CC BY
11
Stasiuk V. V. Adaptive method of movement UAV in a little known space
The article discusses the development direction of unmanned aerial vehicles (UAVs) of the national aviation. The author notes that unmanned systems are actively used in geodetic, agro, aerospace, at home, etc. UAVs can be implemented on the basis of the program, adaptive or intelligent control systems. Proposes an approach to the modeling of flexible and extensible adaptive navigation systems. The author suggests a model of navigation rules that are implemented in software and hardware.
Keywords: adaptive control system, unmanned aerial vehicles, unmanned systems, UAVs, national aviation, intelligent control systemmodeling, navigation rules, program control system.
УДК 634.0.3 772 Acnip. Р.1. Турянський1 - НЛТУ Украгни, м. Львiв
АНАЛ1З КОНСТРУКТИВНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ МОНТАЖНО-
ДЕМОНТАЖНОГО ОБЛАДНАННЯ П1ДВ1СНИХ КАНАТНИХ Л1СОТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ I МЕТОД1В ЙОГО РОЗРАХУНКУ
Наведено схему класифжаци монтажного обладнання. Розроблено схему мехашз-му шдшмання штучно! щогли канатно! люотранспортно! установки. Проведено аншш конструктивных особливостей, наведено розрахунж^ схеми та методи розрахунку монтажных лебщок та натяжных пристро1в. Запропоновано розрахункову схему пнев-моприводного модуля для натягування несного канату.
Ключовi слова: монтажний механiзм, розрахункова схема, основш параметри, натяжно пристрiй, зусилля в елементах механiзму, пневмоприводний модуль.
Шдвкш канатш лiсотранспортнi установки е складними iнженерними спорудами. Для введения 1х в експлуaтaцiю необхiдно виконати монтaжнi робо-ти, якi включають в себе: зaкрiплення лебщки, нaвiшувaння i натяг несучого канату, шдшмання i крiплення промiжних та кшцевих опор, облаштування анкер-них опор, а також нaвiшувaння каретки, направляючих блокш, прокладання телефонного зв'язку та ш. Анaлогiчнi роботи тшьки в зворотному напрямку про-водяться при 1х демонтaжi. Для проведення монтажно-демонтажних робiт вико-ристовують спещальне обладнання. Проaнaлiзувaвши експлуaтaцiю шдвкних канатних лiсотрaнспортних установок i наукових розробок щодо монтажно-де-монтажних роби [1-6], проведено клaсифiкaцiю монтажного обладнання. Схему класифкацп наведено на рис. 1. Найбшьш трудомкткою операцда е подача тягового та несучого канапв з обладнанням, призначеним для оснащення кшце-вих опор, на верхню частину лiсосiки. Для виконання цих оперaцiй використо-вують допомiжнi монтaжнi лебiдки [7-10]. Сучасш мехaнiзовaнi лебiдки виго-товленi на бaзi бензиномоторних пил. Для мехашзованого намотування i тран-спортування тягового та несучого канатш при змЫ лiсосiки використовують канатно-монтажний барабан. Мотолебвдка призначена для мехaнiзaцií окремих операцш, якi виконуються пiд час монтажу канатних установок.
З 11 допомогою можна виконувати таю операцп: подачу канатш та шшо-го обладнання на лкосжу вверх по схилу, пiдтягувaния i встановлення штучних опор, натягування розтяжок шд час встановлення опор та iншi оперaцií, пов'яза-
1 Наук. кергвник: проф. М.П. Мартинцш, д-р техн. наук
нi з пiдiйманням i перемiщенням допомiжного обладнання. Лебiдка складаеться iз рами, на якш встановленi двигун, редуктор та барабан. Знизу рами шаршрно закршлеш опорнi стiйки, якi можуть повертатися у вертикальны площинi, та опорне колесо на поворотному кронштейш, забезпечуючи поворот колеса в горизонтальны площинi. У заднiй частиш встановленi поручнi для управлiння ле-бiдкою. Барабан лебiдки, опираючись ребордами на грунт, працюе як ходове колесо, забезпечуючи перемщення лебiдки на горизонтальних площадках. За необхiдностi проходження крутих пiдйомiв лебiдка пересуваеться методом са-мозатягування.
