CC BY
11
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
НАТУ
УКРЛ1НИ
t ,
Hl/IUB
Науковий в!сн и к НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280113
Article received 22.01.2018 р. Article accepted 28.02.2018 р.
УДК 631.364.7:621.869.4:528.7
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author Ye. Yo. Ripetskyi [email protected]
€. Й. Ртецький, Р. Й. Ртецькый
1вано-Франтвський нащональний технiчнийунiверситет нафти i газу, м. 1вано-Франтвськ, Украта
ОБГРУНТУВАННЯ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ДИНАМ1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРЕЙФЕРНИХ НАВАНТАЖУВАЧ1В НА ОСНОВ1 ГЕОДЕЗИЧНИХ ДАНИХ В1ДЕОВИМ1Р1В
Запропоновано методику визначення дина]шчних показниюв грейферних навантажувачiв на основi геодезичних даних вiдеовимiрiв перемщень рами внаслiдок деформацп пружних опор як у статичному, так i в динамiчному режимах. Зв'язок мiж зусиллями i деформацiями встановлено на основi визначених параметрiв жорсткостi елеменив опор навантажувача -домкратами. Отримано модифжований вираз коефiцieнта динамiчностi, в якому здшснено замiну величин зовшшшх наван-тажень на величини перемщень рами тд дieю цих навантажень. Можливють використання модифiкованого коефiцieнта ди-намiчностi обгрунтовано на основi анаизу коливних процесiв за допомогою запропоновано'' розрахунково'' схеми, що знахо-диться тд дieю збурювально'' сили. Пщтверджено, що перебiг динамiчних процесiв мае коливний характер iз власною частотою к = 0,75 Гц i частотою вимушених коливань а> = 0,25 Гц. За а>< к ампл^уда коливань стае наближеною до рiвня статичного вщхилення, стан який може бути вщтворений тiльки в умовах моделювання. Це означае синхротзащю процесiв змiни напружень у несних елементах з реакщями домкраив та перемiщенням рами. Методика визначення динамiчних характеристик грейферних навантажувачiв на основi вiдеовимiрiв спрямована на реестращю абсолютних перемiщень рами, що досягаеться вимiрами 'х у нерухомш системi координат методами прикладно'' геодезп. Геодезичний метод вiдеовимiрiв грунтуеться на комп'ютерному обробленнi зображення об'екта спостереження за стандартним вщеосигналом. Методика зас-тосовуе сучаснi вiдеокамери, яю забезпечують частоту змiни кадру у 50 Гц. За один технолопчний цикл роботи машини бу-де записано 500-750 кадрiв. Точнiсть вимiру оцiнюють середньою квадратичною похибкою лшшних вимiрiв, що не переви-щуе 1 мм. У наведенiй схемi проведення експерименту показано розмiщення приладiв на машинi та поруч. Наведено основ-нi характеристики об'ектива та ПЗЗ-матрищ модульно'' вiдеокамери. Фiксацiя перемщень рами навантажувача здшснюеться на ПЗЗ-матрицю у пiксельнiй системi координат. Розкрито процедури подальшого опрацювання отриманих зображень для визначення динамiчних показникiв вантажотдйомних машин. Запропонований програмно-апаратний комплекс вщеовимь рiв визначення динамiчних показникiв грейферних навантажувачiв грунтуеться на сучасних досягненнях у галузi електрот-ки та геодезп i комплектуеться обладнанням, яке випускаеться промисловютю, що знижуе вартють та термiни його впрова-дження.
Кл^чов^ слова: грейферний навантажувач; коефщент динамiчностi; домкрат; вiдеовимiри; модульна вiдеокамера; ПЗЗ-матриця; пiксельна система координат.
Вступ. Грейферш навантажувач1 цикл1чно' дп набу-ли широкого застосування у багатьох галузях наць онального господарства. Ушверсал1защя навантажува-ч1в призвела до обладнання 'х змшними робочими органами для р1зномашгних вантаж1в. Серед них основним е грейфер для роботи 1з сипкими матер1алами, а також шгп, вила для зв'язних матер1ал1в, захват для круглих люоматер1ал1в, гак для поштучних вантаж1в. Робочий орган кршиться до машпулятора, завдяки якому й здшснюеться перенесення вантаж1в.
