Введение к работе
Актуальность работы. Широкое внедрение в промышленности систем автоматизации проектирования (САПР) способствует сокращению сроков проектирования, нахождения оптимальных проектных решений, снижению себестоимости и повышению производительности труда конструкторов.
Одной из высокопроизводительных и эффективных машин в строительстве является строительный манипулятор (СМ), оснащённый активным рабочим органом (АРО) эффективность эксплуатации которого в значительной степени зависит от конструкции рабочего оборудования (РО), однако применение АРО на СМ приводит к возникновению значительных динамических нагрузок, которые передаются на платформу СМ и соответственно на рабочее место человека-оператора. Поэтому важную роль для конструкторских бюро играет обоснованный выбор параметров РО СМ, направленный на повышение их грузоподъемности, производительности, точности выполнения работ, расширения зоны действия (ЗД) РО, а также снижения динамических нагрузок на человека-оператора.
Автоматизация моделирования рабочих процессов СМ с АРО позволяет детально исследовать динамические нагрузки в элементах РО СМ, на рабочем месте человека-оператора, оптимизировать параметры РО и устройства виброзащиты (УВЗ).
Одним из этапов проектирования РО СМ с АРО является проведение статических и динамических расчетов СМ, позволяющих исследовать динамическую систему "активный рабочий орган - строительный манипулятор - человек-оператор". Такие исследования на начальных этапах проектирования СМ с применением САПР позволяют сократить затраты на экспериментально-доводочные работы, устранить дефекты конструкций, оптимизировать её параметры.
Однако на сегодняшний день САПР РО СМ с АРО пока не разработаны, что тормозит внедрение СМ в производство.
Цель работы: разработка системы автоматизации проектирования рабочего оборудования строительного манипулятора с активным рабочим органом.
Объект исследования: процесс автоматизации проектирования рабочего оборудования строительного манипулятора с активным рабочим органом.
Предмет исследования: закономерности, связывающие критерии эффективности рабочего оборудования строительного манипулятора с его основными конструктивными параметрами.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Разработана математическая модель рабочего процесса строительного манипулятора.
Обоснован критерий эффективности рабочего оборудования строительного манипулятора с активным рабочим органом.
Выявлены основные закономерности, устанавливающие связь между геометрическими параметрами рабочего оборудования и размерами зоны действия рабочего оборудования; динамическими характеристиками рабочего оборудования и видом возмущающих воздействий с показателями динамических воздействий на рабочем месте человека-оператора.
Разработана система автоматизации проектирования рабочего оборудования строительного манипулятора с активным рабочим органом.
Методика исследований носит комплексный характер, содержит как теоретические, так и экспериментальные исследования.
Задачами теоретических исследований являлось выявление основных закономерностей, связывающих принятый критерий эффективности РО СМ и параметры РО СМ; разработка методики выбора основных параметров УВЗ.
Задачей экспериментальных исследований являлось определение численных значений параметров математической модели, подтверждение адекватности математической модели, подтверждение эффективности предложенных рекомендаций.
Научная новизна заключается в:
- разработанной пространственной обобщенной расчетной схеме,
отражающей общие признаки динамической системы "активный рабочий
орган - строительный манипулятор - человек-оператор";
- математической модели, дающей возможность осуществлять
исследования влияния параметров системы "активный рабочий орган -
строительный манипулятор - человек-оператор";
выявленных зависимостях, определяющих влияние геометрических параметров РО на ЗД, а также возмущающих воздействий со стороны АРО, параметров УВЗ, положения элементов РО в пространстве на динамические нагрузки на человека-оператора;
предложенной методики и алгоритме автоматизации проектирования РО СМ с АРО.
Практическая ценность работы заключается:
- в созданном программном комплексе, дающем возможность
комплексного исследования статических и динамических характеристик СМ;
- в предложенной методике определения рациональных параметров УВЗ;
- разработанном программном обеспечение для автоматизации
проектирования РО СМ с АРО.
Реализация работы. Система автоматизации проектирования РО СМ с АРО внедрена в Конструкторское бюро Транспортного машиностроения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III Межрегиональной научно-практической конференции «Многоцелевые гусеничные и колёсные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация» (Омск-Броня 2006), Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (Омск 2006), Международном конгрессе «Машины, технологии и процессы в строительстве» (Омск 2007), межвузовских научно-практических конференциях аспирантов и студентов «Теоретические знания в практические дела» (Омск 2006, 2007, 2008, 2009), научно-технической конференции ГОУ «СибАДИ» (Омск 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет в целом 184 страницы основного текста, в том числе 7 таблиц, 56 рисунков, список литературы из 125 наименований и приложений на 4 страницах.
