Том 10, № 3 (2016)

Приведены подходы к моделированию динамики манипуляторов мобильных транспортно-технологических машин с учетом упругой податливости звеньев. Уравнения движения звеньев манипулятора записываются с помощью метода множителей Лагранжа. В качестве главных координат для каждого звена приняты четыре параметра Родрига-Гамильтона, координаты положения звена как абсолютно твердого тела и упругие перемещения. Уравнения учитывают влияние внешних и внутренних упругих и квадратичных сил. Внутренние упругие силы вычисляются на основе матрицы жесткости, формируемой при расчете манипулятора методом конечных элементов. Для задания шарнирных соединений вводится необходимое количество уравнений связи. Рассмотрены способы создания широко распространенных в кинематических схемах манипуляторов цилиндрических и призматических шарниров с помощью набора ограничений, предполагающих взаимную перпендикулярность векторов, принадлежащих шарнирно-сочлененным звеньям. С использованием разработанной модели выполнен расчет динамики крана-манипулятора машины АСТ-4-А. Установлено, что учет упругости звеньев позволяет выявить колебательный характер изменения кинематических и силовых факторов процесса и, таким образом, повысить адекватность моделирования работы манипуляционной системы в процессе эксплуатации машины. Упругость звеньев обуславливает их колебания с частотой, соизмеримой с первой низшей собственной частотой колебаний самой металлоконструкции манипуляционной системы, что свидетельствует о желательности ее проверки на отсутствие резонанса и, при необходимости, разработки конструктивных мер по повышению динамической надежности манипуляционной системы. Показано, что для расчета манипуляторов ряда машин требуется учет динамики шасси.

Рассмотрены вопросы оценки достижимых значений эксплуатационных характеристик интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы комплексированной с одометрическим датчиком и предназначенной для наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства. Построение относительно дешевых современных навигационных систем для наземных транспортных и сельскохозяйственных технологических средств обеспечивается посредством интегрирования разнородных навигационных систем, к которым относят инерциально-спутниковые системы, объединяющие в единый аппаратный комплекс инерциальный и спутниковый модули. Достижимая точность выработки навигационных параметров обеспечивается применением специальных алгоритмов обработки измерительной информации в сочетании с комплексированием системы и стороннего источника дополнительной информации, к которому относится одометрический датчик. К числу наиболее перспективных датчиков относят чувствительные элементы, построенные с использованием технологии производства микроэлектромеханических систем - MEMS/MEMC (Micro-Electro Mechanical Sistems). Навигационные системы построенные на базе МЕМС датчиков обладают рядом преимуществ. К числу основных достоинств следует отнести малые массогабаритные характеристики (объем менее 1см3, при весе менее 1 грамма), низкое энергопотребление, высокую надежность, невосприимчивость к виброударным нагрузкам (до 2000g), простоту интеграции датчиков и электронных модулей навигационной системы, низкую стоимость. Основным недостатком является необходимость синтеза сложных алгоритмов обработки измерительной информации для получения заданной точности оценки навигационных параметров. Рассмотрена навигационная система, в которой в качестве МЕМС датчиков применялись гироскопы ADXRS-150 в сочетании с акселерометрами ADXL-210 производимыми компании Analog Devices. Представлены основные конструкторско-технологические характеристики датчиков, сформулированы критерии отбора датчиков, приводится оценка технико-экономического эффекта использования МЕМС в навигационной системе. Практическую важность представляет оценка достижимых точностных характеристик системы в реальных условиях эксплуатации. В работе приводятся результаты натурных испытаний навигационной системы, построенной на базе МЕМС датчиков и предназначенной для грузоподъемника, осуществляющего перевозки на территории морского порта. Результаты экспериментальных исследований подтвердили эффективность применения МЕМС в качестве чувствительного элемента инерциально-спутниковой навигационной системы наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства, что создает фундамент для новых высокотехнологичных разработок.