Технолопчний цикл роботи таких машини полягае у стацюнарному розмщенш навантажувача з викорис-танням опор, а вантаж1 переносяться завдяки цикл1чним рухам ланок машпулятора. Внаслвдок цього у техноло-
пчному циклi роботи грейферних навантажувачiв пере-важають неyсталенi процеси: частий розпн i гальмуван-ня виконавчих ланок машпулятора, що призводять до виникнення динамiчних сил (Volkov & Tenenbaum, 1977).
Отже, на ланки машпулятора, о^м статичних зу-силь, додатково дшть й динамiчнi сили. Досить часто динамiчнi сили перевищують рiвень статичних у калька разiв. Тому розрахунок несних елементiв машини на мiцнiсть доцiльно проводити за реальним навантажен-ням, яке визначаеться сумарною дieю як статичних сил, так i динамiчних. Так, за часом тривалосп технолопч-ного циклу 15-20 с на частку динамiчних процеав при-падае у середньому 10-25 % часу. Однак, короткочасш
1нформащя про aBTopiB:
Рiпецький €вгешй Йосипович, д-р техн. наук, професор кафедри шженерноТ геодезп. Email: [email protected] Рiпецький Роман Йосипович, канд. техн. наук, доцент кафедри вищоТ математики. Email: [email protected] Цитування за ДСТУ: Рiпецький 6. Й., Рiпецький Р. Й. ОбГрунтування методики визначення динамiчних характеристик
грейферних навантажувачiв на основi геодезичних даних вiдеовимiрiв. Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 1. С. 64-69.
Citation APA: Ripetskyi, Ye. Yo., & Ripetskyi, R. Yo. (2018). Verification of the Methodology to Determine Dynamic Indicators of Grab Loaders Based on Geodesic Data of Video Measuring. Scientific Bulletin of UNFU, 28(1), 64-69. https://doi.org/10.15421/40280113
динамiчнi навантаження мають визначальне значения i повиннi бути врахованi для забезпечення мiцностi нес-них конструкцiй.
Динашчним показником вантажопiдйомних машин у розрахунках на Miurncrb е коефiцieнт динамiчностi, який характеризуе вiдношення повного навантаження до статичного (Tauber, 1991). Для вантажотдйомних машин коефщент динамiчностi становить 1,5-2,5, що свiдчить про перевантаження несних елементiв на неус-талених режимах роботи. Тому в розрахунках машин на мiцнiсть передбачено використання коефщента дина-мiчностi.
Динамiчнi розрахунки здiйснюють шляхом введення коефiцiента динамiчностi, який показуе максимальне перевищення напружень у динамiчному режимi до статичного рiвия. Розрахунок несних елеменпв вшбу-ваеться спочатку за номшальними напруженнями, а по-тiм вводиться поправка з урахуванням коефiцiента ди-намiчностi. Так1 розрахунки називають квазвдинашчни-ми, бо вони використовують номшальт напруження зi збiльшениям !х значення на коефiцiент динамiчностi (Volkov & Tenenbaum, 1977).
Вважають, що його значення можна взяти на основi експериментальних даних за рiвнем напружень у несних елементах. Недолгом наявних методик дослвджень е те, що вони вшривають процес поведшки несних систем вiд рiвня навантаженостi, оск1льки не передбачають спостережень за перщеннями самих несних елеменпв. У процесi роботи машини зусилля вiд рiзких рухiв ма-тпулятора передаються на раму навантажувача, яка в цей час перебувае на висувних опорних домкратах. Пружн опори деформуються, внаслвдок деформацп яких рама зазнае як вертикальних, так i горизонтальних перемiщень.
З огляду на те, що змша наваитажения мае коливний характер (Volkov & Tenenbaum, 1977; Ripetskyi, 2011), то доцшьно припустити, що й перемiщения рами бу-дуть синхронiзоваио змiнюватися iз напруженнями. У такому разi е змога визначати коефщент динамiчностi не тшьки за рiвнем напружень, але й за даними перемь щень рами, котрi повиннi бути вимiрянi виключно в не-рухомiй системi координат. Маючи значення статично! та динашчно! деформацiй опор пiд чай роботи на неус-талених режимах, можна оцшити коефiцiент динамiч-носп за показниками перемiщень рами.