Рис. 1. Схема класифжаци монтажно-демонтажного обладнання
Рацюнальш параметри лебщки можна обгрунтувати за результатами дослщжень 11 роботи. Для проведення таких дослщжень необхiдно розглянути
розрахункову схему та математичну модель у виглядi piBHHHb руху. Приклад розрахунково!* схеми наведено на рис. 2.
Рис. 2. Розрахункова схема монтажно'1 лебедки: Ii - моменти гнерци елементгв системи; ci,vi - коефщенти жорсткостг тал1н1йного опору вгдповгдних дыянок; f -кутовг координати руху елемент1в системи; Мд - момент двигуна; x - координата руху вантажу; F(t) - натяг канату
Для вибору основних паpаметpiв монтажно'1 лебщки, piвняння руху 11 елеменлв складаеться на основi принципу Д'Аламбера у фоpмi Кошi, що дае змогу використати пpикладнi програми MathCAD для 1'х розв'язання. При цьому необхiдно врахувати змiнний момент шерцп барабана лебiдки пiд час намоту-вання каната та змiнне зусилля натягу каната. Значення цих величин можна визначити на основi статичного оброблення pезультатiв спостережень за робо-тою монтажно'1 лебiдки. Рiвняння руху лебщки можна представити в такому виглядг
Ii d2ff = М de(wi) - М „p(t); dt
l2d-dft-ni^dt-d-f)-Ci(f-f2) + n2{yddt-d-f) + C2(f2-f3)-0; (1)
. i^f -nif-f)-cf -ff)-MTn(t).
де: Mde(wi)= Me(w) - обертовий момент двигуна; coi - кутова швидюстъ обер-тання вала двигуна; I1 - зведений момент шерцп обертових мас двигуна та муфти з'еднання; I2 - момент шерцп зведених мас механiчноí передачу I3(t) -змiнний момент шерцп барабана приводу; c1 i n1 - зведенi коефiцiенти крутиль-но'1 жоpсткостi та в'язкого опору демпфера муфти зчеплення та вхiдного вала мехашчно!* пеpедачi; c2 i n2 - зведенi коефiцiенти крутильно'1 жорсткосп та в'язкого опору лiнií передач, динамiчноí моделi мiж барабаном та мехашчною передачею; Mmp(t) - момент тертя муфти зчеплення; МТоп - зведений до вала двигуна момент сил опору, що дiе на приводний барабан iз тяговим канатом.
M T = F (t) • D6, (2)
де: F(t) - зусилля натягу робочого каната; D6 - дiаметp барабана.
До найбшьш тpудомiстких опеpацiй вiдноситься також оснащення та монтаж промшних опор. Штучш опори можуть мати висоту понад 20 м, маючи при цьому значну вагу, тому для '1х пiднiмання потpiбно використовувати спещ-альнi прийоми та механiзми. Якщо штучнi опори виготовляють на мющ монтажу канатно'1 установки, то 1'х оснащують на землi перед пщйманням. Для цього
в стшку забивають костилi i на вщстат 0,5... 1,0 м вiд верху стшки навiшують петлi розтяжок. Для прискорення оснащення штучних опор використовують спецiальнi наголовники, що насаджують на верх стшки, а до них кр^ять роз-тяжки. Оснащену стшку пщшмають вiд землi i встановлюють трактором або лебщкою, використовуючи допомiжний механiзм. Схема такого пiдiймання виглядае подальшим чином. Допомiжний механiзм встановлюеться бшя основи шдшмаючо! опори, iз нахилом в И сторону на 100-200 або вертикально. Пщйма-ючу опору монтують на землi так, щоб й кiнець знаходився бшя мюця установки (рис. 3). Верх допомiжного механiзму, оснащений направляючим блоком (6), через який проходить пщймальний канат (5), який одним юнцем (стропами) з'еднаний iз тдшмальною опорою, а другим закрiплений через полюпаст (4), на барабанi лебщки (3).