Рассмотрены пути энергосбережения при воздушном отоплении кабин мобильных машин (тракторов, автомобилей, комбайнов) и производственных помещений. Показано, что в кабинах мобильных машин относительно небольшого объёма, где отсутствует вытяжная вентиляция, для снижения энергопотребления на отопление при условии обеспечения на рабочем месте нормируемых температуры и относительной влажности целесообразно использовать частичную рециркуляцию обрабатываемого воздуха. Даны конкретные рекомендации по работе отопления кабины мобильной машины, которая характеризуется такими основными параметрами, как теплопроизводительность, подача воздуха и его температура. Установлено, что частичная рециркуляция обрабатываемого воздуха в кабине мобильной машины позволила снизить энергозатраты на отопление в 1,94 раза и обеспечила на рабочем месте оператора нормируемую относительную влажность воздуха без применения каких-либо дополнительных агрегатов для увлажнения. Показано, что в помещениях большего объёма, где осуществляется техническое обслуживание и текущий ремонт машин, при наличии вытяжной вентиляции для обеспечения норматива по относительной влажности воздуха требуется увлажнитель. При этом с целью снижения энергопотребления на отопление необходимо утилизировать теплоту вытяжного потока воздуха для предварительного подогрева поступающего на обработку наружного воздуха с помощью теплообменника-рекуператора снабженного осушителем вытяжного потока для исключения обмерзания аппарата в условиях низкой внешней температуры. В качестве наполнителя блока осушения рекомендовано применять силикагель, так как поглощение влаги силикагелем сопровождается повышением температуры обрабатываемого воздуха, что в системе отопления приводит к снижению энергозатрат и является положительным качеством.

При проектировании преселекторных коробок передач для тракторов и автомобилей конструкторы машиностроительных предприятий сталкиваются с отсутствием методик, позволяющих однозначно определить их конструктивные параметры. В частности, при определении схемы расположения валов в четырехвальных преселекторных коробках передач с несоосным расположением валов при необходимости соблюдения минимальной габаритной ширины возникает взаимное влияние параметров геометрии и расположения шестерен друг на друга и на габаритную ширину одновременно. При решении такой задачи приходится прибегать к применению графоаналитического метода с большим количеством итераций, что трудоемко и не обеспечивает гарантии повторяемости результата. В статье приведена методика, позволяющая выбрать рациональные параметры основных кинематических звеньев для обеспечения минимальной габаритной ширины, и однозначно определить их положение в пространстве. Последовательность проектирования преселекторной коробки передач сводится к выбору передаточных чисел и формированию рациональной схемы расположения валов, благодаря которой достигается минимизация ее габаритной ширины. Установлено, что, исходя из кинематических параметров звеньев, можно построить ромб, который полностью определяет расположение валов в преселекторной коробке передач. Для полного описания геометрии этого ромба и его положения в пространстве получены соответствующие аналитические зависимости, позволяющие определять габариты преселекторной коробки передач и расстояние между входным и выходным валами без применения графоаналитического метода с большим количеством итераций. Разработанная методика проектирования преселекторных коробок передач может быть использована при создании подобных конструкций для автомобилей.

Рассмотрены основные причины необходимости утилизации шин, вышедших из употребления. Шина рассмотрена как сложное композитное изделие, которое должно удовлетворять таким требованиям, как устойчивость к повторно - переменным нагрузкам и разрушающему действию внешней среды и т.д.; именно эти свойства шин усложняют процесс утилизации; для решения этих вопросов приведен среднестатистический состав шины. Показаны различия в обращении с изношенными шинами в различных странах и способы утилизации пневматических и не пневматических шин: рассмотрены варианты холодного восстановления и горячего восстановления шины, приведен экономический эффект от восстановления шины по сравнению с заменой шины, приведены методы переработки изношенных шин - с разрушением резиновой составляющей, что приводит к деструкции полимера, и без разрушения резиновой составляющей. Приведено процентное соотношение использования восстановленных шин в общем объеме приобретаемых шин в ряде стран. Проведен анализ вариантов дальнейшей переработки шин - переработка шин в резиновую крошку и дальнейшее её использование. Описаны общие конструктивные особенности шин без воздуха (не пневматических шин) - «спицевых» и «сотовых». Проведено сравнение методов утилизации пневматических и непневматических шин с точки зрения конструкции и материала шины. Предложена обобщенная классификация методов утилизации полиуретановых материалов, рассмотрены экологические вопросы утилизации шин. Установлены причины упрощения утилизации пневматических шин по сравнению с непневматическими (безвоздушными) шинами. Рассмотрена возможность применения биодеструкции в качестве одного из наиболее экономически и экологически эффективных способов утилизации материалов не пневматически (безвоздушных) шин, а именно продуктов из полиуретана.