Научный архив: статьи

Представлены результаты разработки и реализации программно-аппаратной архитектуры системы управления для адаптивной антропоморфной роботизированной кисти. Рассматривается возможность интеграции разработанного захватного устройства в контур управления робота iCub с сохранением функциональных возможностей и гибкости реализации алгоритмов управления. Это достигается посредством прототипирования системы управления как самостоятельного модуля, подключаемого к роботу iCub через сетевой интерфейс Ethernet. Обмен данными между захватным устройством и роботом iCub имеет высокую стабильность и производительность с частотой управления 2 кГц при задержке не более 310 мкс и джиттере ниже 50 мкс. Тестирование программно-аппаратной архитектуры системы управления продемонстрировало высокую точность управления положением (±1) и тактильным усилием (±0,15 Н) проксимальных фаланг пальцев

Введение. Рост территории городов стал причиной необходимости переноса полигонов утилизации твердых коммунальных (бытовых) отходов (ТКО) в более удаленные места на новые площадки. Существенным фактором являются представления и подходы к планированию перевозок грузов, раздельное планирование отдельных заявок не позволяет с достаточной точностью определить результаты будущей работы, поскольку такой подход не позволяет учесть наличие взаимодействия подвижного состава с разных маршрутов между собой и погрузочными машинами. Целью исследования является проектирование перевозок ТКО в областном сообщении на основе дискретного подхода и теоретических положений оперативного планирования грузовых автомобильных перевозок.

Материалы и методы. В рамках проведенного исследования применялся нормативный подход при планировании затрат на перевозку грузов и дескриптивные модели описания функционирования автотранспортных систем областных автомобильных перевозок грузов.

Результаты обсуждения. Решение задач по проектированию перевозок грузов, в том числе и в областном сообщении, обусловлено необходимостью заблаговременно, до опыта знания результатов будущей деятельности, поскольку работу автомобильного транспорта накопить, а потом исправить, невозможно. Результаты перевозок грузов зависят от множества факторов, в том числе от наличия методики проектирования, позволяющей адекватно отобразить процессы их выполнения. Применение математического моделирования позволило достоверно построить планы перевозки ТКО и определить величины затрат на их реализацию.

Заключение. Выявлено, что возможные простои, как автопоездов, так и экскаваторов, являются причиной невыполнения оперативного плана перевозок, определенного раздельным планированием. Использование одного и того же подвижного состава для клиентов с различными расстояниями перевозок на территории области будет сопровождаться разными затратами.

Введение. В статье предложен энергетический подход к анализу рабочего процесса фрезерования асфальтобетонных покрытий. Рабочий процесс резания асфальтобетона рассматривается как совокупность процессов разрушения каменной фракции, битумных связей и прочих явлений, не связанных с образованием новых поверхностей. Анализ выполнен на основе оценки соотношения энергии, затраченной на фрезерование в целом, и энергии, затраченной на формирование новых поверхностей отдельных фракций асфальтобетонного гранулята и щебенчатого заполнителя.

Материалы и методы. Работа построена на основе экспериментальных исследований гранулометрического состава асфальтобетонного гранулята, полученного при фрезеровании щебеночно-мастичного асфальтобетонного покрытия, и отдельно каменной фракции асфальтобетона, полученной путем выжигания битумной матрицы. Также использован стандартный метод для определения удельной энергии разрушения битумных связей при определении сопротивляемости разрушению образца на растяжении при расколе.

Результаты. В результате рассева получены гранулометрические кривые состава асфальтобетонного гранулята и каменной фракции. Расчетными методами определены составляющие затрат энергии на образование новых поверхностей асфальтобетонного гранулята и новых поверхностей каменной фракции.

Обсуждение и заключение. В итоге работы получены количественные соотношения различных фракций асфальтобетонного гранулята щебеночно-мастичного асфальтобетона, образующегося при фрезеровании, а также степень дробления каменных фракций. Определены удельные затраты энергии при фрезеровании асфальтобетона. Установлено, что наибольшая часть энергии при фрезеровании (64,7% для данного исследования) затрачивается на разрушение битумных связей. Подавляющая часть этой энергии расходуется на образование мелкой фракции гранулята. На разрушение каменной фракции затрачивается незначительная часть энергии. В целом доля затрат энергии, направленной на образование новых поверхностей для указанного исследования, составляет 66,14% от общих затрат энергии. Отмечается перспективность гранулометрического анализа для оценки эффективности процесса фрезерования асфальтобетона.

