В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений (РС), и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности РС.
Существенное влияние на эксплуатационные характеристики РС оказывают схема нагружения соединения, равномерность распределения нагрузки по виткам, уровень концентрации местных напряжений, усилие затяжки, технология и точность изготовления резьбовых деталей, наличие и вид покрытий, и другие факторы.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе, за счет управления податливостью деталей и витков резьбы (рисунок 1) [1]. Однако в литературе не приводятся численные данные о равномерности распределения нагрузки по виткам резьбы для данных соединений.

 а)                             б)                         в)

В то же время, разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств РС, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей, например, за счет введения в зону контакта анаэробных материалов (АМ), что, как показывают проведенные исследования, позволяет комплексным образом обеспечить качество РС без существенного увеличения затрат. Установлено, что применение АМ позволяет обеспечить более равномерное распределение и уменьшение нагрузки на витки в резьбовом соединении [2–6].
В настоящей работе, методом конечных элементов, исследуется комплексное влияние конструкции гайки с кольцевой выточкой (рисунок 1,б) и технологии сборки с применением АМ на распределение нагрузки между витками резьбы, и упрочнение РС.
На рисунке 2 представлены расчетные модели РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку и без нее.

а) РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку

б) РС с гайкой без кольцевой выточки
Рисунок 2. Расчетные модели резьбовых соединений

Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение – М10 – 6H/6g (средний зазор посадки по среднему диаметру – ); наружный, внутренний и средний диаметры резьбы – , , ; шаг резьбы – ; угол профиля резьбы – ; материал болта – сталь 45Х (, ) и гайки – сталь 35Х (, ).
К РС прикладывалась внешняя нагрузка . Коэффициент трения () в зоне контакта резьбовых деталей задавался:  – при сборке с АМ,  – при сборке без АМ. Глубина кольцевой выточки на гайке изменялась от 1,5 до 3 мм, при общей высоте гайки 8,5 мм.
Результаты расчета представлены на рисунке 3, где показана доля нагрузки, приходящаяся на каждый виток .

1 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное без АМ ();
2 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное с АМ ();
3 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное без АМ ();
4 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное без АМ ();
5 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное с АМ ();
6 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное с АМ ()
Рисунок 3. Распределение нагрузки по виткам резьбы

Результаты расчета (рисунок 3) показывают, что нагрузка на первый виток в РС, собранном с применением АМ, уменьшается на 36,23% (кривая 1 и кривая 2). При использовании гайки с кольцевой выточкой нагрузка на первый виток уменьшается на 55,61% (глубина выточки 1,5 мм) (кривая 1 и кривая 3) и на 52,42% (глубина выточки 3 мм) (кривая 1 и кривая 4).
При одновременном применении для выравнивания нагрузки гайки с кольцевой выточкой и АМ, нагрузка на первый виток уменьшается на 71,8% (гайка с кольцевой выточкой 1,5 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 5) и на 68,4% (гайка с кольцевой выточкой 3 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 6). Кроме того, часть эксплуатационной нагрузки воспринимается АМ, находящимся в пустотах зоны контакта (до 40%), что дополнительно разгружает витки РС.
Таким образом, сборка РС с применением АМ и с гайкой, имеющей кольцевую выточку, обеспечивает более равномерное распределение и одновременное уменьшение нагрузки на витки, что приводит к существенному увеличению прочности РС. Данный комплексный эффект необходимо учитывать при конструкторско-технологическом проектировании, создавая оптимальные и надежные резьбовые соединения.

В свою очередь, применение многофункциональных покрасочных роботов также ставит задачу эффективного их использования. В случае относительно небольших размерах зоны выполнения покрасочных работ или при возможности ее жесткого разбиения на отдельные независимые участки, функционирование каждого покрасочного робота является независимым и не требует согласования с другими роботами. Однако в случае различной конфигурации покрасочных участков или различных требований к способам нанесения покрытия это приводит к изменению времени работы робота на участке и, в итоге, к частым простоям при окончании покрасочных работ на выделенном роботу участке при продолжении работы других роботов группы [2].

Для исключения подобных ситуаций покрасочные роботы целесообразно объединить в группу с единой системой управления. При этом система управления группой покрасочных роботов должна обеспечивать устойчивое функционирование группы покрасочных роботов при решении общей многокомпонентной задачи с обеспечением максимальной эффективности.

Особенностью алгоритмов управления является использование многокомпонентной математической модели, способной обрабатывать формализованную информацию о взаимодействии элементов математической модели, что позволяет повысить качество управления и, в конечном итоге, увеличить эффективности выполнения множества взаимосвязанных задач покрасочного производства.

При решении задачи управления группой мобильных роботов, основным критерием оптимальности распределения является суммарный объем работ на выделенных участках окрашиваемой зоны. Для этого необходимо сгенерировать стратегии для каждого покрасочного робота группы с целью нахождения оптимального множества обрабатываемых участков рабочей зоны. Формирование стратегии каждого покрасочного робота группы выполняется итеративным динамическим алгоритмом, блок-схема которого приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Алгоритм динамического распределения объема работ для группы покрасочных роботов по участкам окрашиваемой зоны

Особенностью алгоритма является его выполнение как на этапе предварительного поиска оптимального распределения, так и в процессе функционирования группы при изменении состава группы покрасочных роботов, изменении статуса отдельных роботов при завершении присвоенных задач, конфигурации участков окрашиваемой зоны и других изменениях внешних по отношению к группе факторов.

Структура реализующей предложенный алгоритм системы управления показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема системы управления группой покрасочных роботов

Система управления реализует тактический и стратегический уровни управления. На тактическом уровне в рамках принятой стратегии управления на основе информации сенсорной системы производится расчет траектории движения робота, управление сервоприводами робота и покрасочным автоматом [3].

На стратегическом уровне производится координация работы покрасочного робота внутри группы и построение стратегии выполнения задач в рамках распределения участков покраски. При этом предложенный алгоритм позволяет искать оптимальное распределение для децентрализованной группы покрасочных роботов при объединении роботов различной конструкции.

Стратегический уровень системы управления реализуется как дополнительный модуль, подключаемый к системам управлениям покрасочных роботов и взаимодействующий с сенсорной системой робота, системой управления и модулем связи [4]. Реализация такой архитектуры позволяет объединить изначально автономных роботов в одноранговую децентрализованную группу и производить координацию работы роботов внутри группы.

Модуль управления стратегического уровня предложенной архитектуры включает в себя математическую модель рабочей зоны группы покрасочных роботов, блок расчета критерия оптимальности управления и блок синтеза оптимальной стратегии управления для поиска оптимального распределения участков окраски.

На основании информации сенсорной системы робота и полученной информации от других роботов группы производится корректировка характеристик системы управления тактического уровня управления роботом. При этом информация об изменении передается другим роботам группы для последующего перераспределения оставшихся участков покраски общей рабочей зоны.

Применение предложенного алгоритма в виде отдельного модуля имеющихся систем управления покрасочными роботами не требует значительных финансовых затрат и позволит увеличить эффективность выполнения задач покрасочного производства.