Реестращя таких коливань у нерухомiй системi координат можлива за допомогою оптичних геодезичних приладiв, техиiчний рiвень i можливостi яких нетлiнно зростають (Baran, 2012). Особливi можливостi вшкри-вае нова технолопя вiдеовимiрiв, в який розв'язана задача реестрацп даних перемщень та !х подальше авто-матичне опрацювання з видачею отриманих даних про перемщення в нерухомiй системi координат.
Мета роботи - обгрунтувати методику реестрацп статичних, а головне, динамiчних процесiв вертикаль-них перемiщень рами, з отриманням показник1в дина-мiчноl наваитаженостi машини з використанням методу геодезичних вiдеовимiрiв.
Аналiз останшх дослщжень та публiкацiй. Загаль-ноприйнятим методом визначення динамiчних показни-к1в вантажотдйомних машин е методи тензометрп за рiвнем напружень. Превагою методiв е можливють реестрацп' сигналiв швидкоплинних процейв на спець альнi носп вш рiзномаиiтних давачiв, що змонтованi в
рiзних точках машини. Сучасному методу тензометрп притаманна можливiсть реестрацп' даних безпосередньо на ПК з одночасним !х автоматизованим опрацюванням у спещальному програмному забезпеченнi, що дае змо-гу вiдразу переглядати процес на екран (Rybak et al., 2011).
Водночас методам тензометрп притаманн недолiки. Це необхштсть попередньо! пiдготовки машини до ек-сперименту. Вона полягае у розмщент на конструкт-ях машини спещальних тензометричних давачiв, тдго-товщ перехiдникiв для тдключення до системи пдрав-лiки тензометричних давачiв тиску та ш. Пiсля закш-чення експерименту необхiдио вiд'еднати давачi вш конструкцп, а сама машина потребуе надання ш попе-реднього товарного виду.
У цьому аспект! цiкавими е методи прикладно! ге-одези, як1 дають змогу здшснювати вiзуальний контроль за допомогою оптичних геодезичних приладiв. Так1 методи отримали назву неруйнiвного контролю, оскшьки вiдпадае потреба змiнювати конструкцш (Ba-ran, 2012; Burak, 2000). Методи пропонують стежити за перемiщениям за спецiальними мттками, що розмщу-ються зовнi на об'екп спостереження. Характерною особливiстю цих методiв е використання оптичних геодезичних прилащв, наявнiсть оператора, що стежить за об'ектом, та необхштсть у подальшому обробленнi отриманих даних.
Геодезичнi методи виправдали себе у замiрах де-формацiй будiвель та iнших iнженерних споруд. Вста-новлено, що середня квадратична похибка при цьому становить 0,03-0,05 мм (Deineka, 2006).
Розвиток прикладно! геодези привiв до появи авто-матизованих процесiв оброблення даних. Це дало змогу стежити за iнженерними об'ектами в режимi реального часу. Завдяки цьому прикладна геодезiя дала змогу мо-нiторити процеси крену висотних споруд, деформацш стiнок конструкцiй промислових об'ектiв та iн. (Baran, 2012; Burak, 2000; Deineka, 2006).
Водночас зазначимо, що геодезичн методи дають змогу стежити не тшьки за осадкою будиншв та споруд, але й мають практичне застосування до вантажотдйомних машин, однак тшьки у статичних режимах експлу-атацп (Naugolnikov & Volkov, 2006). Оскшьки змiна статичних процесiв вiдбуваеться повшьно, то це давало змогу дослщжувати 'х традицiйними методами.
Динамiчнi процеси у вантажотдйомних машин характеризуются швидкоплиншстю у часi i вшбуваються з частотою 0,1-0,5 Гц (Volkov & Tenenbaum, 1977; Tauber, 1991). Вирiшувати поставлен задачi традицшним геодезичними методами було неможливо, оскшьки це не вшповвдало вимогам швидкодп та автоматизованому обробленню отриманих даних з видачею результатiв у режимi реального часу.
Прикладна геодезiя завдяки розвитку прилащв роз-ширюе сфери свое! дiяльностi. Появилися новi засоби реестрацп даних за допомогою вiдеовимiрiв (Buiukian, 2013). Геодезичний метод вiдеовимiрiв грунтуеться на комп'ютерному обробленнi зображення об'екта спостереження за стандартним видеосигналом. Цей метод дае змогу опрацювати данi зiставних зi швидюстю зйомки. Сучаснi камери забезпечують частоту змши вiдеокадру у 50 Гц. Точшсть вимiрювания оцiнюеться середньою квадратичною похибкою лшшних вимiрiв i не переви-щуе 1 мм. Наведет параметри за частотою реестрацп'
процеав i T04H0CTi ix вимiрiв e достатнiм для реeстрацil динамiчних процеав грейферних нaвaнтaжувaчiв.