Рис. 3. Розрахункова схема механизму пШймання штучноi щогли канатног л1сотранспортно1 установки: 1) стрЫа мехатзму; 2) рама мехатзму; 3) лебiдка; 4) полшпаст; 5) пШймальний канат; 6) направляючий блок; 7) стропи; 8) щогла;
9) нижня основа щогли; 10) розтяжки
Основы параметри цього мехатзму ыдшмання визначають, скористав-шись píbmhm]^ рiвноваги статики, яке записують у такому виглядi:
X ma = 0; Q •1 - X ti •sin Qi •1 = 0;
X Y = 0; tKan • sin„i- Е3=1 ti • sin 01 = 0; (3)
Ер n tKan • cOSa2 v r\
X = 0;--tnoM • cosa = 0,
m r¡1 h2
де: - вага щогли; l - вщстань вiд центру ваги щогли до шарыра, вiдносно якого виконуеться пiдiймання; ti - натяги строп; 0i - кути нахилу строп до горизонтально! осц lj - вiддаль вiд точки кр^ення строп до поворотного шарыра; i -число строп, (приймаеться i = 3); - натяг шдшмального каната; a1 i a2 - кути нахилу вiток шдшмального канату до горизонту; t„0Jl - натяг в^ки полiспаста,
що намотуеться на барабан лебiдки; а3 - кут ухилу вiтки полiспасту до горизонту; т - кратнють полiспаста; п i П2- вщповщно коефiцiенти корисно' дп нап-равляючого блоку i полiспаста.
Взявши за основу рiвняння (3), проводять детальний розрахунок основ-них елементiв конструкций дають оцiнку мiцностi конструкци з метою забезпе-чення можливостi поглинання активного навантаження в умовах максимального його значення [7].
Одним iз найважливiших елементiв канатно-блочно' системи е полю-паст. Його також використовують пiд час монтажних робiт, для пiдiймання та опускання промiжних опор, натягування та фксаци канатiв. Полiспаст е найпростiшим вантажотдшмальним пристроем. Вiн складаеться iз двох або бшьше полiспастних блокiв (верхнього та нижнього) i оснащений стальним канатом, початковий кiнець якого кршиться до одного iз блоюв, другий кiнець каната, проходячи послiдовно через ролики блокiв у виглядi збiжноí вiтки, йде на барабан лебщки. Принцип розрахунку полюпаста, зводиться до визначення зу-силь, якi дiють на блоки полюпаста (за ними визначають технiчнi характеристики блоюв); розрахунок каната для оснастки полюпаста з визначенням техшчних даних та його довжини; пiдбiр тягового механiзму.
Зусилля, яке дiе на рухомий блок, можна визначити, скориставшись роз-рахунковою схемою (рис. 4), тодк
Р = ^,
де - розрахункове зусилля, дгюче на полiспаст при натягу тягових канатiв.
Рис. 4. Розрахункова схема полюпаста Зусилля, що дiе на нерухомий блок полюпаста, складе:
Р = Р - £,
де £ - зусилля у збiжнiй вггщ полюпаста; визначаеться орiентовно залежно вiд вантажотдшмальносп полiспаста:
• до 500 кН, £ = 0,15 Р;
• вщ 500 до 1500 кН, £ = 0,1 Р;
• бiльше 1500 кН, £ =0,08 Р.
Виходячи iз значень Р i Р, тдбираемо рухомий i нерухомий блоки [8] та 'хш технiчнi характеристики: вантажотдшмальнють, кiлькiсть та дiаметри ролиюв, масу, а також довжину полюпаста в стягнутому виглядi. На практищ вибирають обидва блоки з однаковими характеристиками, тдбираючи 'х за найбшьшим зусиллям.
Найбiльше навантаження у збiжнiй вiтцi полiспасту, складе:
£ = Р/(тп),
де: m - загальна ктьюсть ролиюв без урахування вщвщних блоюв; ц - коефь щент корисно'1 дп полюпаста [8].
