Научная статья на тему 'Анализ и синтез лазерных систем контроля геометрических параметров транспортных средств'

Анализ и синтез лазерных систем контроля геометрических параметров транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
107
8
Поделиться
Ключевые слова
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ / ЛАЗЕР-СОДЕРЖАЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Блянкинштейн Игорь Михайлович, Кашура Артем Сергеевич

Проведено имитационное моделирование процесса измерения геометрических параметров транспортных средств системами контроля на основе лазерных измерителей. Проведена сравнительная оценка предлагаемых вариантов измерительных систем с позиций точности процедуры измерения.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Блянкинштейн Игорь Михайлович, Кашура Артем Сергеевич,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Анализ и синтез лазерных систем контроля геометрических параметров транспортных средств»

Заключение

Система предназначена для многократного постоянного использования, и может использоваться в мобильных грузоподъемных машинах с выносными, выдвижными или откидными винтовыми опорами.

Библиографический список

1. Котельников В.С. Комментарий к правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00) / В.С. Котельников,

Н.А. Шишков. - М.: МЦФЭР, 2007. - 720 с.

2. Найфельд М.Р. Заземление и другие защитные меры. - М. : «Энергия», 1975. - 104 с.

3. Пат. 2363006 Российская Федерация, МПК G01R 27/20. Устройство для погружения в грунт винтовых электродов / Ирха Д.А., Ирха П.Д.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет. - N 2008109372/28; заявл. 11.03.08; опубл. 27.07.09, Бюл. N 21. - 6 с.

System for grounding and increased to sustainability mobile hoisting machine with screw supports

V.S. Shcerbakov, M.S. Korytov, N.A. Kamuz

Describes the grounding system of mobile hoisting machine while increasing its sustainabil-

ity by means of screw-nut mechanism, structurally related to the screw supports, have voiced simultaneously as electrodes, immersed in the soil, and powered by hydraulic motors bearings when they put up on the machine.

Щербаков Виталий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, декан факультета «Нефтегазовая и строительная техника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - проектирование систем управления строительных и дорожных машин. Имеет более 260 опубликованных работ. E-mail: sherbakov_vs@sibadil.org

Корытов Михаил Сергеевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и спецтехнологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - динамика и устойчивость строительных и дорожных машин, разработка систем управления грузоподъемными кранами. Имеет 45 опубликованных работ. E-mail: kms142@mail.ru

Камуз Наталья Александровна - соискатель, кафедра «Автоматизация технологических процессов и электротехника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - создание систем автоматизированного моделирования строительных и дорожных машин. Имеет 14 опубликованных работ.

Статья поступила 16.01.2010 г.

УДК 629.113

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

И.М. Блянкинштейн, А.С. Кашура

Аннотация. Проведено имитационное моделирование процесса измерения геометрических параметров транспортных средств системами контроля на основе лазерных измерителей. Проведена сравнительная оценка предлагаемых вариантов измерительных систем с позиций точности процедуры измерения.

Ключевые слова: имитационное моделирование, геометрические параметры, измерительные системы, лазер-содержащее оборудование.

Введение

Прогресс в развитии технологического оборудования, применяемого при производстве, сертификации и ремонте автомобилей, как и прогресс в других областях техники, возможен на основе применения новых идей и технологий. Все вышесказанное в полной мере относится и к оборудованию для контроля геометрических параметров транспортных

средств (ТС). В настоящее время для этих целей в основном применяются механические контактные меры и основанные на них методы измерений, хотя в других областях техники (геодезия, строительство) широкое применение получили лазерные измерители. Преимущества лазерных измерителей очевидны -это возможность измерения без непосредственного контакта с объектом, приспособлен-

ность к автоматизации измерений и пр. Однако вопросы применения таких измерителей в сфере производства и эксплуатации автомобилей недостаточно изучены.

На кафедре «Транспорт» Политехнического института ФГОУ ВПО СФУ ведутся исследования по совершенствованию технологии контроля геометрических параметров ТС на основе лазерных измерителей. В результате анализа ранее проведенных работ и исследований установлено следующее: лазер в измерениях геометрии кузовов, углов установки управляемых колес и других параметров находит свое применение, но его луч используется только лишь в качестве визира, в то время как сами замеры проводятся системами, основанными на традиционных преобразователях и датчиках, что не позволяет использовать все достоинства лазера и может являться причиной увеличенной продолжительности измерения контролируемых параметров.