Для вимiрювaння перемщень рами n0Tpi6H0 розро-бити методику геодезичних вiдеовимiрiв, яка дасть змо-гу визначати перемiщення в абсолютних координатах, автоматизовано опрацювати дaнi з 1х фiксaцieю на ПК. За отриманими даними можуть бути розраховаш дина-мiчнi показники грейферних нaвaнтaжувaчiв пiд час ро-боти iз рiзними робочими органами. Окрiм цього, мож-лива комплексна дiaгностикa машин шляхом поеднання геодезичних вимiрiв з методами тензометрп.
Виклад основного MaTepiaiy досл1дження. 1стотна особливiсть роботи грейферних нaвaнтaжувaчiв полягае як у наявносп к1лькох гaрмонiк коливного процесу, так i в хaрaктерi самих деформацш пружних домкрaтiв на-вантажувача (Ripetskyi, 2011; Ripetskyi & Ripetskyi, 2015). Як вже було зазначено (рис. 1), машпулятором 1 здшснюеться перенесення вантажу iз грейфером 2, одночасно вщбуваються й перерозподiл реaкцiй мiж правим 3 та лiвим 4 домкратами. Рух робочих ланок ма-нiпуляторa 1 та розгойдування грейфера 2 виступають збурювальними фактором, який виводить систему з ii статичного стану. Наявшсть пружних елементiв в домкратах 3, 4 надае перехiдним процесам коливного характеру.
Рис. 1. Розмщення приладiв для визначення коефщента дина-мiчностi з використанням методу геодезичних вiдеовимiрiв
Отже, збурювальна сила навантажуе як несш еле-менти металоконструкцп, так 1 домкрати машини. На-самперед виникае згинальний момент Мзг, який зумов-люе напруження в металоконструкцп несних елеменпв, у другому - реакцп опор R. Цим самим останнш фактор зумовлюе деформацш опор, яку можна спостерпати за перемщеннями рами Z навантажувача.
Сучасш методи розрахунку грейферних навантажу-вач1в визначають коефщент динам1чност1 за р1внем напружень у металоконструкцп в1д згинаючого моменту Мзг. Визначати динам1чш показники за деформащ-ями опор та перемщенням рами Z можливо у тому ви-падку, якщо дв1 величини Мзг та R будуть синхрошзова-ш за змшою в динам1чному процеа. Це дасть змогу за-писати модифжовану формулу для визначення коефь щента динам1чност1 грейферних навантажувач1в у такому вигляд1
к - Мд
кд —
М ст
R„
zn
(1)
Уд =_
^т Z ст
Отже, у модифжованш формулi (1) для визначення коефщента динaмiчностi здiйснено перехiд вiд внут-рiшнiх силових фaкторiв згинальних моменпв Мд i Мст до вертикальних перемщень рами Zd i Zcm вiдповiдно у динaмiчному та статичному режимах.
Наявшсть коливних процеав у грейферному наван-тaжувaчi не заперечуе застосування формули (1) для визначення коефщента динaмiчностi. Обгрунтування
тако1 можливосп можна здiйснити розглянувши колив-m процеси грейферного навантажувача за допомогою
розрахунково! схеми (рис. 2).
Р( со) Pjcoljn х
Рис. 2. Розрахункова схема коливних процесiв грейферного навантажувача
Рама навантажувача 1 опираеться з одного боку на шаршрну опору А, а з другого - на пружш домкрати В 1з жорстшстю сд. На вщсташ Ь в1д опори В в точщ С розмщена колона машпулятора CD. У цю точку приведена маса навантажувача М. Маншулятор навантажувача подано у вигляд1 жорстко! конструкцп 2 з1 зосере-дженою масою робочого органу т. 1мггащя змши поло-ження робочого органу у простор! задаеться вщносною координатою х шд д1ею збурювально! сили Р з частотою о. Сила Р створюеться пдроцил1ндром, тому сто-совно до системи е внутршньою 1 замикаеться на меха-шзм1 приводу машпулятора.