Введение. Промышленные тракторные агрегаты отличаются от сельскохозяйственных тракторных агрегатов большим весом рабочего оборудования, широким диапазоном грунтовых условий и цикличностью технологического цикла. Неотъемлемой частью работы бульдозерных агрегатов является буксование, не регламентируемое ГОСТ. Однако значительное буксование приводит к падению рабочей скорости и технической производительности. Поэтому подходы, выработанные для оптимизации производительности гусеничных сельскохозяйственных тракторных агрегатов (где буксование регламентируется на уровне 5%), требуют уточнения. Цель исследования. Определить влияние удельных тягово-скоростных характеристик бульдозерного агрегата на его техническую производительность.

Материалы и методы. Техническая производительность определялась как отношение объема разработанного грунта ко времени рабочего цикла. Объем разработанного грунта был выражен через удельные тяговые параметры тракторного агрегата. Время рабочего цикла выражалось через скоростные параметры тракторного агрегата. В результате получена зависимость технической производительности от удельных тягово-скоростных параметров промышленного тракторного агрегата.

Результаты. Анализ полученной зависимости показал наличие ярко выраженного максимума, который для бульдозерного агрегата наблюдается при буксовании 18%. Определены оптимальные удельные тяговые усилия для различных грунтовых условий. Оценка скоростных показателей бульдозерного агрегата показала возможность дополнительного увеличения технической производительности за счет роста рабочей скорости.

Заключение. Получен коэффициент производительности, позволяющий сравнивать техническую производительность тракторных агрегатов различных классов. Выявлено, что для бульдозерных агрегатов с полужесткой подвеской, работающих на плотных грунтах, оптимальные удельные тяговые усилия составляют 0,75…0,89. Дальнейшее повышение технической производительности возможно за счет увеличения рабочей скорости, обязательной при сохранении (или увеличении) отношения скорости холостого хода к скорости рабочего хода.

Введение. Перечислены экспериментально выявленные недостатки отечественных комплексных приборов безопасности в части ограничения грузоподъемности и регистрации параметров. Обоснованы причины, по которым недопустимо переоснащение кранов под управлением зарубежных систем безопасности на существующие отечественные приборы. Предложено обеспечивать безопасность таких кранов за счет разработки приборов безопасности, учитывающих динамические характеристики конкретного крана и алгоритмы управления его приводами.

Материалы и методы. Исследование проведено с использованием разработанного прибора безопасности, реализующего функции ограничения грузоподъемности, автоматического определения параметров алгоритма ОГП, определения интенсивности работы крана в целом. Приведено описание данных алгоритмов применительно к кранам, оснащенным частотной системой управления. Экспериментальное определение эксплуатационных параметров прибора проведено на мостовом кране, оснащенном системой безопасности ControlPro (KoneCranes).

Результаты. Применение прибора позволило снизить коэффициент динамичности при подъеме с подхватом во всём диапазоне масс поднимаемых грузов. При подъеме околономинальных грузов зафиксировано двукратное снижение динамической составляющей. Точность определения характеристического числа составила 1,3%.

Обсуждение и заключение. Продемонстрировано, что разработанный алгоритм ограничения грузоподъемности позволил не только повысить защищенность крана, но и снизить нагрузки на него, в сравнении со штатной системой безопасности. Точность определения рабочих параметров в условиях реального технологического процесса удовлетворяет требованиям нормативной документации. Таким образом, показана допустимость дублирования или замены части функций штатной системы безопасности путем применения разработанного прибора.

Введение. Реверсивные виброплиты – грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, оснащенные двумя и более дебалансными валами и обладающие возможностью реверсирования направления и скорости передвижения. Для привода реверсивных виброплит могут применяться бензиновые, дизельные или электрические двигатели. Эффективная работа реверсивных виброплит возможна только при рациональном подборе технических характеристик, а именно: частоты колебаний и вынуждающей силы вибровозбудителя, ширины основания, мощности двигателя и т. д. Чтобы установить взаимосвязь между техническими характеристиками реверсивных виброплит, оценить влияние типа двигателя на основные параметры, а также выявить направления совершенствования данного вида техники, был выполнен статистический анализ.