В качестве базового технического решения при анализе и синтезе измерительных систем использовали разработку НИИАТ по а.с. №1706742 от 23.01.1992 г., являющуюся рубежной в смысле перехода от механических систем к автоматизированным. Эта система представляет собой измерительные элементы, выполненные в виде датчиков угла поворота, рамок, ролика и нерастяжимой нити, один конец которой закреплен на ролике, а другой оснащен узлом крепления к контрольной точке кузова, аналого-цифрового преобразователя, ЭВМ и устройства предоставления информации. Для определения координат точки с помощью измерительных элементов свободный конец нити вытягивается и прикрепляется к соответствующей точке кузова. По полученным значениям длины нерастяжимой нити и углов склонения к контрольным плоскостям высчитываются координаты контрольной точки.

На основе вышерассмотренного технического решения с использованием структурного и параметрического синтеза были получены три авторских способа контроля геометрических параметров транспортных средств, которые и были выбраны для дальнейших исследований. К ним был добавлен вариант, реализуемый в геодезических приборах «тахеометрах» и представляющий интерес для практической реализации - все они представлены в таблице 1.

Как видим, применение лазерных измерителей для совершенствования технологии контроля геометрических параметров ТС располагает множеством вариаций исполнения, однако при этом аспекты технологии измере-

ния недостаточно полно изучены с точки зрения оценки точности получаемых результатов.

Анализ достоинств и недостатков каждой из представленных лазерных систем по контролю геометрических параметров ТС в настоящем исследовании вели с позиции точности производимых измерений. Количественная оценка влияния структуры измерительных систем и их параметров на погрешность измерения производилась с помощью имитационного моделирования на основании алгоритма и методики определения пространственных координат контрольных точек и длин контролируемых отрезков ТС, изложенных в предыдущей работе [1].

Для сравнительного анализа погрешностей исследуемых вариантов измерительных систем были рассмотрены частные случаи для дискретного режима измерения. По результатам имитационного моделирования построена зависимость изменения погрешности измерения от расстояния до контролируемого объекта при неизменных длине измеряемого отрезка и расстоянии между измерителями (равных 2000 мм), представленная на рисунке

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

1. Также построена зависимость изменения погрешности измерения от длины контролируемого объекта при неизменных расстоянии до середины отрезка и расстоянии между измерителями (равных 2000 мм), представленная на рисунке 2. Расчет точности измерений производился исходя из паспортных среднеквадратических погрешностей (отклонений) указанных для промышленно выпускаемых приборов: лазерный дальномер - 0,75 мм, датчик регистрации угла поворота - 5,28 угловых минут, распределение погрешностей соответствует нормальному закону.

Результаты проведенных исследований на основе имитационного моделирования, представленные на рис.1 и рис.2 свидетельствуют, что погрешности измерения, реализуемые различными вариантами лазерных систем, зависят от структуры измерительной системы, связанной с ней функциональной схемой расчета координат искомых точек, а также от параметров размещения измерителей в пространстве между собой и относительно контролируемого объекта. Проведенный сравнительный анализ полученных результатов на основе имитационного моделирования (при сопоставимых параметрах точности первичных преобразователей) позволяет ранжировать рассмотренные варианты с позиций оценки точности проводимых измерений следующим образом (начиная с наименее точного): вариант 1;вариант 3; вариант 2; вариант 4.

Таблица 1 - Варианты лазерных измерительных систем контроля геометрических параметров

вар

Схема способа и система исходных уравнений

Наименование и описание способа

x = x0 + AC • cos у

y = y0 + AC • sin у

z = z0 + AD • sin a ,

где x0, y0, z0 - координаты точки A, x,y,z - координаты искомой точки.

Способ контроля положения точек кузова ТС. Патент № 2239505 РФ

Рассматриваемая система, в качестве измерительных элементов использует две измерительные рамки, каждая из которых состоит из датчиков угла поворота и лазерного указателя, предназначенного только для наведения измерительного элемента на контрольную точку.

