-силно влияние върху Y₁ има X₁, след това са съответно X₂, X₃ и X₄.

На фиг. 3.54 и 3.55 са показани повърхнината на отклика и линиите на еднакъв отклик на Y₁ = f (x₁, x₂).




Фиг. 3.54. Повърхнина на отклика на Y₁ = f (x₁, x₂)



Фиг. 3.55. Линии на еднакъв отклик y₁ = f (x₁, x₂)

Анализирайки фиг. 3.55 се прави извод, че най-малък коефициент на неравномерност на макро неравностите (K_R) имаме, когато X₁ е = – 0,7, а X₂ = 0,9.

При наваряване с вибрации на електродния тел входните фактори оказват противоположно влияние по отношение на минималните стойности на изходния параметър. С увеличаване на скоростта на наваряване и намаляване на скоростта на подаване на електродния тел се увеличава и коефициента на неравномерност на макронеравностите (К_R, %). При наваряване с вибрации на електродния тел оптималните кодирани стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ са: Х₁ = - 0,8; Х₂ = 1; Х₃ = -1 Х₁ = 0,1;

Оптималните натурални стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ са: Х₁ (V_H) = 1,4 m/min; Х₂ (V_т) = 2,3 m/min; Х₃ (S_H) = 2,75 mm/об; Х₄ (U_H) = 20,2 V.

В табл. 3.26 са показани нивата на вариране на входните фактори.

М
атрица на експеримента и получени опитни стойности за Y_1, Y₂ и Y₃.при наваряване под слой от флюс

В табл. 3.28 са показани коефициентите на регресия, коефициентите на детерминираност и стойността на критерия на Фишер за параметъра Y₁.

където: R² e коефициентът на детерминираност; R – коефициентът на корелация; В – коефициентите на регресия; F(11, 5) – критерият на Фишер със степени на свобода 11 и 5; р – равнището на значимост за критерия на Фишер; t(5) – критериите на Стюдънт със степен на свобода 5; p-level – равнищата на значимост за критерия на Стюдънт.

Значимите коефициенти при (α = 0,1 – равнище на значимост) са: b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₁.

Коефициентът на детерминираност (определеност) R² = 0,983, от което следва, че 98 % от изменението на Y₁ се дължи на управляемите фактори и само 2 % - на неуправляемите фактори, което е незначително. След изключване на членовете с незначими коефициенти, уравнението на регресия за Y₁ има вида:

Интерес представлява определяне влиянието на отделните фактори върху изходните параметри. Това се извършва чрез последователно изключване на факторите един по един и отразяването на това върху коефициента на определеност R² (табл. 3.29 – 3.32). При изключване на най-силния фактор R² получава най-малка стойност.

и
зключен фактор X₃ за параметъра Y1 изключен фактор X₄ за параметъра Y1

От сравняване на R² (табл. 3.29 – 3.32) следва, че най-силно влияние върху Y₁ има X₁, след това са съответно X₂, X₃ и X₄.

На фиг. 3.56 и 3.57 са е показани повърхнината на отклика и линиите на еднакъв отклик на Y₁ = f (x₁, x₂).



Фиг. 3.56. Повърхнина на отклика на Y₁ = f (x₁, x₂)



Фиг. 3.57. Линии на еднакъв отклик y₁ = f (x₁, x₂)

От фиг. 3.57 се вижда, че най-малък коефициент на неравномерност на макро неравностите (K_R) имаме, когато X₁ е = – 0,8, а X₂ = 0,8. При наваряване под слой от флюс фходните фактори оказват противоположно влияние по отношение на минималните стойности на изходния параметър. С увеличаване на скоростта на наваряване и намаляване на скоростта на подаване на електродния тел се увеличава и коефициента на неравномерност на макронеравностите (К_R, %).

При наваряване под слой от флюс оптималните кодирани стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ са: Х₁ = - 0,53; Х₂ = 1; Х₃ = -1 Х₁ = 0,1. Оптималните натурални стойности на входните фактори спрямо изходният параметър Y₁ са: Х₁ (V_H) = 0,6 m/min; Х₂ (V_т) = 2,3 m/min; Х₃ (S_H) = 3,3 mm/об; Х₄ (U_H) = 28,2 V.