CC BY
68
I >- » ' Ф.Д Юрчик, А В. Писаренко
РАЗРАБОТКА ПОДВОДНОГО АППАРАТА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ АВАРИЙНО-
СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
* ч ч > '
Проблемы, связанные с проведением аварийно-спасательных работ под водой, в последнее время возникают наиболее интенсивно [1] Сбор фрагментов техники со дна моря, спасение людей, обследование мест аварии затонувших объектов - задачи сложные и трудоемкие. Работа затрудняется многими условиями: большие площади обследования, сложный рельеф дна, необходимость поднятия и транспортирования объектов различных размеров и формы - все это исключает возможность непосредственного участия человека С ростом глубины погружения или в особо сложных подводных условиях физиологические и психологического характера возможности человека становятся ограниченными. Поэтому стремление уменьшить риск для водолаза, повысить безопасность и эффективное!ь работы под водой, снизить стоимость таких работ привело к созданию необитаемого подводного аппарата (НПА). Проблемы, связанные с конструированием и развитием производства НПА, многоплановые и во многих случаях не имеют пока законченных решений. Расширение функциональных возможностей НПА связано также с расширением ряда новых теоретических задач. В первую очередь это задачи управления и навигации, ориентирования на местности и обеспечения безопасности аппарата в штатных режимах работы и в особых ситуациях. Необходимо отметить, что не только решения, но и сама постановка подобных задач во многих случаях еще требуют теоретических обоснований и проведения экспериментов на макетах и моделях [2].
Для выполнения аварийно-спасательных, под во дно-технических, осмотро-поисковых работ, проведения работ с применением инструмента или сбора объектов планируется использовать различные НПА. В частности подъем объектов, габариты которых больше линейных размеров НПА, существенно затруднен. Последнее затрудняется существенным влиянием величины объекта и, соответственно, массо-инерционных параметров на манипуляционные устройства и корпус НПА, трос-кабельные связи и спуско-подьемные устройства судна-носителя. Весьма затруднен захват и подъем длинномерных или хрупких объектов и объектов произвольной формы. Эти задачи требуют построения подводного робототехнического комплекса специальной архитектуры, позволяющей быстро доставлять НПА на заданный подводный горизонт, производить развертывание комплекса вблизи затонувшего объекта, осуществлять захват объекта в заданных точках с контролируемым усилием, выполнять транспортирование объекта по заданной траектории или подъём на судно-носитель. Технические решения, обеспечивающие выполнение подводных работ вблизи затонувшего объекта основаны на использовании свойств аппаратов-аналогов [3, 4].
В качестве аналогов, выбраны следующие НПА: 1) рабочий телеуправляемый подводный аппарат (ТПА) «Пантера Плюс» (рис. 1), разработанный компанией "8еаеуе'~ - предназначен для выполнения сложных подводно-технических работ на сильных течениях на глубинах до 1000 метров [3];
Рис. 1. Рабочий ТПА «Пантера
Плюс»
Рис 2. Многофункциональный ТПАЮГ-ЮООРЫ
Рис. 3. ТПА легкого рабочего класса Comanche
2)многофункциональный T1IA RT-1000 PLI (рис 2), разработчик — ФГУП ГНЦ «Южморгеология» [3], предназначен для мониторинга подводных трубопроводов и кабелей, инспекции подводных объектов, сопровождения работы водолазов и т п.
3)ТПА легкою рабочего класса Comanche производства Sub-Atlantic (Triton group). Шотландия (рис. 3) [4]. Возможна установка на него 2-х манипуляторов, что делает его идеальным для проведения исследований и работ по техническому обслуживанию буровых установок и других гидротехнических сооружений
Проанализировав аналоги, представленные выше, по основным параметрам- быстродействие, структура комплекса, конструкция манипуляционного устройства, вид используемого оборудования, сложность конструкции, можно сделать вывод, что эти аппараты имеют следующие недостатки: а) конструкция манипуляционных устройств затрудняет работу с объектами произвольной формы, диаметр которых соотносится с линейными размерами как 1:4; б) структура комплекса - двухзвенная сосредоточенная, что приводит к существенному увеличению времени при выводе и стыковки НПА с коммутационным блоком [6]; в) при выполнении операций манипуляционным устройством осуществляется двойное преобразование энергии, т.к. для захвата объекта необходима постановка гидравлической исполнительной системы, а питание этой системы требует постановки электрического насоса [5]. В результате необходимо спроектировать НПА, позволяющий брагь объект, объем которого равен объему аппарата, продольные размеры относятся к поперечным как 10:1. Желательно без двойного преобразования энергии, требующего постановки гидравлического и электрического приводов [5].