Измерительным элементам задают пространственные координаты и наводят два луча на одну точку кузова, регистрируют значения углов склонения лучей и определяют координаты контрольной точки кузова.

fD =J (x - x з) + (у - Уз) + (z - z з) =Ь

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

<

AD =у(x - x1) + (у - у1) + (z - z1) = Ь

Способ контроля положения точек кузова ТС на основе лазерных дальномеров. Патент № 2291751 РФ

Способ включает измерение координат (х, у, z) точек с помощью лучей измерительных элементов, которые наводят на контрольные точки кузова ТС.

В качестве измерительных элементов используют три лазерных дальномера, которым задают пространственные координаты, наводят три луча на одну точку кузова, замеряют длину лучей и рассчитывают пространственные координаты вышеуказанной точки.

BD =

= Ьз

Ч(х х 2)+ ( у - у 2)+ (* - * 2) =

Ч,у,* - координаты искомой точки, получаемые при решении системы уравнений второго порядка численным методом.__________

x = x0 + AD • cosa- cosy y = y0 + AD • cosa • sin у z = z0 + AD • sin a где x0, y0, z0 - координаты точки A,

x,y,z - координаты искомой точки.

Способ измерения пространственных координат, реализуемый в геодезических приборах «тахеометрах»

В качестве измерительных элементов используют два датчика угла поворота и один лазерный измеритель, луч которого наводят на контрольную точку кузова, замеряют длину луча и углы его склонения по отношению к базовым плоскостям и определяют пространственные координаты вышеуказанной точки кузова в заданной системе координат путем решения системы исходных уравнений.

1

2

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

2

3

_вад_

Схема способа и система исходных уравнений

Наименование и описание способа

Вид сЬерхц х = хА + АВ <у = ув + ВС = 2С + DC,

где хА - координата х точки А (точка расположения первого измерителя), ув - координата у точки В (точка расположения второго измерителя),

2С - координата z точки С (точка расположения третьего измерителя), х, у, 2 - координаты искомой точки D.

Способ измерения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов транспортного средства. Патент №2314492 РФ

Способ включает определение параметров в измерительном пространстве с помощью оптической измерительной системы, в качестве которой используют лазерные измерители расстояний, установленные с возможностью перемещения по направляющим и поворота, располагаемые с каждого из боков ТС на заданном расстоянии друг от друга. В режиме непрерывного измерения с заданной частотой опроса регистрируют пространственные координаты х, у^ /-тых точек боковых поверхностей кузова и колес соответственно с правой и левой сторон ТС, а данные измерений собирают в ПК.

4

Рис. 1 - Зависимость изменения погрешности измерения от расстояния до контролируемого объекта при различных вариантах исполнения измерительных систем

£■

-

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

г

Й

ь

с

г

I

в,

и

с

с

&

я

я

р.

и

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Длина контролируемого отрезка, мм

Рис. 2 - Зависимость изменения погрешности измерения от длины контролируемого отрезка при различных вариантах исполнения измерительных систем

Системы по вариантам 1 и 3 обладают большими значениями погрешностей и сильнее зависят от геометрических параметров взаимного расположения, видимо, по причине использования в них датчиков угловых величин. В сравнении с ними система по варианту 2 менее чувствительна к параметрам взаимного расположения. А система по варианту 4, основанная на возможности линейного перемещения измерителей по направляющим и обеспечивающая прямое измерение координат х,у^ контрольных точек, не зависит от таких параметров систем и обладает наименьшими погрешностями измерения.

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. На основе анализа и синтеза систем контроля геометрических параметров ТС предложены и запатентованы варианты измерительных систем на основе лазерных измерителей.

2. Проведены исследования погрешностей измерения, обеспечиваемых названными вариантами измерительных систем, построены зависимости погрешностей от структуры и параметров измерительных систем.

3. Не принимая во внимание стоимость аппаратно-технической реализации и время, затрачиваемое на процедуру измерения, оптимальными показателями, с позиции точности получаемых результатов, обладает измерительная система, в которой используются лазерные измерители расстояний, установ-

ленные с возможностью перемещения по направляющим (вариант 4) и обеспечивающие прямое измерение координат х,у^ контрольных точек ТС.