Перехвдщ процеси вщбуваються так. Шд д1ею збурювально! сили Р робочий орган масою т змшюе свое положення х, що спричиняе змщення центру мас системи. Це створюе додатковий згинальний момент Мзг = mg■x, який навантажуе елемент АВ металоконструкцп рами. Одночасно динам1чне навантаження передаеться домкрату, що зумовлюе вщповщну зм1ну реакцп опори R. Отже, розрахункова схема 1люструе коливний процес системи 1з власною частотою k шд д1ею збурювально! сили з частотою со.
Значення частоти збурювально! сили о встановлено методами вщеозйомки за перемщенням робочого органу вщносно шаршру кршленням до машпулятора. За кадрами вщеозйомки визначено перюд одного коливан-ня робочого органа, що дало змогу встановити частоту вимушених коливань, яка становила о = 0,25 Гц. Частота власних коливань системи становила k = 0,75 Гц.
Отже, для коливно! системи за о < k справедливе твердження, що амплиуда коливань наближена до р1в-ня статичного вщхилення (Biderman, 1980), стан який може бути вщтворений тшьки в мовах моделювання. А це означае синхрошзащю процеав змши напружень у металоконструкцп 1з реакщями домкрапв. Очевидний зв'язок м1ж реакщями 1 вертикальними перемщеннями у вигляд1 R = сд•Z дае змогу стверджувати, що методика визначення динам1чних показник1в грейферних наван-тажувач1в за показником проадання рами Z здатна на-дати достов1рш даш про динам1чш характеристики на-вантажувача.
Внаслщок того, що домкрати навантажувача 3 та 4 (див. рис. 1) деформуються неоднаково, а з р1зним сту-пенем, то це призводить до того, що рама 5 на пружних опорах, окр1м вертикальних та горизонтальних перемь щень в1д нер1вном1рност1 деформацш домкрапв, зазнае ще й нахил (крен). Тому методика повинна бути узго-джена з1 ступенем вшьносп рами, що може бути досяг-нуто за умови одночасного вим1ру перемщень у двох !! точках - правою Zп та л1вою Zл, опорами.
Перемщення оа рами та и крен можна визначати за формулами:
AZ =
7 + 7
7 - 7
^ л ^п
да = . (2)
2 ' I
Методика ввдеовим1р1в перемщень рами навантажу-вача на основ1 в1деовим1рювально' системи виглядати-ме так. Основним пристроем методики в1деовим1ру е модульна видеокамера з координатно-чутливим матрич-ним фотоприймачем на основ1 ПЗЗ-матриш (Neumeikin & Diachenko, 2010). Цей модуль виконуе функци ввде-одавача ВД, характеризуеться незначними габаритами 1 масою, живленням в1д джерела струму (12В). 1нформа-шя по каналах зв'язку передаеться для опрацювання на комп'ютер ПК. За один технолопчний цикл роботи ма-шини буде записано 500-750 кадр1в.
Дв1 в1зирш мики ВМ1 та ВМ2 закршлюються на рам1 навантажувача в райош кршлення домкрапв з правого та л1вого бок1в машини на ввдстат 1поп. Для фжсацп кожно' мики ВМ1 та ВМ2 у кадр1 передбачено два ввде-одавач1 ВД1 та ВД2, що встановлюються поруч навантажувача так, щоб кожна в1зирна мита перебувала у пол1 зору свого вщеодавача (рис. 3).
Рис. 3. Схема геодезичних вiдеовимiрiв для визначення коефь цiента динамiчностi за перемiщеннями рами
На виход1 з в1деодавач1в (ВД1, ВД2), кожен з яких складаеться 1з об'ектива ОБ та модуля ввдеокамери з ПЗЗ-матрицею, формуються вщеосигнали ВС1 та ВС2, як1 по сво'х каналах зв'язку передаються через ввдеоп-роцесор ВП. Ввдеопроцесор перетворюе вщеосигнали з аналогово' форми у цифрову та передае отриманий ма-сив цифрових даних на ПК, де опрацьовуеться прикладною програмою (Giergie & КоМ^ 2011).
Шд час виконання ввдеовим1р1в обчислюються коор-динати центру в1зирно' мгтки в координатнш систем1 видеокадру, що надаеться в умовних дискретних одини-цях - ткселях. Шсля чого, з урахуванням масштабних коефщенпв за напрямками осей координат, отримуемо ютит координати в1зирно' мики.
