CC BY
16ПъПг - КПД соответственно компрессора и электродвигателя, доли ед.; Т - число часов работы реакторов в год; Р - расход этилена, кг/сек., рассчитываемый по уравнению:
Л М • Я-1000
Р =-, (7)
С•Т • 3600
где М - годовая мощность по этанолу, тонн; Я - теоретический расход этилена, тонн/тонну;
С - максимально достижимая степень конверсии этилена за один проход в рамках данной технологии, доли ед. Рассчитаем Эгп для установки 48000 тонн, зная, что:
р1=106Н/м2; р2=1,5*108Н/м2; Я=1,02; ^=0,8; п2 =0,9; у1 =0,08 м3;С=0,1; Т=7000 часов.
• 106 - 0,08. (1500 2 _ 1) - 48000000 -1,02 • 7000
У = _0,4 •3600 •7000 = 32110194 кВт-ч.
31 1000 • 0,8 • 0,9
Теоретический (но, реально достижимый!) расход электроэнергии на 1 тонну полиэтилена составит 32110194/48000=670 кВт-ч.
По аналогичной схеме (но, разумеется, по другим формулам) определяется теоретический расход пара и воды. После расчета параметров А0, а, п предельная экономически оправданная величина дополнительных инвестиций в совершенствование действующей технологии рассчитывается по формуле (8), выведенной из (5) очевидным способом:
1
( N +1 V
ЛЕЙ = Е _ Е0 =
VА0 •п•«у
(8)
Если К уже превысило допустимую величину, последующие инвестиции в действующую технологию неоправданны.
Приведенные авторами расчеты по формуле (8) для производств, названных в таблице 4, диагностируют почти полное исчерпание резервов в рамках традиционной технологии. Радикальный тип инновационного развития для них абсолютно необходим, иначе они не имеют перспектив устойчивого присутствия на внешних рынках.
Выполненный анализ содержательной временной и затратной структур инновационного процесса обнаружил ряд крупных пробелов, свойственных сложившейся в России стихийной практике инноваций, не имеющей ни надлежащего научно-методического обеспечения, ни организационно-правовой опоры.
В таких условиях вывод отрасли на инновационный режим может быть осуществлен только посредством единой государственной научно-технической политики.
Список литературы
1. Докучаев Е.С. Экономическая эффективность научно-технического прогресса в нефтехимической промышленности. - Уфа: Изд-во УНИ, 1982. - 98 с.
2. Рабкина А.Л., Брагинский О.Б., Щукин Е.П. Экономические проблемы перспективного развития нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1979. - 192 с.
3. Огородников С.К., Идлис Г.С. Производство изопрена. - Ленинград: Химия, 1973. - 296 с.
4. Докучаев Е.С. Экономические методы управления научно-техническим прогрессом в нефтехимической промышленности. -Уфа: Изд-во УНИ, 1985. - 102 с.
5. Автоматика и телемеханика. - 1996. - № 1.
6. Захарова М.В., Докучаев Е.С. Аналитическая основа системы управления издержками в энергетике // Современные проблемы экономической теории и практики. Межвузовский сборник научных трудов. - Выпуск 7. - Уфа: УГНТУ, 2007. - С. 109-119.
Глазунов В.А.
д.филос.н., д.т.н., профессор Московского государственного текстильного университета
Хейло С.В.
к.т.н., доцент Московского государственного текстильного университета
Ларюшкин П.А.
аспирант Московского государственного текстильного университета
БИФУРКАЦИЯ МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
Робототехника как идея и техническое воплощение возникла как повторение (на упрощенном уровне) частей тела человека или животного мира (рука или опорно-двигательный аппарат). В этих устройствах последовательно расположены звенья кинематической цепи, а каждое сочленение снабжено приводом. Но такого рода механизмы воспринимают нагрузку подобно консольным конструкциям, что определяет их относительно низкую грузоподъемность. Кроме того, нужно переносить и сами двигатели, расположенные на «руке», а их энергонасышенность по сравнению с
мускулами человека невелика. При этом чем больше мощность двигателя, тем больше его вес, и решить проблему грузоподъемности не удается. Во всяком случае эти устройства не могут переносить объекты весом большим, чем их собственный вес.