Довжину канату для оснастки полюпаста можна знайти 1з залежност1: L = шф + pdp) + ^ +12,
де: h - довжина полiспаста в повшстю розтягнутому виглядi; dр - дiаметр роликш у блоках; 11 - довжина зб1жно!' вггки вщ ролика блока до барабана ле-бщки; 12- розрахунковий запас довжини каната, приймаеться 12 = 10 м. Загальна маса полюпаста становить:
Оп = Об + Ок,
де: Об - маса обох блоюв полюпаста; Ок - маса каната для оснастки полюпаста; Ок = Lgк /1000; gк - маса 1000 м каната [8].
Визначаемо зусилля, яке д1е на нерухомий блок полюпаста з виразу:
Я = Гр + 100п -
Зпдно з навантаженням Я розраховуемо канат для кр1плення нерухомо-го блоку, а за зусиллям у зб1жнш вггщ полюпаста & тдбираемо тяговий меха-шзм - лебщку [8]. Однак у процес роботи необхщно перекршлювати щоки по-люпаста, що забирае багато часу 1 е трудоемною операщею. Тому доцшьно тра-дицшний полюпаст замшити спещальним натяжним пристроем, який можна розробити, скориставшись вщомими схемами компенсатор1в натягу. Анал1з роботи компенсатор1в натягу показав, що розрахункову схему пристрою для натя-гування несного каната можна представити у вигляд1 пневмоприводного модуля (рис. 5).
Рис. 5. Розрахункова схема пневмоприводного модулятора
Р1вняння руху елеменлв пневмоприводного модуля можна представити у такому вигляд1,[12]:
ш+7) 1х=^- Р2 А2 - Г - с(х2 - х1)-5( л" - ^),
де: ш - зведена маса елеменлв пневмоприводного модуля; Т - натяг робочого каната; g - прискорення вшьного падшня; р 1 р2- тиски вщповщно в робочш та холостш порожнинах поршня; А11 А2 - площ1 в1дпов1дно робочо'1 та холосто'1 порожнин поршня; - зведена сила тертя в рухомих з'еднаннях пневмоприводного модуля; с - жорстюсть рухомих елеменлв; ¡5- коефщ1ент розсшвання енергп елеменлв; х - координата руху.
Величина монтажного натягу несучого каната встановлюють у процес монтажу. В1д забезпечення вщповщносл заданого й дшсного монтажного натя-
гу залежить безпека робiт i термiн служби несучого каната. Саме тому тд час монтажу та перiодично тд час експлуатацií установки необхiдно перевiряти величину монтажного натягу. На практищ визначення монтажного натягу вико-нують за допомогою накладного динамометра (рис. 6). Вт складаеться iз двох пластин, на кiнцях яких встановленi опори 2. У середнш частинi пластин зак-рiплена верхня опора 3, на бокових виступах яко' встановлена скоба 4. На кш-цях пластин закрiплений також механчний трансформатор 5, який забезпечуе тдвищену чутливiсть динамометра. М1ж пластинами i трансформатором у гтз-дi спецiального держака встановлюеться iндикаторна головка 6. Верхнш кiнець рухомого штоку кршиться в отвiр механiчного трансформатора. Динамометр повинен бути протарований, i за даними тарування складаеться графш переводу показникiв шкали iндикатора.
Рис. 6. Накладний динамометр: 1) пластини; 2) к1нцев1 опори; 3) верхня опора;
4) скоба; 5) мехашчний трансформатор; 6) ¡ндикаторна головка; 7) натяжний гвинт
Для визначення натягу каната на динамометрi закршлюють шдикаторну головку, зтмають скоби i попм встановлюють динамометр на канат. Шсля цього ставлять скобу i натяжним гвинтом 7 вщжимають канат до верхнього упору. За шкалою щдикатора беруть вщлш i за тарувальним графiком визнача-ють натяг каната. Оскшьки вимiрювати натяг високопiдвiшеного несучого каната незручно, то замiри проводяться бiля анкерних опор (якорiв), за межами робочо'' зони установки. При цьому необхщно робити поправку, додаючи до результату силу тертя на опорг
Аналiз конструктивних особливостей монтажних механiзмiв показав, що необхiдно вдосконалити iснуючi та створити досконалi механiзми, а особливо пристосування для пiдiймання i монтажу штучних опор, розтягування несучого каната, та вимiрювання зусилля натягу.
