CC BY
105
ков взаимного положения звеньев; f(Q) — функция, определяющая взаимосвязь обобщенных координат манипулятора и координат конечного звена.
В полуавтоматическом режиме оператор задает только траекторию движения схвата, не заботясь о движении приводов манипулятора. Полуавтоматический режим также может быть использован при управлении манипулятором для решения большинства задач, которые могут возникнуть при использовании МРК и в то же время позволяет существенно снизить загруженность оператора.
Супервизорный режим управления, в отличие от полуавтоматического, не предполагает использования труда оператора для задания траектории движения схвата в реальном времени, а лишь указание оператором целей, что позволяет существенно повысить скорость выполнения операций.
Для осуществления супервизорного режима управления необходима трехмерная модель среды, в которой работает робот, и трехмерные модели объектов, с которыми непосредственно работает манипулятор, так как необходимо обеспечить распознавание целей, задаваемых оператором, а также обеспечить безопасность работы МРК в окружающей среде. Для построения трехмерных моделей среды и объектов может быть использован лазерный дальномер, а поиск и распознавание целей, заданных оператором, предполагается осуществить с использованием алгоритмов, позволяющих распознавать и находить различные объекты на трехмерных моделях.
Выводы
Система управления манипуляторами должна обеспечивать их безопасную совместную работу,
выдавать оператору необходимую телеметрическую информацию и уменьшать загруженность оператора, осуществляя предварительную обработку информации и выдавая ее оператору в наиболее приемлемом для него виде.
В системе управления МРК предлагается использовать командный, полуавтоматический и су-первизорный режим управления, так как в этом случае может быть обеспечен широкий круг задач, решаемых с помощью МРК, и вместе с тем при применении супервизорного и полуавтоматического режимов может быть уменьшено время выполнения значительной части задач, решаемых МРК.
Полуавтоматический режим управления манипуляторами предполагается осуществить на основе анализа кинематики манипулятора с использованием линеаризованного алгоритма управления по положению.
Супервизорный режим управления манипуляторами предлагается реализовать с использованием алгоритмов, позволяющих распознавать и находить различные объекты на трехмерных моделях, что необходимо для поиска и распознавания целей, задаваемых оператором.
Список литературы
1. Воробьев, Е.И. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа / Е.И. Воробьев, Ю.Г. Козырев, В.И. Царенко; под общ. ред. Е.П. Попова. — М.: Машиностроение, 1988. — 240 с.
2. Проектирование и разработка промышленных роботов/ С.С. Аншин [и др.]; под общ. ред. Я.А. Шифрина, П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение, 1989. — 272 с.
3. Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технологии производства: учеб. пособие / Р.С. Веселков [и др.]; под ред. Б.Б. Самотоки-на. — Киев: Выща шк., 1990. — 344 с.
УДК 656.027.4
Н.В. Алдошин, доктор техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина А.С. Пехутов, канд. техн. наук
Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПЕРЕВОЗОК ГРУЗОВ
Повышение эффективности перевозок грузов в сельском хозяйстве связано не только с техническим совершенствованием подвижного состава, технологических и погрузочно-разгрузочных машин, но и внедрением прогрессивной технологии перевозки грузов. Основной задачей технологии является снижение продолжительности и трудоемкости перевозок за счет сокращения чис-
ла выполняемых операций и этапов процесса перевозки [1].
Под технологией процесса перевозки грузов понимается способ реализации конкретного перевозочного процесса путем расчленения его на систему последовательных взаимосвязанных этапов и операций. Сущностью технологии перевозки грузов является два основных понятия — этап и операция.
41
Операция — это однородная, логически неделимая часть процесса перевозки, направленная на достижение определенной цели, выполняемая одним или несколькими исполнителями. Этапом является набор операций, с помощью которых осуществляется тот или иной процесс.
Перевозки в сельском хозяйстве обладают специфическими особенностями в технологии, а составляющие их элементы характеризуются закономерностями, присущими условиям только этих перевозок. Операции, из которых складывается процесс перевозки, неоднородны и отличаются своей продолжительностью. Некоторые операции, объединяясь, создают определенные этапы этого процесса, каждый из которых выполняет свои задачи. Отдельные операции и этапы процесса находятся в определенной зависимости друг от друга (например, прежде чем транспортировать груз, его надо погрузить и т. д.). Таким образом, данный процесс является многоэтапным и многооперационным, с большой технологической и экономической разнородностью операций. Кроме того, он имеет циклический характер. Это значит, что перемещение грузов совершается повторяющимися производственными циклами, следующими один за другим. Ритм этих циклов определяется их частотой, которая, в свою очередь, зависит от средней продолжительности одного цикла. Циклы отдельных процессов перевозки колеблются во времени. Однако они всегда имеют начало и конец. Каждый повторяющийся цикл перевозки слагается из многих отдельных этапов, находящихся в тесной взаимосвязи и имеющих определенный вектор направленности, так как их конечная цель — достичь пространственной смены положения грузов. Комплекс этих циклов создает перевозочный процесс.
Все составляющие перевозочного процесса характеризуются временем их выполнения Т.