Альтернативой «изобретениям» природы стали роботы параллельной структуры, которые привлекают все большее внимание, так как эти механизмы воспринимают нагрузку подобно пространственным фермам, что определяет их повышенную точность и грузоподъемность. В данных механизмах выходное звено соединено с основанием несколькими кинематическими цепями, каждая из которых либо содержит привод, либо налагает некоторое число связей на движение выходного звена. Механизмы параллельных структур могут расширять функциональные возможности технических устройств. Они могут работать в условиях агрессивных сред при удаленных из рабочей зоны приводах. Относительная грузоподъемность манипуляторов (вес механизма/грузоподъемность) с последовательной структурой составляет примерно 20/1.. .100/1, а для параллельных механизмов 5/1... 1/1.
Одним из первых механизмов параллельной структуры является платформа Стюарта, имеющая шесть степеней свободы и шесть кинематических цепей, соединяющих выходное звено и основание, причем в каждой соединительной кинематической цепи имеют место две сферические пары и одна поступательная, снабженная приводом и платформа Гофа, использовавшаяся для испытаний колесного узла автомобилей (рис. 1).
Рисунок 1. Платформа Гофа
Одним из самых известных механизмов, в котором выходное звено имеет поступательное движение, является робот Дельта, предложенный Клавелем (рис. 2).
Рисунок 2. Манипулятор- Дельта
Данный механизм имеет три одинаковых кинематических цепи, состоящих из трех вращательных пар, оси которых параллельны, и шарнирного параллелограмма, оси вращательных пар которого перпендикулярны оси приводной вращательной пары. Дополнительное вращение выходного звена создается благодаря вращательному двигателю.
Основание робота монтируется над рабочей зоной. Все силовые приводы смонтированы в этом основании. Из этого основания выходят три рычага с шарнирами посередине. Концы рычагов прикреплены к небольшому треугольному основанию. Приведение в движение входных связей будет перемещать треугольную платформу в направлении X, У или 2. Привод может быть осуществлен линейным или вращающим двигателем. Четвертый рычаг, из центра основания к центру треугольной платформы дает последней четвертую - вращательную, степень свободы. В связи с тем, что привод находится в основании робота, а рычаги сделаны из легких композитных материалов - движущиеся части Дельта-робота имеют очень малую инерцию. Это позволяет достичь значительных скоростей - до 10 м/с.
К.Конгом и К. Госсленом предложены манипуляторы, в которых каждый линейный двигатель перемещает выходное звено лишь по декартовой координате (рис. 3).
Рисунок 3. Манипулятор Конга и Госслена
Такие же свойства имеет механизм, предложенный М. Черикато и В. Паренти-Кастелли.
Кроме того большой интерес представляет новый класс механизмов относительного манипулирования рис. 4. Этот вид механизмов основан на том, что два механизма параллельной структуры, совместно манипулируя, создают в совместном движении требуемое число степеней свободы.
В2
В
хь -"-■'П
Рисунок 4.
Механизм относительного манипулирования
Манипулятор параллельной структуры (робот) - иерархически построенная система. На нижнем уровне имеются двигатели, на более высоком имеется вычислитель, определяющий работу звеньев, на самом высоком - компьютер, планирующий траекторию движения. В процессе движения робот должен решать проблему преодоления точек бифуркации. В этих точках робот может потерять одну или несколько степеней свободы.
В положениях бифуркации необходим алгоритм управления, а система должна самоорганизоваться. Был предложен алгоритм управления манипулятором в особых положениях, который основан на винтовом методе исследования пространственных винтов. Теория винтов берет свое начало в работе Bull S. «A treatise on the theory of screws» (первое издание - 1876 г., второе 1900 г.). В данной работе описываются поиски возможных движений твердого тела, опертого на основании кинематическими цепями. Возможные движения - винтовые, и имеет место комбинация этих винтов. В XX веке теория винтов была развита трудами Котельникова А.П., Зейлигера Д.Н., Диментберга Ф.М.