Материалы и методы. Были рассмотрены 484 модели реверсивных виброплит. Информация о моделях взята с официальных сайтов производителей и дилеров. Обработка данных выполнена в программе Microsoft Excel.

Результаты. Определены диапазоны изменения основных параметров, а также получены уравнения регрессии взаимосвязей частоты колебаний вибровозбудителя, вынуждающей силы, ширины основания, мощности двигателя, относительной вынуждающей силы и массы реверсивных виброплит. Для каждой регрессионной зависимости получены коэффициенты детерминации. Исследовано влияние типа двигателя на диапазоны изменения основных параметров реверсивных виброплит.

Заключение. Тип двигателя практически не влияет на значения параметров реверсивных виброплит в соответствующих диапазонах масс. Относительно невысокие значения коэффициентов детерминации позволяют сделать предположение о том, что производители не обладают достоверными методиками для обоснования технических характеристик реверсивных виброплит. Полученные зависимости могут быть рекомендованы для обоснования некоторых технических характеристик реверсивных виброплит. В последние десятилетия существенно возросли значения частоты колебаний и относительной вынуждающей силы, что оказывает влияние на характер взаимодействия реверсивных виброплит с грунтом.

Введение. Сложная система взаимодействия характеристик системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда (ВАДС) является предметом исследований ученых всего мира. Если объяснить закономерности явлений, присутствующих при совершении ДТП, то можно смоделировать некоторые транспортные процессы. Для этого необходимо рассмотреть большое количество признаков, разделяя их на статические и динамические. Особое внимание уделяется последним, из-за нестабильности состояния характеристик. К этой категории относятся интенсивность транспортного потока и погодные условия. Существует немало методов по повышению точности прогностических моделей, но такой применяется впервые. Главная особенность данного метода – логическая и статистическая обоснованность автоматизации подбора широт интервалов. Это необходимо не только для группировки признаков, но и для повышения их значения при совместном анализе. Например, для интенсивности транспортных потоков ширина может быть 100 авт/час (0-100, 101-200, 201-300 и т. д.), но она не будет эффективна с прогностической точки зрения для ширины интервала температуры воздуха 5°С (-25 - -20, -19 -15, -14 - 10 и т. д.). Соответственно, целью работы стало определение эффективных прогностических широт интервалов интенсивности транспортного потока (зависимый признак) и погодных условий (независимые признаки).

Материалы и методы. Данная работа является продолжением большого проекта по повышению безопасности дорожного движения, в котором уже проводились подобные исследования, для определения эффективных широт интервалов с использованием ранговой корреляции Спирмена. Установлены значения, при которых температурные режимы (воздуха, почвы и точки росы) лучше всего описывают интенсивность транспортного потока. Для комплексной характеристики потребовалось провести дополнительный анализ оставшихся независимых признаков. Созданы новые алгоритмические структуры с использованием языка программирования Python, в которых последовательно сравнивались установленные широты интервалов признаков таким образом, чтобы отработать все возможные их комбинации. Каждый результат подвергался корреляционному анализу, и рассчитывалась вероятность ошибки.

Результаты. В результате экспериментального подбора широт интервалов определены самые эффективные из них. Критерием отбора стал последующий корреляционный анализ. Принимались значения коэффициента больше 0,7 или меньше -0,7. Также рассчитывалась вероятность ошибки, принимались значения меньше 0,05. Таким образом, получено большое количество комбинаций, отвечающих необходимым условиям. Далее для каждого признака подобрана та ширина интервала, при которой она чаще встречается с другими, а в случае одинакового количества встреч является наименьшей из них.

Заключение. В результате проделанной работы определены эффективные широты интервалов, в которых анализировались исследуемые признаки. Эта работа в последующих трудах способствовала качественному обучению модели. Благодаря чему была создана программа по прогнозу интенсивности транспортного потока, зависящей от показателей погодных условий, с использованием нейронных сетей.

Введение. Аварийность в городах и вне населенных пунктов имеет свои особенности, которые исследуются в различных работах. Однако изменение характеристик транспортного, пешеходного потока, структуры улично-дорожной среды отмечаются не сразу после пересечения границы города. Расчеты показывают, что именно в пригородной зоне отмечается наибольшая плотность ДТП, а также высокая доля аварийно-опасных участков. Также в последнее время отмечается усиление процесса субурбанизации, что приводит к увеличению пригородных зон. В связи с этим оценка влияния различных факторов на аварийность в границах пригородных территорий является актуальной научной задачей. Цель работы – исследование влияния факторов внешней среды на аварийность в пригородной зоне на примере г. Барнаула.