Результатом разработки является НПА, изображенный на рис .4-5. Аппарат содержит:
- рамную конструкцию корпуса 1 в форме параллелепипеда для размещения манипуляционного устройства;
- манипуляционное устройство 2, состоящее из четырех, рабочих органов - манипуляторов (кинематическая схема, представлена на рис. 6), равноудаленных от центра масс в горизонтальной плоскости;
- движительно-рулевой комплекс 3, состоящий из шести винтомоторных агрегатов, два из которых работают на вертикальное перемещение, расположенных на диаметральной плоскости ориентированным упором вверх, а четыре для горизонтального и лагового перемещения, расположенных в одной плоскости и составляют 45° с диаметральной плоскостью.
Рис. 4. Внешний вид модели НПА в походном состоянии (изометрия)
1- рамная конструкция корпуса; Рис. 5. Внешний вид модели НПА в
2-манипуляционное устройство; рабочем состоянии (изометрия) 3- движительно-рулевой комплекс
Рис. 6 Кинематическая схема манипулятора
Захват объектов предложено осуществлять семизвенными манипуляторами, установленными по периметру корпуса подводного аппарата, что позволяет изменять в широких пределах форму рабочей зоны манипуляционных устройств. Соответственно, поперечное сечение рабочей зоны при захвате объекта может изменяться также в широких пределах, что является достоинством данной схемы.
В качестве типа привода манипулятора выбран электрический привод. Все двигатели бесконтактные моментные (ДБМ) постоянного тока. Крутящий момент от вала двигателя к соответствующему валу манипулятора передается через планетарно-цевочный редуктор (ПЦР). Предлагаемое решение позволяет уменьшить вес электрического манипулятора по сравнению с гидравлическим аналогом HLK-CRA6 компании Hydro-Lek (Великобритания) [7].
НПА работает следующим образом. Его доставляют к месту работы на судне-носителе. С помощью лебедки НПА погружают в воду, где аппарат в походном состоянии (рис 4) передвигается за счет шести электромеханических винтомоторных агрегатов. При обнаружении объекта поиска с пульта управления подают сигнал приведения аппарата в рабочее состояние (рис. 5). Изменением >гла поворота звеньев манипуляторов производят захват объекта, после чего валы двигателей фиксируют и аппарат с объектом поднимают на поверхность (либо своим ходом, либо при помощи лебедки).
Таким образом, установкой манипуляционного устройства, предлагаемой компоновкой движительно-рулевого комплекса и корпуса НПА удается повысить качество выполнения аварийно-спасательных и подводно-технических работ, минимизировать затраты энергии и времени на этапах погружения и подъема комплекса, а также развертывания и свертывания его на заданном подводном горизонте.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабанин В.П. Судоподъемные работы. Учебное пособие. - О.: Фешкс; М.: РКонсульт, 2006. -206 с.
2. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы / B.C. Кулешов и др.; Под общ. ред. Е.П.Попова. -М.: Машиностроение, 1986.-328 с.
3. www.tetis-pro.ru
4 www drveservice.ru
5. Ястребов B.C., Филатов A.M. Системы управления движением робота -М/ Машиностроение, 1979 - 176 с.
6. Юрчик Ф.Д, Писаренко А В Особенности управления подводным робогогехшческим комплексом// Вологдинские чтения: материалы науч конф. 21-23 ноября 2007г.- Владивосток, 2007г. с. 34-36
7. www.hydro~lek.com