Классическая теория автомобильных перевозок грузов [2, 3] при определении выходных показателей работы транспортных средств базируется на формулах часовой производительности транспортного средства, предложенных С.Р. Лейдерманом [1]:
Ян У дРУт
0 1г + Р^Ар
\1/Ч Ян УдР^т1г
1Гр = ------^---;-, ткм.
1г + Р V,
(1)
т пр
По этим выражениям невозможно с первого взгляда говорить об эффективности технологического процесса. Определение потерь конкретных технологий осуществляется с помощью сложных математических расчетов.
Задачи рационального использования подвижного состава на транс-
портно-технологических перевозках грузов при производстве сельскохозяйственной продукции предполагают необходимость разработки системы показателей, характеризующих эффективность использования транспортных средств именно в конкретных технологических условиях перевозок. Они позволят выявить, в каких местах происходят наибольшие потери производительности на транспортных операциях и определить резервы повышения эффективности использования подвижного состава. Необходима также графическая объемная визуализация процесса перевозок, где реально отражаются все потери рассматриваемой технологии.
Впервые в этом направлении была сделана попытка визуализации транспортной работы в статье сборника научных трудов [4], однако теоретические положения там не полностью соответствовали классической теории.
Транспортная работа согласно источникам [4, 5], что не противоречит классической физике, представляет собой произведение массы груза, скорости движения и времени работы транспортного средства:
Ар = дуТ, ткм.
(2)
Графическая объемная модель выражения (2) приведена на рис. 1. По оси х откладывается грузоподъемность д, по оси у — время Т и по оси г — скорость V.
Как известно, на производстве учитываются не только номинальные величины показателей, но и фактические их значения.
Номинальная величина транспортной работы за сутки такова, ткм:
АРн = Ян^НТС , (3)
где дн — номинальная масса груза перевозимая транспортной машиной; ун — номинальная скорость движения транспортной машины; Тс — суточное время.
Фактическая величина транспортной работы за то же время, ткм:
^Рф = Яф^ф^см’ (4)
где дф — фактическая или действительная масса груза, перевозимая транспортной машиной; Уф — фактическая скорость движения транспортной машины; Тсм — сменное время.
У1
д
Рис. 1. Графическая объемная модель транспортной работы
Технологический коэффициент использования номинальной транспортной работы
Кр =
Яф УфТсм
Ян УнТс
(5)
Фактическая величина транспортной работы с учетом коэффициента использования номинальной транспортной работы, ткм:
АРф = РнКр,
„ = Яф Уг Тг = г V V •
К Р = гр = К рК VК 1’
Ян Ун Тс
V — ЯФ-¥' = Уг ■ V = ТГ •
К Р ’ К V = ’ КI = гр ’
Ян Ун Тс
(6)
(7)
(8)
где Кр — коэффициент использования номинальной грузоподъемности; Ку — коэффициент использования номинальной скорости движения; К — коэффициент использования суточного времени.
С учетом этого выражения фактическая транспортная работа определится по формуле
Арф = Рн КрКV К1 ткм. (9)
В соответствии с рисунком возможная (номинальная) транспортная работа за сутки АРн заключена в объеме параллелепипеда, определяемого произведением величин дн, ун, Тс, т. е. АРн = днУнТс согласно выражению (3). За время работы транспортного средства за смену Тсм транспортная работа определится из выражения АРн = днунТсм, за время одного цикла АРн = днУн?ц и за несколько циклов за смену АРн = днУнТц.
Фактическая транспортная работа АРф меньше возможной из-за потерь недоиспользования номинальной грузоподъемности дн, цикловых потерь скорости движения Ун и потерь времени за сутки. Фактическая транспортная работа за цикл в течение суток показана в виде затемненного параллелепипеда. Светлые объемы большого параллелепипеда относятся к потерям.
Боковая грань параллелепипеда в координатах дУ представляет собой прямоугольник с определенной площадью.
Транспортная мощность Р — это величина транспортной работы АР, выполняемой в единицу времени:
А
р-, ткм/ч. (10)
Р=
t
В числителе транспортная работа выразится так:
АР = я1г = Яvtг , ткм. (11)
С учетом выражения (10) транспортная мощность определится следующим образом:
ЯУ^
Р = АР
и
= ЯУ, ткм/ч.
(12)
Формула (11) показывает, что транспортная мощность представляет собой произведение сторон прямоугольника д и у, т. е. площадь боковой грани параллелепипеда (см. рис. 1).
Номинальная величина транспортной мощности
Рн = днУн, ткм/ч. (13)
Фактическая величина транспортной мощности Рф = дфУф, ткм/ч. (14)
В соответствии с рис. 2 площадь затемненного прямоугольника Рф равна произведению дф на Уф, что составляет фактическую транспортную мощность. Площадь большего прямоугольника Рн, равная произведению дн и ун, составляет номинальную транспортную мощность.
Таким образом, получены результаты в виде показателей (7). Это коэффициенты использования грузоподъемности Кс, использования скорости движения Ку, использования суточного времени К Они характеризуют степень использования транспортной мощности во времени суток. Кроме того, получен обобщенный показатель КР, отражающий эффективность использования номинальной транспортной работы. Он является коэффициентом эффективности транспортной работы.