Винт - это геометрический образ, которому приводится произвольная система скользящих векторов. Винт R
0
характеризуется вектором r и моментом r , а также осью винта, для всех точек которой направления вектора и момента совпадают.
Для произвольной точки пространства указанные направления не совпадают, однако их скалярное произведение инвариантно. Это скалярное произведение, деленное на квадрат модуля вектора, называют параметром или шагом винта.
Относительный момент двух винтов mom(f, Q) - сумма скалярных произведений вектора первого винта на
момент второго относительно некоторой точки и вектора второго винта на момент первого относительно той же точки. Относительный момент силового и кинематического винта характеризует элементарная работа силового винта на бесконечно малом перемещении, выражаемом кинематическом винтом.
Любой винт может быть определен шестью плюккеровыми координатами: три из которых - проекции вектора на координатные оси, три других - проекция момента винта относительно начала координат на те же оси. Относительный момент двух винтов можно представить как сумму попарных произведений одноименных плюккеровых координат.
В теории механизмов винтовой метод одним из первых применил Диментберг Ф.М., который исследовал функции положения механизмов. Им были получены критерии особых положений и их определение.
Винтовой метод является одним из эффективных подходов в исследовании механизмов параллельной структуры и его значение постоянно возрастает. Для исследования механизмов параллельной структуры метод винтов позволяет не только создавать универсальные и компактные алгоритмы анализа механизмов, но и получить качественные характеристики, связанные с особыми положениями, точностью, углами давления. Винтовой подход оперирует с винтами - геометрическими образами более высокого порядка, чем обычные векторы. Это дает возможность сделать обобщения и получить результат, не прибегая к сложным выкладкам.
Различают винт кинематический - характеризует наиболее общий вид бесконечно малого движения твердого тела, причем вектором винта является вектор поворота вокруг оси винта, а моментом - линейное перемещение вдоль той же оси.
Силовой винт - винт, к которому приводится система сил, действующих на тело, причем вектором винта является равнодействующая сила, а моментом - момент всех сил относительно некоторой точки приведения.
Обозначим f - силу, действующую на выходное звено.
Тогда mom(f, Q) = -mom( f, Qn)
где - Q - кинематический винт выходного звена
Qjj - кинематический винт входного звена
mom(f, Q) = fxVx + fyVy + fzVz + mxax + myay + mz°z
mom(/, Q„ )= fxVnx + fyV11y + fzVUz + mxaWx + my®My + mz®11z
где - Vx,V ,Vz,(x,(Оy,(z - скорости выходного звена
- V11x ,V11y ,V11z ,(11x ,(11y ,(11z - ск°р°сти входного звена
Можно составить систему уравнений для кинематических пар, в которую входят значения скоростей, плюкке-ровые координаты силового винта, моментная часть плюккеровых координат силового винта.
Составив матрицу из плюккеровых координат единичных силовых винтов, передаваемых со всех кинематических цепей, необходимо найти определитель матрицы. Если определитель матрицы будет равен нулю, то это положение манипулятора - особое, в котором все звенья пересекаются в одной точке.
Если составить матрицу плюккеровых координат кинематических винтов одной цепи и найти такое положение звена, при котором определитель матрицы будет равен нулю, то это положение особое. В этом случае звенья одной цепи выстраиваются в одну линию. Угловая скорость выходного звена равна сумме угловых скоростей шарниров звеньев одной цепи. А линейная скорость выходного звена равна сумме скоростей шарниров звеньев одной цепи. Получаем систему уравнений. Коэффициенты, стоящие при угловых скоростях, образуют исследуемую матрицу.
В особом положении механизм имеет неуправляемое движение по единственному с точностью до множителя винту, который выводит в общем случае манипулятор из особого положения. В особом положении силовые винты становятся линейно-зависимыми, им соответствует единственный с точностью до множителя взаимный кинематический винт, движение по которому произвольно.