Материалы и методы. Исследование проведено на примере пригородной зоны г. Барнаула, границы которой установлены согласно транспортной методике. Эмпирической основой работы выступили данные о ДТП, зафиксированные на отрезках федеральных автомобильных дорог в границах пригородной зоны в период с 2018 по 2023 гг. Для каждого ДТП из выборки определен период суток и погодные условия (температура воздуха, количество осадков и скорость ветра). Для определения характера влияния выбранных факторов применена теория относительного риска.

Выводы. В результате исследования выделены особенности аварийности в пригородной зоне в сравнении с загородными и городскими дорогами. Также выявлен характер влияния группы основных внешних факторов: периоды суток и погодные условия. Среди периодов суток представлены день, гражданские, навигационные, астрономические сумерки и ночь. В рамках погодных условий проанализированы температура воздуха, количество осадков и скорость ветра.

Рамки исследования/возможность последующего использования результатов научной работы. Результаты исследования могут применяться при дальнейшем комплексном исследовании аварийности в пригородных зонах крупных городов. Практическое значение. Выявленные особенности аварийности и зависимости относительного риска возникновения ДТП в пригородной зоне от внешних факторов могут использоваться при проведении превентивных мероприятий на улично-дорожной сети, а также при развитии интеллектуальных транспортных систем.

Оригинальность. Впервые определены зависимости относительного риска возникновения ДТП в пригородной зоне в результате действия группы основных факторов внешней среды (периода суток и погодных условий).

Введение. При замедлении транспортного средства, в особенности на скользком покрытии, возможна потеря устойчивости движения системы электромеханического привода, сопровождающаяся возбуждением автоколебаний с высокими амплитудами. Зарождение автоколебаний возникает при росте скорости скольжения и снижением силы трения. При этом резко повышается динамическая нагруженность системы привода, что может привести к выходу её из строя. Вследствие этого разработка методов подавления автоколебательных явлений является актуальной задачей. Цель исследования – проверка методами экспериментальных исследований эффективности работы алгоритма подавления автоколебаний в электромеханической системе привода колеса при торможении.

Материалы и методы. Исследование работоспособности и эффективности алгоритма выполнено с применением методов натурных экспериментов при сопоставлении результатов заездов с последующим интенсивным торможением транспортного средства как с деактивированной, так и активированной системой подавления автоколебаний.

Результаты исследования. С помощью метода натурных экспериментов установлена работоспособность и эффективность алгоритма подавления автоколебаний при выполнении замедления, который позволяет снизить величины максимальных амплитуд в 6 раз, усреднённых амплитуд в 3…3,5 раза, исключая при этом изменения знака момента при интенсивных замедлениях транспортного средства.

Заключение. Алгоритм подавления автоколебаний можно рекомендовать для практической разработки систем управления замедлением транспортных средств.

Введение. Гидродинамическое давление играет значительную роль в работе транспортно-технологических машин, используемых в зонах затопления для проведения восстановительных и неотложных работ. Изучение этого влияния имеет большую актуальность в связи с необходимостью повышения эффективности и безопасности операций в условиях водной среды. Гидродинамическое давление может вызывать изменения в поведении машины, влиять на ее маневренность и устойчивость. Понимание этих процессов позволяет разрабатывать более эффективные методы борьбы с негативными последствиями воздействия водной среды на работу машин, может оценить безопасные условия их применения. Целью исследования влияния гидродинамического давления на движение транспортно-технологических машин через водную преграду вброд, на примере полноприводного экскаватора-погрузчика с равновеликими колесами, является определение критических значений параметров водной преграды, при которых обеспечивается эффективное и безопасное преодоление водных препятствий данной техникой.

Материалы и методы. Для анализа использовались теоретические исследования, связанные с влиянием водного потока на движение самоходных колесных машин. Проводилось математическое моделирование прямолинейного движения экскаватора-погрузчика через водную преграду различной глубины и скорости течения. В качестве основных исследуемых параметров были приняты поперечное (лобовое) гидродинамическое сопротивление, продольное (боковое) гидродинамическое давление и нормальные реакции на колесах машины.