Розроблення схем зазначених механiзмiв та обгрунтування 'х основних параметрiв значно знизить затрати на виконання монтажно-демонтажних робiт i дасть змогу пiдвищити ефективнiсть використання пiдвiсних канатних лiсот-ранспортних систем загалом.
Лiтература
1. Тиберш Шк1ря. Технолог1я i машини лiсосiчних робiт / Шюря Тибергй. - Льв1в : Вид-во "Трiада плюс", 2003. - 352 с.
2. Адамовський М.Г. Пщвкш канатнi лiсотранспортнi системи / М.Г. Адамовський, МП. Мартинцiв, Й.С. Бадера. - К. : Вид-во 1ЗМН, 1997. - 156 с.
3. Ливанов А.П. Эксплуатация горных лесов / А.П. Ливанов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1983. - 224 с.
4. Белая Н.М. Канатные лесотранспортные установки / Н.М. Белая, А.Г. Прохоренко. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1964. - 299 с.
5. Патент Украши на корисну модель № 37289 В61В12/00 "Канатна установка", авто-ри: Й.С. Бадера, М.П. Мартинцш, Б.В. Сологуб, А.В. Кий, опубл. 25.11.2008 р. Бюл. № 22.
6. Патент Украши на корисну модель № 48067 В61В7/00 "Пром1жна щогла шдвюно! канат-но! установки", автори: М.П. Мартинщв, 1.В. Бичинюк, Б.В. Сологуб, опубл. 10.03.2010 р. Бюл. № 5.
7. Мартинщв М.П. Виб1р схеми та основи розрахунку монтажного мехашзму канатно! ль сотранспортно! установки / М.П. Мартинцiв, Р.1. Турянський, 1.Ф. Солтис // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.15. - С. 155-160.
8. Яцков А.Д. Методика расчета монтажной и ремонтной оснастки : учебн. пособ. / А.Д. Яцков, Н.Ю. Холодилин, О.А. Холодилина. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008, -116 с.
9. Мартинти М.П., Сологуб Б.В., Матйшин М.В. Динамiка та надшшсть тдвюних канат-них систем. - Львов : Вид-во НУ "Львгвська полггехшка", 2011. - 188 с.
10. Берг Л.В. Монтаж и эксплуатация кабельных кранов / Л.В. Берг, Г.К. Матвеев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1968. - 104 с.
11. Матиишин Н.В. О возможности регулирования натяжения несущих канатов подвесных канатных дорог / Н.В. Матиишин, И.В. Турчин // Лесное хозяйство, лесная, бумажная и деревообрабатывающая промышленность. - К. : Изд-во "Будвельник", 1987. - Вып. 18. - С. 47-50.
12. Матйшин М.В. Дослщження параметров компенсаторов натягу несучих канатов / М.В. Матйшин // Проблеми трибологй (Problems of Tribology) : наук. журнал. - Хмельницький : Вид-во ХНУ. - 2002. - № 3. - С. 47-50.
Турянский Р.И. Анализ конструктивных особенностей монтажно-де-монтажного оборудования подвесных канатных лесотранспортных систем и методов его расчета
Приведена схема классификации монтажного оборудования. Разработана схема механизма подъема искусственной мачты канатной лесотранспортной установки. Проведен анализ конструктивных особенностей, приведены расчетные схемы и методы расчета монтажных лебедок и натяжных устройств. Предложена расчетная схема пнев-моприводного модуля для натяжения несущего каната.
Ключевые слова: монтажный механизм, расчетная схема, основные параметры, зажимы, усилия в элементах механизма, пневмоприводной модуль.
Turiansky R.I. Analysis of the structural features of assembly and disassembly of equipment hanging rope Logging Systems and methods for calculating
Present classification scheme mounting hardware. The developed scheme of the mechanism of artificial lifting mast cable Logging settings. The analysis of the design features, the calculated scheme and calculation methods of mounting winches and tensioners. Proposed design scheme module for tension of the cable.
Keywords: mounting mechanism design scheme, the main parameters, clamp, efforts in the elements of the mechanism.