Для вывода манипулятора из особого положения необходимо снять управление с одной приводной пары и передать на другую пару, имеющую подвижность в данном положении и снабженную дополнительным приводом. В качестве дополнительного привода можно использовать управляемый тормоз, который включается вблизи особого положения. Расположение этого тормоза должно быть таким, чтобы оставшиеся (m-1) степени свободы могли обеспечить мгновенное движение по винту, выводящему из особого положения.
На основании изложенного сделаем вывод, что роботы параллельной структуры, являющиеся альтернативой «изобретениям» природы, существенно расширяют функциональные возможности технических устройств. Кроме того, они являются весьма интересным объектом для приложения творческих потребностей исследователей.
Список литературы
1. Gosselin C.M., Angeles J. Singularity analysis of closed-loop kinematic chains // IEEE. Transactions on Robotics and Automatics. 1990. -Vol. 6(3), June. - P. 281-290.
2. Пространственные механизмы параллельной структуры / Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. - М.: Наука, 1991. - 95 с.
3. Глазунов В.А. Структура пространственных механизмов. Группы винтов и структурные группы. Приложение №3 к журналу «Справочник. Инженерный журнал» 2010. - № 3.
4. Глазунов В.А. Междисциплинарность роботехники. Самоорганизация, бифуркация, многокритериальность. - М.: Прогресс-Традиция, 2002. - 110 с.
Гришин О.Е.
к.полит.н., руководитель пресс-службы ГУП МосНПО «Радон»
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ МЕГАПОЛИСА: СПЕЦИФИКА И ПРОБЛЕМЫ
В Послании Федеральному Собранию Российской Федерации 2010 года Президент РФ Д. А. Медведев заявил: «Качество окружающей среды должно стать важнейшим из показателей качества жизни и одним из основных показателей социально-экономического развития территорий. Соответственно, должно стать критерием оценки эффективности органов власти на местах»1.
Государственная политика - это основные принципы, нормы и деятельность по осуществлению государственной власти. Акцентируем внимание на «государственной политике обеспечения радиоэкологической безопасности». Политика обеспечения радиоэкологической безопасности населения является важной современной задачей государства. Решение этой проблемы - есть принципиально важная и доминирующая задача в решении проблем экологической безопасности в целом, сохранения социально-политической и экономической стабильности общества. Ограничение радиационного воздействия на окружающую среду, минимизация последствий произошедших ранее радиационных аварий относятся к числу приоритетных направлений совместной деятельности государства и общества в экологической сфере.
Радиационная безопасность - составляющая экологической безопасности, один из интегральных критериев качества жизни и определяющих факторов успешного развития государства и общества. Удовлетворение социальных требований - одно из основных характеристик формулировки модернизации страны. Согласно «Основам государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденным Президентом РФ 8 декабря 2003 года одно из важнейших направлений государственной политики - обеспечение эколого-радиационной безопасности населения2. Под радиационной безопасностью понимают комплекс мероприятий, направленных на ограничение воздействия радиации на население, средствами приемлемыми для общества. Радиационная безопасность обеспечивается, в том числе и системой законодательных средств, направленных на ограничение возможного облучения населения в результате использования источников ионизирующего излучения3.
На наш взгляд, радиационная безопасность населения определяется не только проблемами атомной промышленности и энергетики, но и сотнями тысяч радиационных источников, которые использовались в промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине, учебных заведениях и т.д. В 90-х годах ХХ века произошел передел собственности, перепрофилирование деятельности многих предприятий, ушли квалифицированные специалисты, радиационное оборудование не используется, а сведения о нем зачастую утеряны. Но с течением времени проблема радиационной безопасности не теряет своей актуальности, так как предполагаемое развитие атомно-промышленного комплекса Рос-
1 Послание Президента РФ Дмитрия Медведева Федеральному Собранию Российской Федерации. Российская газета - Федеральный выпуск № 5350 (271) от 1 декабря 2010 г.
2
Российская газета. - М., 2004. - №3448, 7 апреля.
з
См., например: Репин В.С. О базовых принципах обеспечения радиационной безопасности в новых Рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите // Здоровье населения и среда обитания. - 2008. - №4. - С. 12-16.