Результаты. Выведены математические зависимости для определения нормальных реакций на передней и задней осях экскаватора-погрузчика при воздействии поперечного гидродинамического сопротивления в стоячей воде, нормальных реакций на левом и правом бортах машины при воздействии продольного гидродинамического давления на неподвижную и движущуюся машину, приведены графические зависимости нормальных реакций на колесах от глубины водного потока.

Обсуждение и заключение. Наличие неблагоприятных факторов водной среды, влияющих на движение транспортно-технологических машин через водную преграду, дает основание для разработки методики определения предельных параметров затопления, при которых машины смогут безопасно и эффективно выполнять работы в зонах затопления. Исследование влияния гидродинамического давления на транспортно-технологические машины является важной задачей, направленной на решение этой проблемы. Полученные результаты помогут развивать технику и технологии для работы в условиях повышенного гидродинамического давления, что способствует развитию отраслей, связанных с работой наземных транспортно-технологических машин в водной среде.

Введение. Основным элементом эскалатора метрополитена является опорная металлоконструкция, на которую устанавливаются все элементы, узлы и агрегаты, обеспечивающие его функционирование в качестве грузоподъёмной машины непрерывного действия. Опорная металлоконструкция должна выдерживать не только собственный вес и суммарный вес прикреплённых к ней узлов и механизмов, но и обеспечивать стойкость к динамическим нагрузкам, возникающим в процессе их работы. Осуществление всесторонних диагностических мероприятий, направленных на анализ уровня износа и определение остаточного ресурса металлоконструкций эскалаторов, наталкивается на ряд сложностей, связанных с высокими требованиями к временным, материальным и финансовым затратам, а также с нарушением работы общественной транспортной системы. Основная цель, стоящая перед данным исследованием, состоит в том, чтобы оптимизировать сроки для фиксации исходных данных, получаемых в ходе диагностического обследования металлоконструкций эскалаторов при очевидном уменьшении продолжительности их вынужденных простоев.

Материалы и методы. При написании статьи применялись данные комплексного обследования эскалаторов на базе ГУП «Петербургский метрополитен» в количестве 218 шт. в период с 2005 по 2019 гг., а также конструкторская документация, статистические методы и методы математического моделирования.

Результаты. Использование математической модели и принципа рационализации позволяет существенно сократить временные и, следовательно, иные затраты при определении коррозионного эффекта.

Заключение. Применение предлагаемого подхода к рациональному распределению периодов времени для проведения диагностических обследований эксплуатируемых металлоконструкций эскалаторов приводит к превентивному получению итоговой прогнозной оценки величины коррозионного эффекта при сокращении общего срока проведения контрольных мероприятий на 38 %. Принцип рационализации может быть употреблен также при осуществлении ускоренных испытаний на коррозионную стойкость материалов.

Введение. В статье поднимаются проблемы, связанные с электрогидравлическим шпуровым разрушением негабаритных монолитных объектов, которые встречаются, в частности, на территории проведения строительных работ. На данный момент оценка эффективности внедрения технологии отсутствует, из чего следует: необходим метод обоснования оптимального режима разряда и его воспроизводимости на промышленных установках. Цель статьи: обоснование оптимальных энергетических параметров для разрушения монолитных объектов шпуровым электрогидравлическим способом.

Материалы и методы. Произведен анализ факторов шпурового электрогидравлического разрушения монолитных объектов – выявлены наиболее значимые факторы. Предлагается характеризовать режим разряда набором параметров, отвечающих за переходные процессы в моменты разрушения проводника, длительностью разряда и количеством вводимой энергии, вычисление которых представлены на страницах публикации.

Результаты и обсуждение. На основании выявленных действующих факторов разработан стенд для регистрации явления электрогидравлического эффекта. Выведены параметры обеспечения воспроизводимости режима разряда в зависимости от изменения величины индуктивности разрядного контура. Предложено формирование области применения на основании анализа данных.

Заключение. Результаты исследования позволяют простое планирование эксперимента для оценки эффективности внедрения технологии. Статья заинтересует научные кадры в области электрогидравлических и электроимпульсных технологий, сотрудников организаций, задействованных в расчистке территорий от монолитных объектов.