У результат! координатна система 1з площини об'екта спостереження оптичним шляхом переводиться в координатну систему ввдеодавача ВД (ПЗЗ-матриш) 1 електричним шляхом - у координатну систему в1де-окадра. При цьому кожнш точш у координатнш систем1 видеокадра вщповвдае точка з абсолютними координатами у плоскш систем1 об'екта спостереження, що е основою ввдеовим1р1в.
Запропонована в1деовим1рювальна система ком-плектуеться типовими вузлами: в1зирш мики, об'ектив, модуль ввдеокамери з координатно-чутливим матрич-ним фотоприймачем (ПЗЗ-матрицею), блок живлення, комп'ютер. У функци в1зирно' мгтки використовуються нашвпровщниковий свилодюд, живлення якого здшснюеться в1д постшного струму.
Для ввдеодавача перевагу варто надати об'ективам титв LM3NC1M з фокусною вщстанню / = 3,5 мм. Та-кий об'ектив забезпечуе роздшьну здатшсть в центр1 120 лшй/мм. Як фотоприймач зад1яно модуль ввдеока-мери, з ПЗЗ-матрицею 1/3-1/2 дюйма. Таю ПЗЗ-матрищ використовують у модульних видеокамерах LMB-210НВ та WAT-902HB2/25 (Buiukian, 2013; Neumeikin & Diachenko, 2010).
Опрацювання даних передбачено здшснювати у спе-щальтй програм1 (Giergie & Kohut, 2011). Шд час пе-ретворення сигналу програма дае змогу видшити м1сце розмщення в1зирно' мгтки у кадр1 та розм1стити и у шксельнш систем1 координат. 1' розмщення визна-чаеться за точкою центру свгглового пучка автоматизо-ваними методами. Для отримання абсолютних координат необхщно виконати перерахунки з використанням перехщних коефщенпв. Останш можуть бути визна-ченш тд час тарування ввдеодавача.
Отримаш в такий споаб перемщення рами як у статичному, так 1 в динам1чному режимах з урахуванням (1) 1 (2) дають змогу оцшити динам1чш показники грейферного навантажувача тд час роботи з р1зними робочими органами, а також визначити дш з боку маш-пулятора на раму навантажувача, на основ1 перемщен-ня його оа.
Отже, запропонований програмно-апаратний комплекс в1деовим1р1в грунтуеться на сучасних досягнен-нях у галуз1 електрошки та геодези 1 комплектуеться обладнанням, яка випускаеться промислов1стю, що зни-жуе варпсть його впровадження.
Висновки. Запропоновано методику визначення ди-нам1чних показник1в грейферних навантажувач1в на основ! геодезичних даних в1деовим1р1в перемщень рами внаслвдок деформацп пружних опор як у статичному, так 1 в динам1чному режимах. У модифжованому вираз1 коефщента динам1чност1 здшснено перехщ в1д величин зовшшшх навантажень до величин перемщень рами тд д1ею цих навантажень. Можлив1сть використання модифшованого коефщента динам1чност1 тдтвердже-но анал1зом коливних процеав за допомогою запропоновано' розрахунково' схеми, що перебувае тд д1ею збурювально' сили. Переб1г динам1чних процеав мае коливний характер 1з власною частотою к = 0,75 Гц 1 частотою вимушених коливань а = 0,25 Гц. За а < к вщбуваеться синхрон1зац1я процес1в зм1ни напружень у несних елементах з реакщями домкрат1в та перем1щен-ням рами.
Використання системи ввдеовим1р1в перем1щень рами навантажувача грунтуються на реестрацп аналогового сигналу в1зирно' мики. Процедури опрацювання даних полягають у вид1ленн1 об'екта спостереження у процеа переходу до цифрово' форми зображення, роз-м1щенням його у шксельнш систем! координат та в автоматичному опрацьовуванш складних динам1чних процес1в перем1щень рами, як1 характерш для грейферних навантажувач1в, 1з визначенням показник1в 'х дина-м1чност1.