Зная коэффициент использования (эффективности), можно определить общие потери по транспортной работе. Он рассчитывается следующим образом:
Арпот. = Арн(1 - Кр), ткм. (15)
Потери только по коэффициенту использования грузоподъемности
Арпот = Арн(1 - Кр)КVК, ткм. (16)
Потери по коэффициенту использования скорости движения
Арпот = Арн(1 - Kv)KрК, ткм. (17)
Потери по коэффициенту использования времени суток
Арпот = Арн(1 - К1)КрKv, ткм. (18)
Предложенная система показателей позволяет не только определять общие потери выполненной работы транспортных машин, но и дает возможность разработать на ее основе формулы для
У
У
0
Р
д
ф
Рис. 2. Графическое изображение транспортной мощности Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 2'2012-------------------------------------- 43
ф
расчета потерь по конкретным этапам и операциям технологии перевозочного процесса при производстве сельскохозяйственной продукции.
Выводы
1. Разработана система показателей для оценки эффективности технологического процесса перевозок грузов.
2. С помощью этих показателей можно определить потери выходных показателей работы транспорта на различных этапах и операциях технологического процесса перевозки грузов при производстве сельскохозяйственной продукции.
3. Объемная модель позволяет наглядно визуализировать потери транспортного процесса.
Список литературы
1. Лейдерман, С.Е. Эксплуатация грузовых автомобилей / С.Е. Лейдерман. — М.: Транспорт, 1966. — 152 с.
2. Афанасьев, Л.Л. Единая транспортная система и автомобильные перевозки: учебник для студентов вузов / Л.Л. Афанасьев, Н.Б. Островский, С.М. Цукерберг. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1984. — 334 с.
3. Майборода, М.Е. Грузовые автомобильные перевозки: учебник / М.Е. Майборода, В.В. Беднарский. — Ростов н/Д: Феникс, 2007. — 442 с.
4. Степанов, А.Е. Показатели эффективности использования автомобиля / А.Е. Степанов // Повышение эффективности и качества автотранспортного обслуживания: сб. науч. тр. — М.: МАДИ, 1989. — С. 38—42.
5. Квитко, Х.Д. Эффективность использования грузовых автомобилей / Х.Д. Квитко; под ред. А.Н. Малышева. — М.: Транспорт, 1979. — 174 с.
УДК 631.3:628.8/.9
С.А. Андреев, канд. техн. наук Н.И. Гурецкий И.В. Белоусова
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
АДСОРБЦИОННАЯ СУШКА ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА В ОЗОНОВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ
С проблемой сушки твердого вещества приходится сталкиваться при осушении воздуха на объектах АПК посредством взаимодействия влажного воздуха с твердым (порошкообразным) адсорбирующим веществом и последующем удалении поглощенной влаги. Обычно на этапе регенерации используют сухой воздух, прокачиваемый через слой адсорбирующего вещества при температуре 120...150 °С. При этом в качестве адсорбирующего вещества успешно применяется силикагель. Силикагель помещается в специальную емкость, которая приводится в медленное вращение, обеспечивающее непрерывность процесса за счет периодического перемещения вещества через зоны поглощения и удаления влаги. На этом принципе основано действие многочисленных промышленных осушителей, используемых в складских, производственных и жилых помещениях [1].
При всей несложности технической реализации способа приходится признавать его высокую энергоемкость. Действительно, при осушении воздуха необходимо затрачивать энергию на осуществление четырех операций: подачу осушаемого воздуха, вращение емкости с адсорбирующим веществом, нагрев воздуха в рециркуляционном плече и его подачу. При этом наибольшие затраты энергии приходятся на нагрев воздуха в рециркуляционном плече. Известно, что объем прокачиваемого
44
сухого воздуха в зоне регенерации должен составлять примерно треть от объема воздуха, подаваемого в зону осушения. Используя это соотношение, можно легко оценить энергозатраты на нагрев. Так, например, при осушении воздуха в объекте, имеющего площадь 400 м2 и высоту 4 м, потребуются энергозатраты на нагрев регенерационного воздуха с начальной температурой 20 °С в следующем объеме:
Q = Ст(Ткон - ГначК
где С — теплоемкость воздуха, С = 1 кДж/кгтрад; т — масса воздуха, т = 1,29-400-4-0,3 = 619,2 кг; Ткон и Тнач — конечная и начальная температуры воздуха в рециркуляционном плече соответственно; Ткон = 150 °С, Тнач = 20 °С.
Q = 12064 (150 - 20) = 89 440 кДж.
С целью уменьшения энергоемкости способа необходимо заменить нагрев регенерационного воздуха на иной прием интенсификации сушки адсорбирующего вещества. При этом определенные перспективы могут быть связаны с применением озона. Уже сегодня озоновоздушная смесь успешно применяется при сушке зерна [2]. Однако зерно по своим свойствам не эквивалентно силикагелю, а кроме того, оно является объектом биологического происхождения, при сушке которого могут проявляться специфические явления [3].