4. Очевидно, что система по варианту 2, предназначенная для измерения в дискретном режиме, пригодна для практического применения по параметрам точности, будет обеспечивать меньшие аппаратнотехнические затраты на реализацию в сравнении с системой по варианту 4, но в сравнению с ней будет обладать невысокой производительностью.

5. Система по варианту 4 обеспечивает возможность проведения как дискретных измерений, так и измерений в непрерывном режиме (режиме «трекинга»), что обеспечивает ей наиболее широкий спектр применения при контроле геометрических параметров ТС.

Заключение

Системы контроля на основе лазерных измерителей, обеспечивающие возможность измерения без непосредственного контакта с объектом, приспособленные к автоматизации измерений, обладающие удовлетворительными погрешностями измерения, позволят значительно улучшить технологические процессы контроля геометрических параметров при производстве, сертификации и ремонте ТС.

Библиографический список

1. Блянкинштейн И. М. Алгоритм и методика исследования погрешностей измерения геометриче-

ских параметров АТС ‘^-системами” / И.М. Блянкинштейн, М.М. Валиханов, А.С. Кашура // Автомобильная промышленность, 2009. -№11, С. 3135.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

The analysis and synthesis of laser monitoring systems of vehicle geometrical parameters

I.M. Blyankinshtein, A.S. Kashura

Imitating modeling of process measurement of geometrical parameters of vehicles by monitoring systems on the basis of laser measuring instruments is spent. The comparative estimation of offered variants of measuring systems from positions of accuracy procedure of measurement is spent.

Блянкинштейн Игорь Михайлович - канд. техн. наук, доцент , доцент кафедры «Транспорт» Сибирского федерального университета. Основное направление научных исследований -совершенствование методов и технических средств реализации технологических процессов технического обслуживания и ремонта автомобилей. Имеет 70 опубликованных работ. * e-mail: blyankinshtein@mail. ru.

Кашура Артем Сергеевич - аспирант кафедры «Транспорт» Сибирского федерального университета. Основное направление научных исследований - совершенствование методов и технических средств контроля геометрических параметров транспортных средств с помощью лазер-содержащего оборудования. Имеет 8 опубликованных работ. * e-mail: osuat@mail.ru.

Статья поступила 15.06.2010 г.

УДК 629.113.004.5

РАЗОГРЕВ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВС

В.Н. Визовитин

Аннотация. Рассмотрены проблемы обеспечения теплового состояния автотранспортных средств в условиях низких температур. Представлены результаты исследования коэффициента перепада температур элементов двигателя ЗиП-130. Выполнено моделирование несоосности шейки коленчатого вала и подшипников скольжения.

Ключевые слова: тепловое состояние, режим разогрева, коленчатый вал, коэффициент перепада, моделирование.

Эксплуатация автотранспортных средств (АТС) в суровых климатических условиях сопряжена с комплексом негативных факторов, воздействующих на систему водитель - АТС. Слабо развитая дорожная инфраструктура, значительные плечи перевозок, длительная работа АТС в отрыве от баз дислокации, а также сложности технического содержания техники в этот период ведут к дополнительным экономическим затратам, снижают готовность технической системы к осуществлению перевозочного процесса.

Рост частоты появления характерных зимних отказов и успешность их устранения в условиях окружающей среды при отсутствии технической помощи, в значительной степени зависит от оснащенности и подготовленности АТС, в том числе и средствами выработки тепловой энергии. Чаще всего в качестве такого средства водителем используется опасный и недопустимый метод обеспечения теплового состояния элементов ДВС с помощью паяльной лампы. Такие

методы тепловой подготовки, а также использование мощных моторных подогревателей способствуют значительным температурным перепадам отдельных элементов блока цилиндров как по высоте, длине так и по ширине блока. Неравномерный прогрев приводит к деформациям, появлению микротрещин в структуре метала, нарушая его прочность и герметичность.

Для эффективной и бесперебойной работы транспорта в арктической и субарктической подзонах северной климатической зоны, необходимо использовать АТС в северном исполнении. Однако реальная практика такова, что подавляющая часть выпускаемых АТС предназначена для эксплуатации при температурах не ниже минус 40 °С. Возникновение характерных зимних отказов и в частности причины проворота и повышенный износ вкладышей коленчатого вала при запуске ДВС, относятся к категории слабо проработанных, в практической деятельности транс-

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.