Запропонований програмно-апаратний комплекс в1-деовим1р1в визначення динам1чних показник1в грейферних навантажувач1в грунтуеться на сучасних досягнен-нях у галуз1 електрон1ки та геодези 1 комплектуеться обладнанням, яке випускаеться промислов1стю, що зни-жуе варт1сть та терм1ни його впровадження.
nepe^iK BHKopHcraHHx g»epe.n
Baran, P. I. (2012). Inzhenerna heodeziia: monohrafia. Kyiv: Vyd-vo PAT "VIPOL". 618 p. [In Ukrainian].
Biderman, V. L. (1980). Teoriia mekhanicheskikh kolebanii. Ucheb-nik dlia vuzov. Moscow: Vysshaia shkola. 408 p. [In Russian].
Buiukian, S. P. (2013). Videokontrolnoe ustroistvo. Izv. vuzov. Ge-odeziia i aerofotosemka, 3. 13-16. Moscow. [In Russian].
Burak, K. O. (2000). Z dosvidu heodezychnoho monitorynhu eksplua-tatsiinoi nadiinosti tekhnolohichnoho obladnannia AES. Rozrobka i rozvidka naftovykh i hazovykh rodovyshch. Seriya: Tekhnohenna bezpeka. 37, 107-109. [In Ukrainian].
Deineka, Yu. (2006). Vyznachennia krenu dymaria v promyslovykh umovakh. Suchasni dosiahnennia heodezychnoi nauky ta vyrobnytstva. Zbirnyk naukovykh prats Zakhidnoho heodezychnoho tovarystva UTHK, I(II), 74-80. Lviv: Vyd-vo NU "Lvivska poli-tekhnika". [In Ukrainian].
Giergie, M., & Kohut, P. (2011). Analysis of Dynamics of Vibratory Machines Applaying Vision Based Measurements. Mechanics and Mechanical Engineering Technical University of Lodz, 15(4), 4351. Lodz. [In Poland].
Naugolnikov, V. A., & Volkov, A. V. (2006). Issledovanie sistemy "kran-podkranovoe sooruzhenie". Mashinostroenie i tekhnosfera
XX veka. Sbornik trudov XIII mezhdunarodnoi nauchno-tekhnic-heskoi konferentcii, 3, 98-102. Donetsk. [In Ukrainian].
Neumeikin, O. S., & Diachenko, S. M. (2010). PZZ-matrytsi. Visnyk KPI. Seriia radiotekhnika. Radioaparaturobuduvannia, 41, 182190. Kyiv. [In Ukrainian].
Ripetskyi, Ye. Y. (2011). Zastosuvannia heodezychnykh vymiriv v eksperymentalnykh doslidzhenniakh peremishchen ramy navantaz-huvacha. Scientific Bulletin of UNFU: collection of scientific and technical labours, 21(17), 128-132. [In Ukrainian].
Ripetskyi, Ye. Y., & Ripetskyi, R. Y. (2015). Metody opratsiuvannia eksperymentalnykh danykh ekspluatatsiinoho navantazhennia chas-totnoi struktury pry otsintsi dovhovichnosti. Visnyk KhNTUSH "Tekhnichnyi servis mashyn dlia roslynnytstva", 159, 12-18. Khar-kiv. [In Ukrainian].
Rybak, T. I., Pidhurskyi, M. I., Ripetskyi, Ye. Y., Stashkiv, M. Ia., & Palamarchuk, P. V. (2011). Metrolohichne zabezpechennia eksperymentalnykh doslidzhen dynamiky hreifernykh navantazhu-vachiv. Visnyk LNAU. Inzhenerni doslidzhennia, 15, 151-158. Lviv: AGRO. [In Ukrainian].
Tauber, B. A. (1991). Podemno-transportnye mashiny: uchebnik dlia vuzov. Moscow: Ekologiia. 528 p. [In Russian].
Volkov, P. M., & Tenenbaum, M. M. (1977). Osnovy teorii i rascheta selskokhoziaistvennykh mashin na prochnost i nadezhnost. Moscow: Mashinostroenie. 310 p. [In Russian].
E. H. Pune^uu, P. H. Pune^uu
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРЕЙФЕРНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ НА ОСНОВЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЙ
Представлена методика определения динамических показателей грейферных погрузчиков на основе данных геодезических видеоизмерений о перемещениях рамы вследствие деформации упругих опор, как в статическом, так и в динамическом режимах. Установлена зависимость между внешними нагрузками и деформациями на основании параметров жёсткости элементов опор погрузчика - домкратов. Получено модифицированное выражение коэффициента динамичности, в котором осуществлена замена величин внешних нагрузок на величины перемещения рамы под воздействием этих нагрузок. Возможность использовать модифицированного коэффициента динамичности подтверждена анализом колебательных процессов с помощью расчетной схемы, которая находится под воздействием возмущающей силы. Подтверждено, что колебание динамических процессов носит колебательный характер с собственной частотой к = 0,75 Гц и частотой вынужденных колебаний со = 0,25 Гц. При со < к амплитуда колебаний становится близкой к уровню статического отклонения, состояние которого может быть воспроизведено только в условиях моделирования. Это означает синхронизацию процессов изменения напряжений в несущих элементах с реакциями домкратов и перемещениями рамы. Методика определения динамических показателей грейферных погрузчиков на основе видеоизмерений направлена на регистрацию абсолютных перемещений рамы, что осуществляется их измерениями в неподвижной системе координат методами прикладной геодезии. Геодезический метод видеоизмерений основан на компьютерной обработке перемещений изображение объекта на стандартным видеосигналам. Методика использует современные видеокамеры, которые обеспечивают частоту изменения кадра до 50 Гц. За один технологический цикл работы погрузчика будет записано 500-750 кадров. Точность измерения оценивается средней квадратичною ошибкой линейных измерений и не превышает 1 мм. В предлагаемой схеме проведения эксперимента показано размещение приборов на машине и возле нее. Указаны основные параметры объектива и ПЗС-матрицы модульной видеокамеры. Фиксация перемещения рамы машины в кадре осуществляется на ПЗС-матрицу в пиксельной системе координат. Раскрыты процедуры последующей обработки полученных изображений для определения динамических показателей грейферных погрузчиков. Предложенный программно-аппаратный комплекс видеоизмерений для определения динамических показателей грейферных погрузчиков основан на современных достижениях в отраслях электроники и геодезии и комплектуется оборудованием, выпускаемым промышленностью, что снижает стоимость и сроки его внедрения.
Ключевые слова: грейферный погрузчик; коэффициент динамичности; домкрат; видеоизмерения; модульная видеокамера; ПЗС-матрица; пиксельная система координат.
Ye. Yo. Ripetskyi, R. Yo. Ripetskyi
Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
VERIFICATION OF THE METHODOLOGY TO DETERMINE DYNAMIC INDICATORS OF GRAB LOADERS BASED ON GEODESIC DATA OF VIDEO MEASURING
The paper provides the methodology to determine dynamic indicators of grab loaders based on data collected from geodesic video measuring of frame movement both in static and dynamic modes. The relation between load and deformations has been identified based on determined stiffness parameters of loader bearing parts - jacks. The modified expression for dynamic coefficient with substitution of external load values for values of frame movement under these loads has been received. The possibility to use modified dynamic coefficient has been proved by analysis of oscillatory processes with the use of introduced calculation scheme, which is influenced by the disturbing force. It is proved that dynamic processes resemble oscillation with its the frequencies of eigen oscillations k = 0.75 Hr and frequency of forced oscillation со = 0.25 Hr. When со < k, oscillatory amplitude approaches static deflection which state can be reproduced only in modelling circumstances. It means synchronizing of stress excursion processes in carrying systems with jack action and frame movement. Methodology to determine dynamic features of grab loaders based on video measure-
ments is aimed to register absolute frame movement, which is reached by its measurement in a static coordinate system with the use of applied geodesy methods. Geodesic method of video measurement is based on digital processing of image of the object by standard video signal. The method uses modern video cameras, which ensure frequency of frame change 50 Hr. Around 500-700 frames will be recorded during one operation cycle of the machine. Precision of measurement is evaluated by quadratic mean error of lineal measurements and doesn't exceed 1mm. The provided scheme of conducted experiment has shown placement of the equipment on the machine and near it. The paper indicates main features of lens cap and CCD sensors of modular cameras. The CCD sensors capture the movement of the machine frame in the pixel coordinate system. The paper shows the procedures of the follow-up processing of the obtained images to determine dynamic indicators of loading machines. The suggested complex of hardware and software for video measurements to determine dynamic features of grab loaders is based on modern achievements in the field of electronics and geodesy and is assembled by the equipment produced by the industry, which decreases cost and terms of its implementation.
Keywords: grab loader; dynamic coefficient; jack; video measuring; modular camera; CCD sensors; pixel coordinate system.
